300系奧氏體不銹鋼熱軋板邊部缺陷研究

張超凡，劉 偉，馮 飛，張 磊，張 鵬

（1.廣東廣青金屬科技有限公司，廣東 陽江 529533；2.廣東省高端不銹鋼研究院有限公司，廣東 陽江 529533）

304奧氏體不銹鋼具有良好的冷熱加工性能和耐蝕性，被廣泛應用于裝飾、建筑、化工及石油等行業。熱軋板帶的基本要求是尺寸精確性好、表面質量好、板形好。在實際生產中，不銹鋼熱軋表面缺陷是重要管控點，主要表現為邊部脫皮、線縫、邊部粗糙痕等缺陷。馬駿等[1]在304不銹鋼冷軋板面線缺陷相關研究中發現CaO-SiO-MgO夾雜物，認為線缺陷的形成主要與鋼水潔凈度有關。劉勇等[2]在研究熱軋帶鋼邊部黑線時提出粗軋立輥對邊部黑線缺陷的影響起主導作用，對粗軋立輥輥面質量的改善和側壓制度的優化能改善黑線缺陷。任賢霖[3]在304不銹鋼熱軋帶鋼邊部質量控制相關研究中提到，邊部粗糙痕主要是由于同一計劃內薄規格軋制量過多、同寬公里數太大，使軋輥邊部磨損嚴重，導致邊部粗糙，在后續的酸洗、冷軋過程中粗糙帶不易消除，形成邊部粗糙帶。由于奧氏體不銹鋼帶鋼熱軋過程涉及很多因素，從加熱到軋制，再到后期的卷曲運輸過程，都會對其質量產生影響。

1 現狀

廣青科技1780不銹鋼熱軋板帶生產線自2019年投產以來，主要生產300系奧氏體不銹鋼、200系節鎳型奧氏體不銹鋼、400系不銹鋼等產品。其中，300系奧氏體產量占總產量的80%。不銹鋼產品對表面質量的要求較高，而304不銹鋼因應用領域相當廣泛，對熱軋鋼帶的表面要求較高，否則將遺留至冷軋工序，嚴重時將無法滿足用戶的使用要求。熱軋帶鋼邊部往往是最容易發生質量問題的敏感區域，所以對邊部質量的控制尤為重要。廣青1 780.0 mm熱軋生產線流程如圖1所示。

圖1 廣青1 780.0 mm熱軋生產線流程簡圖

2 奧氏體不銹鋼邊部主要質量問題

奧氏體不銹鋼中一旦有鐵素體形成，用熱處理或再加工等方法均無法消除。由于鐵素體相與奧氏體基體之間的化學成分、力學性能及熱穩定性等方面的差異，鐵素體的出現一般都會對奧氏體不銹鋼的性能造成不利影響，使熱加工產生裂紋的傾向性增大。因此，通常情況下應盡量避免鐵素體相形成。

304不銹鋼對加熱過程比較敏感，因此，在確保板坯燒透的前提下，盡量縮短加熱時間，尤其是高溫段的加熱時間需要明確。加熱區和均熱區絕對不能超出標準溫度，否則會使表面燒損，進而在熱軋、冷軋帶鋼上產生表面缺陷[4]。

2.1 邊部脫皮

邊部脫皮缺陷樣品宏觀形貌如圖2所示，沿帶鋼軋制方向分布，脫皮缺陷主要分布在鋼帶尾部70.0 mm和邊部30.0 mm范圍內，缺陷呈起皮狀分布，有明顯破皮。

圖2 304樣品缺陷的宏觀形貌

采用掃描電鏡對304不銹鋼邊部脫皮缺陷處進行微觀形貌觀察，發現缺陷沿軋制方向分布，缺陷內可觀察到灰黑色物質。缺陷表面及其截面能譜分析結果如圖3、表1所示，灰黑色物質主要為Fe、Cr、Mn的氧化物。

圖3 304脫皮部位化學元素分析

表1 脫皮缺陷位置化學成分分析

此類脫皮原因是板坯經粗軋軋制成中間坯，中間坯溫度在（1 090±30）℃范圍內。由于在高溫狀態下中間坯硬度低，在與粗軋護板接觸的摩擦過程中被刮傷。刮傷的中間坯經精軋軋制不能壓合，產生脫皮缺陷。根據分析結論，提出在熱軋階段加強加熱爐操作，對板坯加熱溫度提出均勻性要求，在爐后輥道增加邊部加熱器以及保溫罩等措施，保證合理的粗軋溫度、軋機速度，減少板坯在軋線上的溫降，能將鋼水潔凈度控制在一定水平上，減少熱軋階段產生的脫皮缺陷。

2.2 線縫

不銹鋼生產容易在板帶兩側產生延軋向的線性裂紋，如圖4所示；該缺陷主要發生在單面距邊20.0 mm以內，寬度在0.2～0.5 mm，長度甚至達到1 m。該缺陷在冷軋過程中不會被消除，會損壞冷軋軋輥，進而影響冷軋表面質量，嚴重影響冷軋產品向高端市場的發展。在冷軋階段，需要切除邊部缺陷，下游工序按照單邊15.0 mm的切邊量，1 500斷面的熱軋卷的切損達到2.00%，按公司一年產量200萬t計算，切損量為4萬t，經濟損失達8億元。因此，消除線縫等邊部缺陷是熱軋階段的重中之重。

圖4 線縫實際圖

根據相關資料，線縫的出現主要是因為粗軋時邊角部的金屬在軋制過程中始終處于低溫、高應力應變狀態，并且逐漸流動到軋制件的上下表面，導致軋制件邊部沿長度方向產生線縫缺陷。解決方法主要還是立輥軋制規程的合理設定。因此，在合理的寬度要求下，粗軋進行短行程寬度控制，立輥設定合理的邊部壓力控制，同時對連鑄坯窄面進行縮邊控制，將線縫發生位置集中在10.0～12.0 mm[5]。

對粗軋立輥力與線縫缺陷的發生情況進行分析，結果如圖5所示，將粗軋立輥軋制力第一道次控制在30 kN，第三道次軋制力控制在150 kN以內，能較好地控制線縫距邊位置。目前產線按此建議控制立輥力，線縫缺陷明顯改善。

圖5 線縫與立輥軋制力的關系（304鋼種）

2.3 邊部粗糙痕

熱軋板上、下兩邊存在距邊50.0 mm以內的粗糙帶，該區域粗糙度比正常板面處粗糙度高，在冷軋過程中會出現。經過對白皮卷的邊部粗糙帶元素分析以及組織分析，發現該處化學元素與正常板面處沒有差別，組織較正常板面處分布混亂，粗大晶粒較多，有理由懷疑粗糙帶的產生是因為在熱軋過程中，軋制通道上有冷卻水殘留在板帶表面，聚集在邊部，板帶側邊由于溫度降低速度較快，在軋輥上集中反應，在軋制力的作用下最終反饋到板帶表面上。因此，加強板坯加熱質量、軋制通道上各處漏水的檢查，同時更改軋輥材質，采用合理的軋制潤滑油制度，合理分布軋制負荷，采取合理的串輥制度等，能有效控制帶鋼邊部粗糙帶這一缺陷[6]。

3 結論

（1）采用合理的加熱溫度，在爐后布局保溫罩、邊部加熱器等一系列措施，使邊部脫皮缺陷得到有效控制。

（2）除了連鑄坯邊部形狀控制，在熱軋階段采取立輥材質改進、立輥各道次軋制力負荷合理分布、寬度精確控制等措施后，線縫這一缺陷能夠穩定在可接受范圍內。

（3）邊部粗糙帶表現為側邊一定范圍內粗糙度的不同，其發生主要是由于產線漏水等造成的軋輥邊部異常磨損，最終反映在板帶表面。嚴格執行工藝制度，改變軋輥材質，利用高硬度、高耐磨的高速鋼軋輥配合軋制油工藝潤滑制度，采用合理的串輥制度，可將邊部粗糙帶缺陷逐漸消除。