SUS430 不銹鋼線(xiàn)狀缺陷分析及控制

劉天增，王 珂，萬(wàn)占學(xué)，楊作宏

（酒泉鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

0 前言

SUS430 鐵素體不銹鋼因熱加工過(guò)程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生率比SUS304 低，加熱過(guò)程中很容易出現(xiàn)缺陷[1-4]。近期鋼廠在生產(chǎn)SUS430 不銹鋼時(shí)，熱軋黑卷出現(xiàn)線(xiàn)狀缺陷導(dǎo)致不銹鋼降級(jí)率上升，對(duì)兌現(xiàn)客戶(hù)訂單造成很大困擾。本文通過(guò)軋輥等設(shè)備檢查、熱加工工藝等影響因素分析，結(jié)合SEM檢測(cè)，找出產(chǎn)生該缺陷的原因，為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

圖1 線(xiàn)狀缺陷

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 化學(xué)成分

SUS430 鋼卷生產(chǎn)工藝：脫磷轉(zhuǎn)爐→AOD 轉(zhuǎn)爐冶煉→LF 爐精煉→板坯連鑄→板坯修磨→加熱爐加熱→粗軋機(jī)軋制→爐卷軋機(jī)軋制→卷取→熱退火酸洗→剪切、檢驗(yàn)、入庫(kù)。SUS430 不銹鋼成分見(jiàn)表1 所示。

表1 SUS430 冶煉化學(xué)成分 w/%

1.2 試驗(yàn)方法

截取20mm×20mm 缺陷樣品，放置在裝有酒精的燒杯中，并在KC-600 超聲清洗機(jī)中超聲清洗30min，樣品清洗完后，把樣品放置在干燥箱中進(jìn)行干燥，之后進(jìn)行SEM觀察。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 軋輥與下導(dǎo)衛(wèi)對(duì)缺陷的影響

鋼卷在軋制過(guò)程中主要接觸的設(shè)備為軋輥，因此本文主要對(duì)下機(jī)輥面情況進(jìn)行了檢查，如圖2 所示，軋輥面出現(xiàn)了線(xiàn)狀粗糙帶。該粗糙帶產(chǎn)生原因主要有兩個(gè)，一是鋼帶邊部摩擦所致，對(duì)于鋼帶邊部摩擦產(chǎn)生的粗糙，一般隨著輥役量的增加，粗糙帶也越來(lái)越明顯，在相同規(guī)格鋼卷軋制情況下，粗糙帶主要與軋輥串輥位置有關(guān)；另一個(gè)原因?yàn)橄聦?dǎo)衛(wèi)刮傷，目前在精軋機(jī)軋制過(guò)程中，軋制輥面零星存在導(dǎo)衛(wèi)刮傷情況，主要發(fā)生在邊部，下導(dǎo)衛(wèi)由于刀刃自重直接接觸輥面，受軋輥熱膨脹影響，輥面與刀刃間隙減小，容易發(fā)生刮輥，而上導(dǎo)衛(wèi)為增強(qiáng)封水，減少毛氈磨損及更換頻率，在毛氈下方加裝背襯鐵板，在毛氈磨損后與軋輥接觸后存在剮蹭軋輥現(xiàn)象，以上因素會(huì)導(dǎo)致帶鋼表面出現(xiàn)線(xiàn)狀缺陷。本次在對(duì)下導(dǎo)衛(wèi)與軋輥接觸部位觀察時(shí)，下導(dǎo)衛(wèi)無(wú)發(fā)生刮擦現(xiàn)象。圖4 為缺陷發(fā)生輥役后半段前兩道次竄輥預(yù)設(shè)位置對(duì)比，圖4 中竄輥位置整體呈線(xiàn)性下降的趨勢(shì)，但輥役第11 塊有明顯的反竄特征。本輥役后半段批量發(fā)生線(xiàn)狀缺陷，唯獨(dú)輥役第11 塊未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷，這也說(shuō)明粗糙帶會(huì)造成鋼卷軋制過(guò)程的“復(fù)制”，但是第11塊鋼卷未發(fā)生線(xiàn)狀缺陷，說(shuō)明軋輥表面的粗糙帶對(duì)該輥役量下缺陷發(fā)生影響不大。

圖2 下機(jī)輥面情況

圖3 下導(dǎo)衛(wèi)與軋輥接觸部位圖

圖4 輥役塊數(shù)與串輥位置圖

2.2 加熱工藝影響

熱軋加熱爐由熱回收段、預(yù)熱段、加熱段和均熱段爐膛組成。圖5 為切換鋼種后，連續(xù)3 輥役SUS430 鋼種爐內(nèi)加熱段實(shí)際爐膛溫度情況。從圖中溫度曲線(xiàn)來(lái)看，15 點(diǎn)之前，受鋼種切換影響，加熱段上下部整體呈降溫趨勢(shì)；14：50 和16：50 前后，有明顯的溫度臺(tái)階節(jié)點(diǎn)；15：40-16：40 時(shí)間段，加熱段上下溫差較其他時(shí)間段明顯偏大，在下部溫度維持較小波動(dòng)水平的前提下，上部爐膛溫度異常升高。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際分析，鋼種切換后的降溫情況，符合正常的爐內(nèi)控制需求；非故障停機(jī)期間，保溫時(shí)長(zhǎng)增加，板坯表面受氧化程度增加，而16 點(diǎn)前后的加熱段上部溫度異常升高，應(yīng)該是板坯在降溫過(guò)程中，操作人員為了防止軋制事故人為干預(yù)降溫導(dǎo)致，加熱工藝對(duì)該缺陷的產(chǎn)生影響不大。

圖5 SUS430 加熱段溫度對(duì)比

2.3 軋制力影響

從圖6 來(lái)看，23mm 中間坯SUS430 壓下率在36%以上，第一道次軋制力整體偏大；第二道次頭部軋制力偏大；尤其是第一道次帶鋼尾部和第二道次帶鋼頭部，超過(guò)10000kN 軋制力，且持續(xù)時(shí)間在10s 左右。在這種軋制規(guī)程下軋制的鋼卷線(xiàn)狀缺陷發(fā)生尤為嚴(yán)重，根據(jù)爐卷軋機(jī)往復(fù)軋制的特點(diǎn)判斷，帶鋼在此階段軋制過(guò)程中，持續(xù)受到較大軋制力加持的影響，高速鋼軋輥本身硬度較普通輥硬，屈服強(qiáng)度高，彈性應(yīng)變大，軸向尺寸變量大等，增加了帶鋼與軋輥的受力[5-9]。后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)采取中間坯減薄至27mm，對(duì)軋制規(guī)程進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，減輕了前兩道次的實(shí)際軋制力，缺陷沒(méi)有發(fā)生。

2.4 SEM 分析

圖6 是對(duì)氧化皮缺陷進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下：

圖6 SUS430 精軋軋制力對(duì)比

缺陷形貌如圖7、8，EDS 分析如表2 所示，缺陷處O 原子含量較高，正常位置O 原子含量較低，F(xiàn)e 原子含量較正常位置低。正常位置出現(xiàn)的O原子低是因?yàn)殇摪灞砻嬉呀?jīng)經(jīng)過(guò)酸洗，氧化鐵皮已經(jīng)被酸洗干凈，缺陷處殘留氧化鐵皮是熱軋氧化鐵皮殘留，線(xiàn)狀缺陷是熱軋軋制過(guò)程中產(chǎn)生。

表2 原子質(zhì)量百分含量 w/%

圖7 線(xiàn)狀缺陷SEM 形貌

圖8 線(xiàn)狀缺陷缺位置EDS

3 產(chǎn)生原因探討

3.1 產(chǎn)生原因

本批次缺陷卷均處于精軋機(jī)同一輥役軋制，上機(jī)前軋輥粗糙度0.3μm～0.5μm，下機(jī)后未在輥面上發(fā)現(xiàn)明顯的粘鋼現(xiàn)象。對(duì)該軋輥進(jìn)行硬度檢測(cè)，軋輥硬度在80.5～81.5HRC 范圍內(nèi)，滿(mǎn)足軋制需求。同時(shí)查看該軋輥前后所有軋制鋼卷情況，均未發(fā)生線(xiàn)狀缺陷，由以上分析可以排除軋輥本身的因素。此缺陷批量發(fā)生且現(xiàn)場(chǎng)加熱工藝穩(wěn)定，與前期未發(fā)生缺陷鋼卷加熱工藝相同，沒(méi)有明顯差異。從軋制力方面來(lái)看，23mm 中間坯第一道次帶鋼尾部和第二道次帶鋼頭部，超過(guò)10000kN，軋制力較大，為減輕線(xiàn)狀缺陷，后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)采取中間坯減薄至27mm，對(duì)軋制規(guī)程進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，減輕了前兩道次的實(shí)際軋制力，缺陷沒(méi)有發(fā)生，這是因?yàn)槌鰻t溫度一定，中間坯減薄后，增加了粗軋軋制時(shí)長(zhǎng)，且中間坯厚度變薄后，整體冷速加快，導(dǎo)致精軋開(kāi)軋溫度較之前整體偏低，間接影響了軋輥與軋件之間的受力情況，因此導(dǎo)致線(xiàn)狀缺陷的發(fā)生。

3.2 控制措施

鑒于此，綜合各因素考慮，從以下幾個(gè)方面調(diào)整：（1）SUS430 鋼 種 加 熱 爐 出 爐 溫 度 按1150～1160℃控制，以精軋開(kāi)軋溫度為反饋，并根據(jù)熱值波動(dòng)情況，實(shí)時(shí)調(diào)整；（2）23mm 中間坯規(guī)程優(yōu)化，原因?yàn)橹虚g坯減薄至27mm 導(dǎo)致，后續(xù)通過(guò)對(duì)規(guī)程方面的調(diào)整，減輕了前兩道次的實(shí)際軋制力，前兩道次壓下率各減小約1%，后續(xù)根據(jù)實(shí)際質(zhì)量反饋情況，再持續(xù)優(yōu)化；（3）加強(qiáng)熱軋?jiān)诰€(xiàn)表檢檢查力度，發(fā)生問(wèn)題及時(shí)檢查，有加重發(fā)展的趨勢(shì)時(shí)，提前換輥。

4 總結(jié)

（1）對(duì)軋輥?zhàn)陨砗拖聦?dǎo)衛(wèi)進(jìn)行排查發(fā)現(xiàn)，下機(jī)軋輥表面有粗糙帶出現(xiàn)，下導(dǎo)衛(wèi)無(wú)發(fā)生刮擦現(xiàn)象，軋輥表面的粗糙帶對(duì)該輥役量下缺陷發(fā)生影響不大。

（2）此缺陷批量發(fā)生且現(xiàn)場(chǎng)加熱工藝穩(wěn)定，與前期未發(fā)生缺陷鋼卷加熱工藝相同，沒(méi)有明顯差異。從軋制力方面來(lái)看，23mm 中間坯第一道次帶鋼尾部和第二道次帶鋼頭部軋制力較大，線(xiàn)狀缺陷發(fā)生量大，中間坯減薄至27mm 時(shí)，線(xiàn)狀缺陷得到控制。

（3）線(xiàn)狀缺陷產(chǎn)生是因?yàn)橹虚g坯減薄后，增加了粗軋軋制時(shí)長(zhǎng)，且中間坯厚度變薄后，整體冷速加快，導(dǎo)致精軋開(kāi)軋溫度較之前整體偏低，間接影響了軋輥與鋼卷之間的受力導(dǎo)致。后續(xù)通過(guò)穩(wěn)定加熱溫度，優(yōu)化中間坯軋制規(guī)程，加強(qiáng)熱軋?jiān)诰€(xiàn)表檢檢查力度，發(fā)生問(wèn)題及時(shí)檢查，有加重發(fā)展的趨勢(shì)時(shí)，提前換輥等措施，線(xiàn)狀缺陷得到控制。