321不锈钢冷轧板表面缺陷成因分析

王 伟

（山西太钢不锈钢股份有限公司不锈冷轧厂， 山西 太原 030003）

321不锈钢冷轧板表面缺陷成因分析

王 伟

（山西太钢不锈钢股份有限公司不锈冷轧厂， 山西 太原 030003）

针对321不锈钢冷轧板表面出现的线状缺陷，分别对321不锈钢进行了冶炼过程中试样夹杂物的成分分析、冷轧板的化学成分分析、缺陷位置扫描电镜及能谱检测分析。结果表明：产生缺陷的321不锈钢在冶炼过程中的LF工序产生高熔点的CaTiO3类夹杂物，中包夹杂物的成分未发生明显变化，并在浇铸过程中被保护渣捕获，在连铸坯表面形成缺陷，导致冷轧板产生线状缺陷。通过对冶炼工艺及连铸保护渣物理性能进行优化，改善了钢中夹杂物类型及连铸坯表面质量，消除了321不锈钢冷轧板表面线状缺陷。

321不锈钢 线状缺陷 夹杂物控制 保护渣优化

321不锈钢中的Ti作为稳定化元素存在，在高温方面比316 L不锈钢要好很多，在不同浓度、不同温度的有机酸和无机酸中，尤其在氧化性介质中具有良好的耐磨性能，主要用于制造耐磨酸容器和耐磨设备的衬里、输送管道等。一般对321不锈钢冷轧板表面质量要求较高，不得有划伤、粗糙、坑疤、条纹等缺陷，在出厂前必须经过严格的表面检验[1]。

321不锈钢冷轧板生产流程为：EAF+AOD+LF+CC+板坯修磨+热轧+冷轧。其中：EAF、AOD和LF炉容量均为180 t，板坯尺寸以200mm×1219mm为主，热轧板厚度范围为2.5～14.0mm，冷轧板厚度范围为0.3～4.0 mm。在冷板表面缺陷率中最高的一类为线状缺陷，常常由于此缺陷导致冷板表面不合格，对产品质量及成材率产生较大影响。

1 检验内容

为确定321不锈钢冷轧板表面线状缺陷成因，对不合格冷轧板同线生产的冶炼过程试样中的夹杂物成分、冷轧板缺陷处及轧向横截面分别进行了金相分析、扫描电镜及能谱分析，同时对成品化学成分进行分析。

2 检验结果

2.1 化学成分分析

321不锈钢中含有Ti元素，如钛氮积控制不当，会在连铸过程中析出大量的TiN类夹杂物，与保护渣中的SiO2与Fe2O3反应，反应为吸热反应，加之放出的N2和CO带走钢液部分热量，从而促使局部钢液表面温度下降，凝固后形成“结鱼”。生成的TiO2与保护渣中CaO反应生成具有高熔点（1 970℃）的CaTiO3，使保护渣黏度增大，熔化温度升高，影响连铸过程的顺行[2-5]。表面不好的连铸坯直接影响冷轧板表面质量，因此首先对产生缺陷的321不锈钢冷轧板成分进行分析，如表1所示。

表1 缺陷试样化学成分 %

产生缺陷的321冷轧板中，根据表1可以计算出w[Ti]×w[N]=3.05×10-7，而现场条件下在浇铸前形成TiN夹杂物的临界钛氮积为3.5×10-7，在浇铸过程中不会有大量TiN夹杂物析出[6-10]，因此排除钢板成分因素导致缺陷产生的可能性。

2.2 冶炼过程试样夹杂物分析

LF工序进站试样、出站试样、钢包中夹杂物成分分析如下页图1至图3所示。

LF进站试样为镁铝含量较低的硅酸钙夹杂，经过钙处理和Ti合金化后出站时夹杂物主要成分变为CaO和TiO2复合的高熔点（1 950℃）CaTiO3夹杂，到中包后夹杂物成分几乎不发生变化。

图1 LF进站试样中夹杂物成分检测

图2 LF出站试样中夹杂物成分检测

图3 中包试样中夹杂物成分检测

2.3 冷轧板表面缺陷检测分析

造成冷轧板表面判定不合格的线状缺陷钢平行于轧向分布，主要集中在钢板宽度中心，长度最短为100 mm，最长达500 mm，宽约10 mm，如图4所示，并在缺陷横截面处取试样进行扫描电镜及能谱分析，如图5所示。

图4 321不锈钢冷轧板表面缺陷宏观形貌

图5 321不锈钢冷轧板缺陷横截面处扫描电镜观察及能谱分析

缺陷附近有大量的夹杂物带，与精炼过程中夹杂物成分类似，均是以高熔点CaTiO3夹杂物为主，说明精炼工艺不当是产生冷板缺陷的主要原因。冶炼终点产生的高熔点夹杂物在连铸过程中被保护渣吸附，会使熔渣成为一种多相渣，破坏液渣层的均匀性。不能进入熔渣的固相夹杂物富集在钢渣接触面上，严重恶化保护渣的润滑作用，同时聚集的固相夹杂物可能卷入坯壳，产生皮下夹杂等缺陷，最终导致钢板表面不合。

3 改进措施

3.1 冶炼工艺改进

冶炼过程中将Ti合金化工序前移至AOD工序，并在喂Ti线前采用Al对钢液进行深脱氧，以减少TiO2类夹杂物的生成，同时在LF工序减少硅钙线加入量，结果表明冶炼终点以TiN类夹杂物为主，并未发现TiN类夹杂物聚集现象，如图6所示。

图6 冶炼终点钢液内夹杂物SEM照片

3.2 连铸保护渣成分改进

321不锈钢中的Ti元素与TiN夹杂物均与保护渣中的SiO2与Fe2O3反应：

生成的TiO2与保护渣中CaO反应生成具有高熔点（1 970℃）的CaTiO3，使保护渣黏度增大，熔化温度升高，影响连铸过程的顺行。保护渣黏度对夹杂物溶解速率的影响显著，且保护渣对夹杂物的吸收是一个传质过程，传质系数的大小决定于当时动力学条件的好坏，黏度越低，动力学条件越好，传质系数越大，迁移速度越快，有利于保护渣对夹杂物的吸收。因此对321不锈钢保护渣成分进行改进，主要降低保护渣的黏度，改进前后的保护渣成分及物理性能变化如表2所示。

表2 321不锈钢保护渣改进前后成分及性能对比

改进后的321不锈钢连铸坯表面质量大大提高，如图7所示，彻底消除了冷板表面线状缺陷的产生。

图7 改进后的321不锈钢连铸坯表面质量

4 结论

1）通过对冶炼过程夹杂物成分与冷板缺陷成分进行分析，确认导致321不锈钢冷轧板表面线状缺陷的原因是冶炼过程中夹杂物成分控制不当。

2）优化冶炼工艺使冶炼终点夹杂物的成分由高熔点CaTiO3夹杂物转变为分散的TiN颗粒，有效降低冷扎板表面的缺陷率。

3）降低连铸保护渣的黏度，有效控制连铸过程中生成的CaTiO3夹杂物，改善连铸坯表面质量，使冷板表面线状缺陷彻底消除。

[1] 魏杰，郭振，冯凯，等.固溶处理和稳定化处理对321不锈钢性能的影响[J].铸造技术，2011，32（12）：1 652-1 653.

[2] 郑宏光，陈伟庆，徐芳泓.321不锈钢板表面缺陷的物相及形成原因[J].上海金属，2005，27（2）：7-10.

[3] 郑宏光，陈伟庆，刘青，等.含钛不锈钢连铸浸入式水口结瘤的研究[J].钢铁研究学报，2005，17（1）：14-18.

[4] 郑宏光，陈伟庆，陈宏，等.钛稳定化321不锈钢连铸结晶器“结鱼”的研究[J].特殊钢，2004，25（4）：50-52.

[5] 郝占全，陈伟庆，Carsten Lippold，等.氧化钛对含钛不锈钢连铸保护渣性能的影响[J].过程工程学报，2009（3）：514-518.

[6] 张贺佳，陈伟庆，郑宏光.含钛铁素体不锈钢中氧化钛夹杂物控制的研究[J].上海金属，2010，32（3）：20-23.

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[9] 常锷，郑宏光，张丽，等.439铁素体不锈钢板坯的夹杂分析[J].上海金属，2008，30（6）：18-22.

[10] Basu S，Choudhary S K，Girase N.Nozzle Clogging Behaviour of Ti-bearing Al-killed UltraLow Carbon Steel[J].ISIJInternational，2004，44（10）：1 653-1 660.

（编辑：王瑾）

Analysis of Surface Defect on 321 Stainless Steel Cold-rolled Sheet

Wang Wei
(Stainless Cold Rolling Mill,Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030003)

To find out the reason for line scale defects occurring on the surface of 321 stainless steel cold rolled sheet,inclusions composition analysis of refining process,chemical composition analysis of cold rolled sheet,defect position scanning electron microscope and energy spectrum analysis were done.The analysis results showed that the high melting-point CaTiO3inclusions informing at LF refining process of 321 stainless steel were not changing at ladle,then stably getting into the mold power,which resulted in surface defect of continuous casting slab and passes on cold rolled sheet.The inclusions type and the physical property of mold power were improved through optimizing refining process and physical property of mold power,and the line defect of 321 stainless steel cold-rolled sheet was removed finally.

321 stainless steel,line defect,control of inclusions,optimization of mold power

TG335.12

A

1672-1152（2017）04-0020-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.08

2017-06-29

王伟（1982—）男，工业工程硕士，毕业于天津大学，不锈钢产品工程师，从事质量管理、工艺改进等工作。