SUS430冷轧板表面粗糙缺陷检测及产生原因分析_程云霞.pdf

第 卷第 期 年 月甘 肃 冶 金 ，文章编号：（）冷轧板表面粗糙缺陷检测及产生原因分析程云霞，魏海霞，钱张信（酒泉钢铁（集团）股份有限公司，甘肃 嘉峪关）摘 要：通过对 冷轧板表面粗糙缺陷样及罩式炉退火卷近表面和氧化皮的检测分析，确定罩式炉退火卷内氧化是导致冷轧板表面粗糙的主要原因。采取适当降低罩式炉退火温度、提高炉台风机转速、加大氢气置换量等措施，可有效减轻此类缺陷的发生。关键词：铁素体不锈钢；表面粗糙；内氧化；全氢罩式炉；氧化皮中图分类号：文献标识码：，（），）：，（），：；引言 铁素体不锈钢是中铬铁素体不锈钢中的代表钢种，具有线膨胀系数低、导热系数大、耐氯化物应力腐蚀能力强及冷加工性能好等优点，广泛应用于建筑装饰、家用电器、厨房用具以及工业设施等行业。由于不含，铁素体不锈钢成本较低，所以其用量正在逐渐增加。随着 铁素体不锈钢应用领域的不断拓展，中高端客户对产品的质量要求特别是表面质量要求也愈加严苛。某钢厂在生产薄规格 时，部分卷板表面存在严重的粗糙缺陷，影响板面的色泽，无法兑现直接使用原板面的订单，导致产品降级。为分析缺陷产生原因，对缺陷样板进行检测分析，并对缺陷产生原因进行调查，提出整改方案。检验 宏观形貌从对现场跟踪结果来看，此类缺陷卷板头尾发生较多。对缺陷样板进行宏观观察，缺陷为白色、片状密集分布的粗糙类缺陷，单个缺陷长度较短，基本在 以内，见图。图 冷轧板表面粗糙宏观形貌 生产工艺及化学成分 铁素体不锈钢典型化学成分见表。典型工艺流程为：铁水三脱连铸炉卷轧机罩式退火炉热退火酸洗线二十辊轧DOI:10.16042/62-1053/tf.2022.06.013机冷退火酸洗线平整机剪切机组成品出厂。表 铁素体不锈钢典型化学成分 元素含量 缺陷检测通过扫描电镜对缺陷位置进行观察，并进行面扫描与能谱分析，见图 和图。缺陷位置呈微观折叠状，折叠部位有异物残留，从面扫描结果来看，主要为、等元素的富集。从缺陷位置能谱检测结果来看，个别部位还有少量 和 的富集。图 缺陷位置面扫描结果图 缺陷部位能谱检测结果 罩式炉退火卷氧化皮检测缺陷位置残留的氧化皮呈牢固咬入状分布，且表层致密，排除冷退火酸洗线产生。故对缺陷卷和合格卷进行质量追溯，在热退火酸洗线均没有质量异常记录，说明该缺陷程度及其轻微不足以用肉眼发现。进而对罩式炉退火卷进行系统检测，重点对近表面质量情况进行调查。图 为合格卷与缺陷卷罩式炉退火状态下的表观氧化皮形貌。从表观形貌来看，合格卷氧化皮相对致密，而缺陷卷氧化皮相对疏松。图 为合格卷与缺陷卷罩式炉退火状态下的断面氧化皮形貌，从断面来看，缺陷卷与合格卷氧化皮厚度基本相当，约 ，但缺陷卷近表面内氧化明显，严重部位深度超过 。利用扫描电镜对典型缺陷位置进行面扫描，见图。断面氧化皮呈多层结构，大体分为三层：最外层为铁铬氧层，但、含量均较低，厚度占比约；中间层为铬氧层，、高度富集；最内层为呈细线状、连续分布的硅氧层，铬氧层和硅氧层有部分重叠，并同时有少量 的富集。向基体延伸的内氧化部位为铬氧层与硅氧层的延伸。对典型部位进行能谱检测，谱图 为基体成分，与常规 成分相比有轻微的贫铬；外层大量白色颗粒物密集分布，谱图 的 含量超过，该颗粒几近纯铁；中间层厚度相对均匀，谱图的含 甘 肃 冶 金 第 卷图 罩式炉退火后氧化皮表观形貌（左：合格卷，右：缺陷卷）图 罩式炉退火后断面氧化皮形貌（左：合格卷，右：缺陷卷）图 缺陷部位面扫描结果量达到，含量只有；最内层黑线部位，谱图 除了 含量达到 外，含量也高达；内氧化部位随深度的延伸，成分略有差异，靠外层谱图 的成分与谱图 相当，而更深入谱图 的氧含量相对较低，并以 的氧化为主。缺陷产生原因简析多数 铁素体不锈钢在热轧后都需经过罩式退火炉处理，一方面使热轧冷却过程中产生的马氏体分解为铁素体和球状碳化物，以达到软化的目的并提高后续产品的耐蚀性能。除此，可使轧制过程中被拉长的晶粒等轴化，以改善产品的加工性能。常规 不锈钢热轧卷的氧化皮可分为四层，由外及内分别为铁氧层（主要为铁的高价氧化物）、铁铬氧层（主要为铁的低价氧化物和铬的氧化物）、铬氧层（主要是致密氧化层）和硅氧层（主要是、第 期 程云霞，等：冷轧板表面粗糙缺陷检测及产生原因分析 图 缺陷部位能谱检测结果）。经全氢罩式炉退火后，热轧卷氧化皮结构会发生显著改变，是由于在整个退火过程中，炉内始终为全氢高温还原气氛，钢卷表面的氧化皮发生了还原反应。虽然 与 的结合力强于，可 的氧化物更易于被 还原，这一点正与图 谱图 检测结果相吻合。受还原反应的影响，氧化皮上通常会产生更多孔洞，这为还原产物水蒸气深入内层提供了较好的动力学条件。水蒸气通过短路孔洞扩散到基体表面分解出 和，和 不断向基体内部扩散，氧遇、等与氧亲和力强的合金元素发生反应，即产生内氧化，生成的合金氧化物与作用进而形成了合金元素的尖晶石型氧化物，促进了内氧化的生长。同时有研究表明，在 含量相对较低时，钢在高温下的抗氧化性不足以防止特别是在水蒸气气氛中由氧化引起的氧化皮相对于干燥气氛下过早时效。罩式炉退火卷在热退火酸洗线经抛丸预酸洗 混酸处理后，基体减薄量在 左右，无法将内氧化层完全去除，基体内氧化物仍有残留，虽在热退火酸洗线无法肉眼发现，但因内氧化行为使基体晶界结合力减弱，经二十辊轧机轧制后基体沿轧向延展，内氧化物暴露于基体表面，难以通过常规的电解酸洗去除，严重影响产品质量。通过对产生内氧化的热力学影响因素分析，并结合生产实际，认为应从罩式炉内气氛和炉温两方面进行控制，控制方向如下。循环风机作为罩式炉的重要设备，直接影响到整个炉台的温度场和炉内气氛的均匀性，从而影响退火效果。通过罩式炉插片试验了解到，个别炉台在炉温达到目标温度后，各测量点间的温度差异可达到 ，最高温度点比目标温度高出近 ，烧嘴位置及卷板外圈极易成为高温点，其内氧化程度也更严重。为此，要适当降低保温温度，避免局部高温。同时，要避免还原产物水蒸气在卷板表面的滞留，加大氢气置换量，确保置换的及时性和有效性。结语内氧化是造成此类冷轧板表面粗糙缺陷的主要原因，内氧化产物很难通过电解酸洗去除，直接影响产品的表面质量。罩式炉设备状态不佳，使氧化皮还原产物水蒸气在卷板表面长时间滞留，并通过短路孔洞氧化基体。罩式炉内局部温度过高，使内氧化程度加重。参考文献：程鹏辉，贺东风，田乃媛我国不锈钢发展现状及展望特殊钢，（）：程云霞 铁素体不锈钢砂金缺陷研究甘肃冶金，（）：杨连宏，李龙蛟，刘雅政，等 铁素体不锈钢的热变形行为金属热处理，（）：王建泽，钱张信，惠 恺，等铁素体不锈钢罩式退火表面铬氧化物富积机理金属热处理，（）：高 炜，孙彬，王建明，等含铬、硅合金钢在水蒸气气氛下高温氧化行为的研究进展热加工工艺，（）：张志仁 在 的含水蒸气气氛中 不锈钢的高温氧化 太钢译文，（）：，（）：收稿日期：作者简介：程云霞（），女，甘肃省嘉峪关市人，工程师，研究生。主要从事不锈钢产品开发工作。甘 肃 冶 金 第 卷