節鎳型奧氏體不銹鋼板面線鱗缺陷原因分析及改進

梁健渾，徐向東，方健，方劍鋒，黃衛文，羅杰

（鞍鋼聯眾（廣州）不銹鋼有限公司，廣東 廣州 510760）

節鎳型奧氏體不銹鋼是在傳統304不銹鋼的基礎上，減少貴金屬Ni的使用，添加Mn、N等元素獲得穩定奧氏體組織的經濟型不銹鋼。該類不銹鋼以其優異的機械性能及較好的耐蝕性能，受到不銹鋼生產企業的青睞。鞍鋼聯眾不銹鋼有限公司生產20LH節鎳型奧氏體不銹鋼，產品產量約為30萬t/a，其熱軋鋼板在退火酸洗后表面出現線鱗缺陷，缺陷形態為刮痕狀，寬度距邊50～200 mm分布。線鱗缺陷位置易出現裂紋，在冷軋加工過程中，容易增加斷帶風險。因此，采用掃描電子顯微鏡對缺陷表面及橫截面形貌和成分進行分析，找出導致線鱗缺陷的因素，本文對此做一介紹。

1 線鱗缺陷分析

1.1 宏觀形態

20LH不銹鋼不同程度線鱗缺陷形態見圖1。由圖1可知，熱軋板退火酸洗后呈刮痕狀，長度約300～500 mm，經冷軋退火酸洗后，缺陷無法消除。

圖1 20LH不銹鋼不同程度線鱗缺陷形態Fig.1 Microstructural Appearances of Linear Scale Defects in Various Levels of 20LH Stainless Steels

1.2 微觀形態

采用掃描電鏡（SEM）對線鱗表面（見圖2）及截面（見圖3）進行二次電子分析。沒有發現明顯煉鋼連鑄夾雜物，主要成分為高溫氧化鐵皮。

圖2 線鱗表面掃描電鏡分析Fig.2 Appearance of Linear Scale Defect Analyzed by SEM

圖3 線鱗截面二次電子分析Fig.3 Appearance of Secondary Electron Analysis for Linear Scale Defect by SEM

1.3 夾雜物等級

取4爐次記錄線鱗缺陷的鋼卷進行夾雜物等級測試，低倍評級級別見表1。由表1可知，夾雜物等級均在2.5以內，符合夾雜物等級≤2.5的要求。

表1 低倍評級級別Table 1 Rating Level by Low-magnification Analysis

1.4 形成原因

結合缺陷形態、分布，掃描電鏡微觀形態和夾雜物等級分析可知，缺陷位置無明顯煉鋼連鑄夾雜，純凈度良好。缺陷位置主要以高溫氧化鐵皮為主，判斷缺陷應發生在鋼坯加熱出爐后，精軋終軋前產生。

2 導致線鱗缺陷的因素分析

2.1 鎳銅比對線鱗缺陷的影響

節鎳型奧氏體不銹鋼由于含Cu，鋼坯加熱升溫過程中，Cu在1 000～1 200℃出現液態相，并沿奧氏體晶界向基體滲透，導致材料熱脆［1］。提高Ni含量，雖然可促進Cu-Ni富集相以顆粒狀保留在氧化層，避免液相Cu出現，但是會造成成本增加，為此，有必要尋求適合的鎳銅比。

2.1.1 試驗材料與方法

為了考察鎳銅比對線鱗缺陷的影響，安排測試鎳銅比為 1.0、0.9、0.8、0.6的 20LH 不銹鋼各一爐次，試樣化學成分見表2，試驗爐次熱軋軋制規程見表3，追蹤熱軋板酸洗后線鱗品質。

表2 試樣化學成分（質量分數）Table 2 Chemical Compositions in Samples（Mass Fraction） %

表3 試驗爐次熱軋軋制規程Table 3 Hot Rolling Schedule for Test Heats

2.1.2 試驗結果

熱軋板經退火酸洗后，試驗爐次線鱗比例見表4。

表4 試驗爐次線鱗比例Table 4 Proportions of Linear Scale Defects for Test Heats

當鎳銅比為0.6時，線鱗比例為50%。隨著鎳銅比增大，線鱗比例明顯降低。當鎳銅比為1.0時，線鱗比例降為13%。分析認為，提高材料鎳銅比后，能促進Cu-Ni富集相以顆粒狀保留在氧化層，避免液相Cu出現，鋼板品質明顯改善。

2.2 鋼坯研磨對線鱗缺陷的影響

為了考察鋼坯研磨對線鱗缺陷的影響，在煉鋼成分、熱軋工藝參數相同條件下，熱軋板酸洗后線鱗比例見表5。可以看出鋼坯研磨對線鱗比例無明顯改善效果，判斷線鱗發生在連鑄工序后面。

表5 熱軋板酸洗后線鱗比例Table 5 Proportions of Linear Scale Defects of Hot Rolled Steel Sheets after Pickling

2.3 粗軋軋制溫度對線鱗缺陷的影響

為研究粗軋終軋溫度與線鱗缺陷的關系，使用Gleeble-3800熱模擬試驗機對20LH不銹鋼進行不同溫度下的拉伸試驗。

2.3.1 試驗材料與方法

試驗所用材料取自20LH熱軋粗軋后中間坯，其化學成分如表 6所示。試驗材料生產工藝為：電爐→轉爐→精煉爐→連鑄→熱軋加熱爐→粗軋→線下切割取樣。在Gleeble-3800熱模擬試驗機上進行熱應力模擬試驗。在700～1 200℃進行高溫拉伸試驗，繪制出樣品的熱塑性曲線與熱強度曲線。

表6 試驗材料化學成分（質量分數）Table 6 Chemical Compositions in Test Steels（Mass Fraction） %

2.3.2 試驗結果與討論

圖4 為20LH熱塑性曲線，從圖4中可以看出，20LH斷面收縮率隨溫度的增加呈現出上升的趨勢，但過程不穩定，僅在970～1 120℃溫度范圍內斷面收縮率在60%以上，表現出了良好的塑性。而低于970℃時，隨著溫度的降低，塑性急劇惡化；溫度高于1 120℃至1 200℃范圍內時，斷面收縮率均低于60%，塑性先降低后升高，塑性不高。根據以上結果，判斷20LH鑄坯應采取高溫軋制，加熱爐加熱溫度不宜過低，軋制溫度控制在1 000～1 100℃。

圖4 20LH熱塑性曲線Fig.4 Thermal Plasticity Curves of 20LH

由20LH熱強度曲線 （圖5）可以看出，在700～1 200℃溫度范圍內試樣的抗拉強度隨溫度的升高而降低，但減小的速度越來越慢，20LH最大抗拉力與最小抗拉力的差值高達22 797.5 N，說明溫度對抗拉強度的影響是非常大的。

圖5 20LH熱強性曲線Fig.5 Heat Intensity Curves of 20LH

結合斷面收縮率和抗拉強度，20LH試樣在700～1 200℃，抗拉強度隨溫度升高而降低，在970～1 120℃范圍內，斷面收縮率維持在相對較好的水平，熱加工性相對較好，最有利于進行熱加工。

3 實施效果

根據Gleeble熱模擬試驗得出軋制溫度區間，在鎳銅比為1.73的條件下，安排4爐次20LH不銹鋼測試熱軋不同粗軋終軋溫度，試驗材料化學成分見表7，熱軋工藝參數見表8。

表7 試驗材料化學成分（質量分數）Table 7 Chemical Compositions in Test Steels（Mass Fraction） %

表8 熱軋工藝參數Table 8 Process Parameters for Hot Rolling

由表8可知，熱軋20LH鋼板經退火酸洗線產出后，當粗軋終軋溫度為1 050～1 055℃，線鱗比例為33%。隨著終軋溫度升高，線鱗比例逐漸下降，當粗軋終軋溫度為1 065～1 070℃，線鱗比例為8%。因此，熱軋粗軋終軋溫度確定為1 065～1 070 ℃。

根據Gleeble熱模擬試驗及生產數據分析可知，粗軋終軋溫度越低，線鱗比例越高。因此，粗軋終軋溫度在1 000～1 100℃時，溫度越高，熱加工性能越好，粗軋微裂紋發生概率越低，酸洗后線鱗比例越低。

統計分析鞍鋼聯眾不銹鋼生產數據可知，粗軋終軋溫度與線鱗缺陷比例呈線性關系，如圖6所示。

圖6 粗軋終軋溫度與線鱗缺陷的關系Fig.6 Relationship between Finishing Temperature of Rough Rolling and Linear Scale Defect

4 結論

（1）導致節鎳型奧氏體不銹鋼產生線鱗缺陷的因素有合金成分（鎳銅比）、粗軋軋制溫度。

（2）通過提高節鎳型奧氏體不銹鋼鎳銅比，促進Cu-Ni富集相以顆粒狀保留在氧化層，避免液相Cu出現，鞍鋼聯眾不銹鋼20LH產品線鱗缺陷明顯改善。

（3）由20LH不銹鋼熱塑性曲線和熱強性曲線可知，溫度在970～1 120℃，熱加工性相對較好。

（4）通過優化合金成分 （鎳銅比為1.73）、粗軋終軋溫度在1 065～1 070℃，鞍鋼聯眾不銹鋼線鱗比例已控制在8%以內。