300 系奧氏體不銹鋼熱軋中間坯分層研究

明亞飛，劉光勇，劉 偉，張超凡，莫乃藹，王 林

（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）

1 粗軋軋鋼分層原因

粗軋軋制300 系奧氏體不銹鋼時出現如圖1-1所示嚴重中心分層現象，分層中間坯寬度在1 290 mm左右，中間坯厚度為34 mm，分層裂紋延軋制方向向內擴展至深處，裂深在200 mm 以下，飛剪能將中間坯頭尾切除，保證進入精軋中間坯無裂紋發生，黑皮成品無質量問題。當裂深超過200 mm 時，飛剪不能將有裂紋的中間坯完全切除，就出現如圖1-2 所示缺陷。由于此分層現象偶有發生，輕則在精軋軋制后，損傷精軋輥面，造成后續軋制中的板帶出現輥印缺陷，須要換輥，影響生產節奏，重則在精軋機內造成廢鋼，嚴重影響生產。這種現象在其他鋼廠也會偶爾出現，唐山瑞豐鋼鐵認為，發生分層現象是因為連鑄澆鑄過程中，水口損壞和絮流物掉入結晶器內導致結晶器液面波動造成卷渣，通過調整浸入式水口的結構及插入深度改善分層現象[1]。鞍鋼聯眾認為，熱軋分層主要原因是連鑄生產過程中鋼坯芯部碳鉻偏析嚴重，鋼坯芯部進入液相區，導致熱軋分層現象[2]。東方特鋼認為鋼坯中存在大量鉻和鐵的氧化物夾雜物，是造成分層的主要原因[3]。為了找到本廠中間坯分層現象的主要原因，本文將中間坯飛剪廢料用火焰切割后，進行實驗與分析，找出形成分層缺陷的原因，并提出改善措施。

圖1 分層現象宏觀形貌

2 檢驗分析方法

首先對切取試樣的截面進行拋光打磨，并使用V（硝酸）∶V（鹽酸）∶V（乙醇）=1∶1∶1 的溶液進行腐蝕，應用蔡司AX-10 金相顯微鏡觀察金相組織形貌，應用蔡司EV018 掃描電鏡觀察截面、斷面組織及分析成分，分析檢驗結果，并找出熱軋中間坯分層缺陷。

3 檢驗結果

3.1 金相組織分析

如圖2-1 所示為裂紋截面源頭金相200 倍組織形貌，能清晰可見大的裂紋，大裂紋末端延伸800 μm小裂紋。由此可見，大裂紋是由末端細小微裂紋延伸而來，在細小裂紋末端形成應力集中，宏觀表現為裂紋進而演變成分層缺陷。如圖2-2 所示為裂紋末端SEM微觀形貌，對裂紋末端細小裂紋在掃描電鏡下分析，發現大裂紋延伸處的細小裂紋處出現大量鏈狀顆粒在細小裂紋晶界處析出。

圖2 裂紋OM 及SEM 組織

如圖3 所示為EDS 能譜分析結果，如表1 所示為鏈狀析出物成分質量分數，結果顯示裂紋末端晶界處析出鏈狀顆粒物為碳化物及氧化物夾雜。此現象與鞍鋼聯眾及東方特鋼分析結果相近，是由于在晶界析出碳化物及氧化物造成中間坯分層。

表1 EDS 能譜分析成分

圖3 EDS 能譜分析

3.2 金相組織分析

如圖4 所示為中間坯分層截面面掃描圖像結果。由圖4 可見，裂紋末端主要的殘留元素有C、O、Si，故裂紋處析出物主要為碳化物及氧化物，并未出現其余卷渣成分，故中間坯分層可能是由于中間位置析出碳化物及氧化物等脆性相所引起的分層現象。

圖4 EDS 面掃描能譜分析

3.3 微觀組織形貌分析

如圖5-1 所示為裂紋處SEM 微觀組織形貌，通過對熱軋中間坯截面進行微觀組織分析，發現晶粒排列有明顯方向性，在晶界處的析出物呈平行狀分布在，且與軋向及裂紋方向平行，且眾向上并未出現晶界析出，晶粒呈規則多邊形形狀，呈現再結晶溫度以下軋制現象，在平行的晶界處有少許空洞出現，延伸至中間坯內部。如圖5-2 所示為晶界成分與晶粒內成分對比，結果顯示晶界處析出物C、Cr 含量明顯高于晶界內，故晶界析出產物為碳化鉻析出。

圖5 裂紋處SEM 微觀組織形貌及成分對比

4 分析與討論

從以上結果分析來看，分層處裂紋內主要為氧化物及碳化物堆積，無其他夾雜物出現。裂紋處高倍SEM觀察，晶界上析出大量碳化物，且析出物沿軋向分布，垂直于軋向的方向未發現析出物，且垂直與析出物方向未發現裂紋，沿軋向的延晶裂紋間出現晶粒呈規則多邊形形狀，由于溫度偏低，再結晶完成后再軋制形成的多邊形組織，同時晶界上析出的碳化物溶解溫度在1 030 ℃[4]，軋制溫度低于此溫度時會析出大量碳化物，且溫度越低析出量越大。對裂紋進行腐蝕后發現許多沿軋向形成晶界細小裂紋，部分細小裂紋長大后形成大裂紋，且裂口方向與軋向平行，說明軋向先形成小裂紋，然后裂紋長大，形成細小空洞，最后延伸至中間坯，造成中間坯分層缺陷。故造成300系奧氏體不銹鋼中間坯分層的原因為中間坯頭尾溫度偏低，粗軋過程中溫度下降過快，粗軋過程中，中間坯晶粒組織呈低于再結晶溫度以下軋制形成的規則多邊形，且造成晶界上先析出碳化鉻，且析出的碳化物為硬脆相。粗軋過程中造成晶界應力集中形成小裂紋，裂紋擴展后造成中間坯分層，分層處由于接觸空氣，易造成氧化形成氧化物。

5 結語

溫度偏低造成板坯頭尾出現碳化物析出及晶粒呈規則多邊形，晶界上析出的氧化物及碳化物是粗軋中間坯分層的主要原因，通過改善加熱工藝，增強保溫措施，同時增加切頭切尾長度，分層現象有所緩解。