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bet36:0309不锈钢管表面翘皮缺陷的特征与成因分

作者:bet36体育网站已浏览: 148次 日期:2020-03-10

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浙江至德钢业有限公司采用发射扫描电子显微镜、能谱仪、金相显微镜对不锈钢管表面翘皮缺陷的形成原因进行了分析。结果表明钢管铸坯表面裂纹、保护渣卷渣、氧化铁皮压入是引起不锈钢管表面翘皮缺陷的主要原因。在铸坯表面裂纹引起的翘皮缺陷处可观测到薄层高温氧化铁,附近分布着大量细小高温氧化圆点,且有脱碳迹象;在氧化铁皮压入引起的翘皮缺陷处只能检测到氧化铁而无其他成分;而保护渣卷渣引起的翘皮缺陷可在缺陷处检测到保护渣特征元素。

随着钢铁生产技术的进步与发展,各大钢铁企业为提高竞争力在保证钢材性能的同时越来越重视钢板表面质量。常见的不锈钢管表面缺陷有边裂、划伤、翘皮等。翘皮作为一种常见的钢管表面质量缺陷,已引起国内相关研究人员的关注,并做了大量的研究工作。至德钢业分析了120吨转炉RH-CC冶炼工艺生产的高强度不锈钢管表面翘皮缺陷的特征和形成机理。观察了不锈钢管边部翘皮缺陷的微观组织与晶界状态,发现薄壁不锈钢管边部翘皮缺陷主要是由于中间坯边角部温度过低、热轧过程中发生不均匀变形所致。对热轧不锈钢管表面翘皮缺陷形貌、分布规律及相应成分进行了分析,发现结晶器保护渣卷入是引起热轧钢管表面翘皮缺陷的主要根源。

本文结合国内外研究现状,分析比较了某缺陷不锈钢管铸坯表面横裂纹、保护渣卷渣、氧化铁皮压入引起钢管表面翘皮缺陷的各自特点,并分别对其形成原因进行了详细分析,对实际生产具有一定的指导意义。

试验材料来源于国内某大中型钢管厂缺陷不锈钢管,用线切割分别在试样的典型缺陷部位取样并标号,将制作好的试样进行磨抛、超声清洗、烘干,利用体视显微镜、金相显微镜、S-4800型场发射扫描电子显微镜及能谱仪进行综合分析。

二、钢管翘皮缺陷特征及原因分析

1.铸坯表面裂纹引起的翘皮

裂纹是铸坯上的常见缺陷,经轧制后铸坯裂纹常常以边裂、线状、翘皮等缺陷的形式存在。图是铸坯表面横裂纹引起翘皮缺陷的宏观形貌。从图中可看出,不锈钢管表面翘皮区域比较大,且部分已从钢管表面脱落。用线切割在缺陷部位截取一个10mm×10mm的纵截面试样,利用扫描电子显微镜对其进行微区分析可发现,缺陷从表面向内部延伸,长度达0.3mm,跟裂纹特征相似,且呈现多层分离现象,其显微形貌如图所示。利用扫描电镜及能谱仪对图中点一处进行微区成分分析,发现裂纹边缘成分为Fe和O元素,即氧化铁,且缺陷附近存在大量细小高温氧化圆点,其成分主要为Si、Mn、Fe、O元素,如图中点二处。综合分析可知,缺陷边缘为一薄层高温氧化铁,而缺陷附近又分布大量密集的细小高温氧化圆点,即SiO2、MnO、Fe2O3。

用4%的酸酒精腐蚀缺陷纵截面试样后,在金相显微镜下观察其组织特征。从图3中可观察到,缺陷处珠光体含量明显低于正常组织处的含量,铁素体含量增加,晶粒较粗大,这是典型的脱碳迹象。然而脱碳的形成原因较为复杂,一般在加热炉内会引起脱碳现象,其形成的基本条件为院。加热温度800℃以上;在加热炉内有充足的氧化时间,碳原子由内向外扩散并与空气中的氧结合成一氧化碳或二氧化碳气体逸出,致使缺陷部位发生脱碳;钢中含碳量越高越容易引起脱碳。翘皮区域明显的脱碳迹象,说明在连铸坯中已存在表面缺陷,铸坯在加热炉中加热时,表面裂纹处发生脱碳,导致翘皮处微区组织的变化,晶粒粗大易形成应力集中,轧制时发生翘皮现象。同时由于高温和长时间加热,缺陷处铁被氧化前,基体中的硅、锰与氧结合在钢基体中偏聚形成大量细小高温氧化圆点。分析缺陷附近分布的密集的细小高温氧化圆点及缺陷处存在的脱碳现象的形成原因,然后结合缺陷斜向深入钢基体内部的形貌特征,说明该缺陷是钢板表面裂纹经轧制后引起的翘皮现象。铸坯表面裂纹是引起翘皮的主要原因,所以必须找到引起铸坯表面裂纹的原因才能从根本上解决钢板表面翘皮缺陷。通常结晶器振痕过大,易产生横裂纹,并沿奥氏体晶界扩展,从而引发大量的横裂纹,钢的高温力学性能恶化,P、S元素偏析,二冷过程中铸坯表面温度分布不均,温度梯度的存在导致铸坯表面应力集中等因素均是造成铸坯表面裂纹的重要原因。

2.保护渣卷渣引起的翘皮

保护渣卷渣常常会导致钢板表面各种质量缺陷,而不同的质量缺陷往往会有不同的表现形式。由保护渣卷渣引起的翘皮缺陷,用尖锐物将缺陷部位掀开后会观测到颗粒状物质。图为保护渣卷渣引起的翘皮缺陷的宏观形貌。从图中可看到,缺陷处一侧已翘起,另一侧与基体相连。用线切割截取缺陷处的纵截面试样,将缺陷部位用尖锐物掀开,将其作为样品的表面试样。利用扫描电镜对其微区成分进行分析,纵截面试样与表面试样的分析结果分别如图所示。图在点一处检测到大量O、Fe、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Mn元素,而Na、K为保护渣特有元素,说明该区域的夹杂可能是保护渣卷渣引起的,而掀开后的表面试样的分析结果更说明了这一点。图6中点1处的颗粒状物质均为保护渣成分,检测到大量O、Fe、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Mn元素,而图中点处则为钢基体,成分为铁元素。

由于保护渣属于塑性较差的硅酸盐、硅铝酸盐夹杂物,当其卷入钢基体后,在轧制过程中,夹杂物与基体的变形不一样,塑性差的复合类夹杂在轧制过程中几乎不变形,呈颗粒状挤压基体,成为翘皮发生的发源地,随板材厚度的不断降低;当达到一定极限后就会脱离钢基体造成翘皮缺陷。保护渣卷渣是引起钢板质量缺陷的一种常见原因,要避免翘皮缺陷必须找到引起卷渣的原因。引起保护渣卷渣的常见原因有院拉速不稳定,浸入式水口插入过深,造成结晶器液面不稳定,引起卷渣;捞渣条操作不规范,捞渣条时结晶器液面受到扰动而引起卷渣;中间包水口吹氩量过大,保护渣被氩气包裹卷入钢液,经轧制后引起不锈钢管表皮分层。

3.氧化铁皮压入引起的翘皮

氧化铁皮压入也是一种常见的引起翘皮缺陷的原因,而与卷渣和钢管铸坯裂纹不同的是,氧化铁皮压入不会检测到保护渣成分,缺陷部位只含有Fe和O两种元素,其显微形貌特征也不会像铸坯裂纹那样斜向钢基体内部延伸。图为典型的氧化铁皮压入导致翘皮缺陷的宏观形貌。从图中可看出,热轧不锈钢管表面粗糙不平,铁皮有的疏松脱落,有的压入钢管面不易脱落,其压入深度有深有浅。取纵截面试样利用扫面电镜对其显微形貌进行分析,在扫面电镜下可观察到有一层约10um厚的异于钢基体的物质,经能谱仪对其微区成分进行测定,其成分为Fe和O元素,即氧化铁。然后再用尖锐物将不锈钢管缺陷处翘起的表皮掀开,将掀下来的氧化铁皮作为表皮试样用扫面电镜及能谱仪对其微区成分进行检测,检测结果同样为Fe和O元素,该结果再次证明此翘皮缺陷应是氧化铁皮压入引起的。氧化铁皮压入不锈钢管表面主要在轧制过程中。在轧制前先要对钢坯进行除磷操作,除磷不彻底则铸坯表面残留有高温氧化铁,经轧制进入热轧钢管次表层,形成表面翘皮缺陷。由上述分析可知,该类翘皮缺陷主要是由于氧化铁皮压入造成的,而导致不锈钢管表面氧化铁皮压入的原因主要有:除磷不彻底,除磷水喷嘴布置不合理或除磷水水压大小不合适,除磷水喷嘴堵塞,形成沿钢板轧制方向的氧化铁皮压入基体;粗轧时,钢坯表面若与水和空气接触,易形成二次鳞;由于轧辊辊面氧化膜周期性承受巨大的交变应力,当达到一定疲劳极限时,辊面氧化膜剥落,剥落的氧化膜附着在不锈钢管上,经轧制后引起氧化铁皮压入缺陷。

1.铸坯表面裂纹引起的翘皮缺陷,可在纵截面试样中观察到缺陷向钢基体内部斜向延伸,缺陷边缘为一薄层高温氧化铁,且周围附着有大量的细小高温氧化圆点,其组织有明显的脱碳现象。

2.由保护渣卷渣引起的翘皮缺陷,用尖锐物掀开后会观察到颗粒状物质,且此颗粒状物质包含保护渣特征元素Na和K。

3.氧化铁皮压入引起的翘皮缺陷,在缺陷处只含有Fe和O元素,即氧化铁。

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