316L 不銹鋼棒材開裂原因分析及改善措施

楊 梟，吳東平

316L 不銹鋼棒材是奧氏體不銹鋼，得到廣泛應用的鋼種，因添加Mo，故其耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強度特別好，可在苛酷的條件下使用；加工硬化性優（無磁性），316L 不銹鋼棒材主要用于制作不銹鋼管件、不銹鋼法蘭、食品工業、外科手術器等產品，因此客戶對316L 不銹鋼棒材物理性能和表面質量都提出了較高的質量要求。我司316L 棒材質量一直比較穩定，近期由于技術改進煉鋼連鑄工藝做了一些調整，導致316L 棒材出現了裂紋，裂紋會對穿管整個工藝都產生影響，包括扒皮深度。管坯修磨和成品拋光，比較嚴重的影響了客戶成材率和代加工廠的生產效率。

1 生產工藝流程

316L 棒材生產工藝流程：鋼坯→加熱爐→粗軋機組→液壓剪→一中軋機組→1#飛剪→精軋機組→2#飛剪→編組臺架→熱鋸→冷床→精整修磨→精整打包→稱重入庫。

316L 棒材荒管生產工藝流程：熱軋圓鋼→扒皮→切分棒材（1.5m ～2.5m）→加熱爐→穿管→水冷→矯直→入庫

2 缺陷原因分析

2.1 宏觀開裂形貌

（1）此批連鑄方坯表面渣坑、振痕比列較高。

（2）軋制出現垂直軋制方向的橫向裂紋和橫向的月牙彎裂紋，扒皮1.4mm 出現密集、無明顯規律的細小裂紋裂紋深度大概0.4mm ～0.6mm。

（3）穿管后跟隨穿管軋制延伸呈現螺旋狀裂紋。荒管酸洗后有明顯的酸液殘留。裂紋深度大概0.3mm ～0.5mm。

圖1所示。

圖1 316 棒材穿管開裂宏觀開裂形貌

2.2 微觀金相組織分析

（1）觀察方向為垂直軋制方向面，表層及內部存在裂紋.

（2）位置①深度約225.714μm，位置②深度約236.833μm，位置③寬度約516.522μm。深度約1000μm，（內部裂紋）。

（3）腐蝕方法：采用硝酸水溶液電解，位置①、位置②裂紋末端沿晶破裂，裂紋周圍存在一定細晶粒。

圖2所示。

圖2 316 棒材穿管開裂金相組織

2.3 塔形試驗

（1）根據客戶服役條件，我司將塔形實驗按照客戶實際扒皮分為0.8、1.2、1.6mm 三個梯度進行裂紋檢驗。

表1 塔形測試數據

（2）月牙彎裂紋在各個梯度均有存在，裂紋程度、形態基本呈遞減，部分較嚴重無規律。月牙彎形裂紋間距與振痕周期有一定的吻合，振痕深度較深的方坯，在經過軋機時無法消除導致了沿軋制方向的倒V 字型裂紋。

（3）沿軋制方向線性裂紋圓鋼表面基本不呈現，塔形結果總體呈遞減，部分較嚴重無規律。連鑄保護渣流動性差導致的渣坑和凹陷，隨著熱軋軋制延伸渣坑和凹陷被不斷拉長形成了線性折疊裂紋。

表2 D1、D2、D3 三個梯度下塔型CD 級數據

圖3所示。

圖3 316 棒材穿管開裂塔形試驗

（4）塔型實驗結果D1、D2、D3 各個梯度在煉鋼不同工藝調整下，棒材成品裂紋呈現下降趨勢，煉鋼整體生產工藝執行R20/SPH-C129/De-F ≥3.5，能將裂紋降級率降至7.04%，考慮到制樣和實驗誤差，這一比例完全滿足客戶使用。

3 改進措施

（1）積極改善方坯表面振痕深度和渣坑，減少圓鋼表面褶皺和裂紋.對連鑄坯表面異常振痕、連鑄液面異常波動、拉速存在變速異常要進行修磨處理。

（2）優化結晶器銅套R 角，用于改善方坯角部振痕和匹配熱軋軋機槽底角度。

（3）使用匹配316L 澆注溫度的連鑄保護渣，減少保護渣在澆注過程中自身粘度、熔點、融化速度、結晶速度對方坯的影響，出現如凹陷、深振痕、渣坑、壓坑（痕）等缺陷

（4）適當提高De-F，316L 含Mo，高溫條件下塑性變形較304 困難，適當提高De-F 含量能有效改善其高溫塑性。

（5）熱軋棒材加熱爐加熱爐溫整體上調，均熱段偏下限控制，在爐時間偏下限控制；減少方坯在爐加熱時間，抑制裂紋的進一步長大和延伸。

4 總結

綜上所述分析得出316 棒材穿管開裂原因是：

根據塔型結果裂紋呈現兩種形態，一種是垂直于軋制方向的橫向月牙彎裂紋，月牙彎裂在軋制方向呈現明顯間隔。橫向條狀裂紋呈現缺肉坑狀。連鑄坯表面常產生振痕，導致鑄坯表面產生橫向裂紋，皮下產生磷、錳等臺金元素的正偏析，對后步工序產生不利影響，降低了產品各種物理性能橫向斷面的均勻性。所以方坯表面振痕深度和渣坑是導致裂紋的主要因素。另一種是沿軋制方向的線性裂紋。裂紋發生區域呈現無規律分布。連鑄保護渣流動性差是導致裂紋無規律密集分布的重要原因。加上316L 含Mo 元素，高溫條件下塑性變形較304 困難，所以適當提高De-F 含量能有效改善其高溫塑性。在煉鋼調整的基礎上，熱軋在軋制方面也通過提高熱軋加熱爐爐溫和適當降低在爐時間對裂紋延伸起到一定的抑制作用。