2205雙相鋼圓棒軋制表面開裂原因分析及生產工藝優化

沈 榮，馮昊蘇，吳振忠，黃日圣，徐 濤

（安徽富凱特材有限公司，安徽 宣城 245300）

安徽富凱特材有限公司是國內大型不銹鋼特材生產基地，集不銹鋼特材冶煉、軋制、穿孔為一體。2205雙相鋼年產量20000余噸，其中60%以上需要經軋鋼生產線軋制成∮60-∮130圓棒。2205雙相鋼經軋制之后，表面裂紋率高達10%～15%，報廢率在5%以上，本文通過對2205雙相鋼圓棒表面裂紋產生的原因進行分析，通過工藝優化，提高圓棒產品的合格率。

1 2205雙相鋼介紹

化學成分：

2205雙相鋼經過固溶之后材料中的鐵素體組織和奧氏體組織各占50%，實際生產中鐵素體相占比45%～55%，奧氏體相占比55%～45%。2205雙相鋼具有優良的力學性能和耐蝕性能以及良好的焊接性能，在石油、天然氣、海洋工程等行業具有廣泛的用途。它的屈服強度是奧氏體不銹鋼的兩倍，這一特性使設計者在設計產品時可以減輕重量。由于其Cr和Mo含量都很高，因此具有良好的耐酸堿腐蝕和點腐蝕的能力。

2 2205雙相鋼圓棒裂紋原因分析

2205雙相鋼圓棒主要生產工藝如下：

合金+返回料→35t槽式電弧爐熔化原料→35t氬氧精煉爐脫碳精煉→35tLF精煉爐二次精煉→R10米弧形連鑄機生產200*200方坯→方坯精整→天然氣加熱爐加熱→650軋機開坯→平立交替式六連軋機軋制成圓棒→矯直、平頭、檢驗、入庫。

2205圓棒裂紋主要形態示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 沿軋制方向呈直線分布的裂紋，一般為對稱出現（裂紋代碼：L01）

圖2 在圓棒上呈無規律分布的橫向裂紋（裂紋代碼：L02）

2205圓棒軋制過程中中間方裂紋形態示意圖如圖3所示。

圖3 裂紋分布在中間方四個角部（裂紋代碼：L03）

各種裂紋缺陷占比見表2。

表2 各種裂紋嚴重程度及占比

L01裂紋從裂紋形態上分析，主要為200*200連鑄方坯經650軋機開坯后，在左右兩個面存在高度2mm～4mm高度的耳子，進入六連軋之后，耳子被壓入基體造成。由于凸起的耳子與空氣的接觸面大，耳子部分散熱較快，溫度低于基體溫度，熱塑性與基體不一致，連軋時被壓入基體之后，會在原位置形成直線型的裂紋。同時耳子表面的氧化皮也會被壓入基體，形成圓棒次表面夾雜。

L02裂紋出現頻率最高，裂紋深度最深，造成的報廢率也最高。取裂紋處試片，用10%草酸溶液電解腐蝕，在蔡司Axio lmagre.A2m金相顯微鏡下觀察，如圖4所示，裂紋附近存在大量的二次相析出。雙相鋼析出的二次相主要為σ相，σ相屬于脆性相，會嚴重降低材料的熱加工塑性，σ相主要析出溫度區間為850℃～1000℃，因此2205雙相鋼在加熱和軋制過程中要盡量避免或者快速通過此溫度區間。

圖4 L025裂紋金相分析圖片（100X）

L03裂紋2205雙相鋼經過650軋機開坯之后出現在中間方的四個角部。2205連鑄方坯四個角的R角為8mm，連鑄坯經加熱之后進入650軋機，四個角的散熱較快，在進入650軋機時，角部溫度比面上的溫度低20℃～50℃，造成角部熱塑性和面上熱塑性不一致。另外，在650開坯過程中，角部為熱應力比較集中的區域，在熱軋過程中，出現裂紋的傾向更高。

3 改進方案

L01裂紋主要為開坯之后產生的耳子再次壓入基體造成，經過生產實踐總結，對650軋機孔型進行適當調整，如表3所示。

表3 650軋機孔型調整前后孔型數據對比

孔型調整之后，前幾道次采用大壓下量，后續道次壓下逐漸減小，L01裂紋出現頻率降低至0.3%左右，L01裂紋得到有效解決。

L02裂紋主要形成原因為材料在850℃～1000℃溫度區間長時間停留造成二次相析出。在制定加熱爐加熱曲線的時候，需要使連鑄坯的溫度快速通過這一溫度區間，調整后的加熱曲線如圖5所示。調整之后，L02裂紋出現頻率降低至1.1%以下。

圖5 調整之后200*200連鑄坯加熱曲線

針對L03裂紋，中間方容易出現角部裂紋，對200*200連鑄坯R角進行調整，將200*200連鑄坯R角由8mm逐步提高到20mm，R角達到20mm之后，中間方角裂問題出現頻率降低到0.25%以下。

4 結論

通過對2205雙相鋼圓棒生產工藝的優化和實踐，將2205雙相鋼圓棒裂紋率降低至2%以下，報廢率降低至0.3%以下。

2205雙相鋼圓棒裂紋產生的原因有很多，通過分析，裂紋主要由開坯孔型不匹配產生耳子、加熱制度不合理，材料表面出現大量脆性二次相、連鑄方坯R角不合適等。

針對以上三個主要原因，制定相應的改進優化方案，有效的降低了2205雙相鋼圓棒裂紋率，降低了企業生產成本。