J4不锈钢热轧板冷轧横裂原因分析

陈茂敬 岳好明 亓俊鸿

(山东泰山钢铁集团有限公司新材料研究所，山东271100)

某公司生产的规格为3.0 mm×1 250 mm的J4奥氏体不锈钢热轧板，经1 020℃酸洗退火，纵向分切成3.0 mm×740 mm以及3.0 mm×510 mm后，客户进行冷轧。当轧到1.23 mm×740 mm时表面出现大量横裂纹，沿板宽横向无规则分布。个别横裂纹呈穿透状，未穿透的横裂纹部位背面有明显的痕迹，横裂形态如图1所示。

图1 J4冷轧板试样横裂形貌图Figure 1 Transverse crack appearance of J4 cold rolled plate sample

1 试验方法

1.1 观察J4冷轧不锈钢板表面横裂纹宏观形态。

1.2 截取小块试样，利用SPECTROLAB M9型光电直读光谱仪进行化学成分分析。

1.3 在横裂纹部位截取试样，利用O-N分析仪测定O和N的含量。

1.4 分别在正常部位和横裂部位截取试样，磨制抛光后，进行夹杂物评级。用王水腐蚀后，观察金相组织，进行晶粒度评级，并利用显微硬度计测量基体的显微硬度。

2 试验结果

2.1 宏观分析

从图1看出，横裂纹沿板宽方向无规则分布，个别横裂纹呈穿透状，未穿透的横裂纹背面有明显的痕迹。经测量，横裂纹最长达28 mm，宽度在1.1 mm左右。

2.2 化学成分分析

J4冷轧板化学成分实测值均处于该公司内控标准的范围内，如表1所示。

2.3 O、N气体分析

利用O-N分析仪测定O和N的含量，见表2。结果显示N含量符合试制方案的要求，O含量稍高，一般应控制在40×10-6以下。

2.4 金相分析

2.4.1 正常部位金相分析

试样正常部位的非金属夹杂物主要以B类为主，2.0级，级别不是很高，对材料的影响不大。金相组织为奥氏体+少量铁素体+少量显微气泡。见图2和表3。

表 1 化学成分实测值与试制方案对照表

表 2 冷轧板试样N、O气体分析结果表

a) 非金属夹杂物形貌 100×

b)正常部位金相组织 500×

2.4.2 横裂部位金相分析

穿透的横裂纹类似拉伸断口，主裂纹两侧有大量次裂纹存在，裂纹两侧的金相组织差别不大。如图3所示。

远离裂纹的正常部位显微气泡成串珠状分布，严重的地方，气泡已贯穿起来形成微裂纹，如图4a、4b所示；裂纹附近组织无异常，沿次裂纹显微气泡成串珠状分布，如图4c、4d所示。裂纹与显微气泡的存在关系主要有四种：裂纹两端已形成，中间连接气泡；两端是显微气泡，中间已贯穿起来形成裂纹；裂纹尾端与显微气泡相连；严重的部位，气泡已全部贯穿起来形成较宽的裂纹。

表 3 冷轧板试样正常部位非金属夹杂物、组织、晶粒度评级表

a)横裂纹(穿透)整体形貌 50×

b)主裂纹一端基体组织形貌 200×

c)主裂纹另一端基体组织形貌 200×

图3 冷轧横裂(穿透)试样形貌图
Figure 3 The appearance of transverse cracks (penetrated) during cold rolling

2.4.3 显微硬度分析

冷轧板横裂试样显微硬度值表见表4，头尾较中部数值高，整体来看低于GB/T4239—1991冷轧钢带硬度值要求，但从硬度来看塑性应该没有问题。

3 分析讨论

现场调查及询问用户相关技术人员，结合试验结果分析认为，酸退及轧制工艺问题不大，并且同样的轧制工艺轧制其他厂家的产品时问题不大，因此应从材料的塑性、材料本身的缺陷方面考虑，J4热轧板产生冷轧横裂的主要原因。

图4 试样裂纹、显微气泡与组织间关系 500×Figure 4 The relationship among the cracks, micro bubbles and structures in the sample(500×)

3.1 试样横裂纹、显微气泡与组织间关系

试样在轧制力作用下，横裂纹(穿透)试样类似拉伸断口，裂纹两端组织差别不大，主裂纹两侧有大量次裂纹存在。

表 4 试样显微硬度值/HV0.2

试样远离裂纹的正常部位及裂纹附近均有大量的显微气泡存在。远离裂纹正常部位显微气泡成串珠状分布，严重部位已贯穿起来形成裂纹。裂纹附近组织无异常，沿次裂纹显微气泡成串珠状分布，裂纹与显微气泡相连。

3.2 显微气泡缺陷对材料的影响

钢中的显微气泡属冶炼缺陷很难去除，会使材料留有一些微孔或微裂纹源，会破坏基体的连续性，严重降低材料的塑性。在冷轧过程中遇加工硬化，特别是形变诱导马氏体产生的应力集中，会使显微气泡贯穿起来并发生裂纹扩展。当应力集中超过了材料断裂强度，就会出现开裂。材料中显微气泡分布位置、数量不同，产生横裂的严重程度就不同。

3.3 预防措施

钢中气体主要是N、H、CO。固溶体能溶解N，H在钢中的固溶度很低，破坏钢的连续性，基本不溶CO。溶解不了的N、H会同CO形成气泡。分析发现试样内显微气泡较多，同时O含量较高，说明脱氧不充分，需加大脱氧、脱气力度。

4 结论

J4热轧板冷轧横裂(穿透)形成的主要原因是：钢中大量的显微气泡破坏了基体的连续性，严重降低材料的塑性，在冷轧过程中形成裂纹。解决措施是加大脱气力度。

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