316L不锈钢夹杂物水平的改善

1、316L不锈钢夹杂物水平的改善摘要： 不锈钢中夹杂物含量高低是影响其冷轧产品表面质量的重要因素。针对316L冷轧不锈锕表面发生大量线鳞缺陷，对缺陷样板及同期生产的板坯、热轧钢卷实物进行分析。结果表明，缺陷是由钢中夹杂物含量较高引起的。在生产316L不锈钢实践中，通过调整生产工艺路径、控制炼钢过程工艺以及实施夹杂物变性处理、精炼软搅拌、浇铸控制等措施， 有效改善了钢中夹杂物水平，并大幅减少了冷轧产品表面线鳙缺陷的发生。关键词：不锈钢；夹杂物；改善0前言316L是含钼奥氏体不锈钢，与奥氏体不锈钢中最常用的18 8型cr Ni奥 氏体不锈钢相比，Mo的加入使3 16L不锈钢耐稀硫酸、磷酸、各种有机酸

2、、尿素 以及耐氯化物孔蚀性能大大提高。该钢种既无晶间腐蚀倾向，焊后也不会产生 刀状腐蚀，被广泛应用于制造化工、化肥、石油化工、印染、原子 能等工业的设 备、容器、管道、热交换器等n。由于316L不锈钢碳含量低（表1），因此对整个冶炼过程处理要求较高，而较高含量的铬、镍和钼造成钢液粘度较大，不利于夹杂物上浮，从而增 大了钢水纯净度的控制难度。而钢水纯净度的高低，直接影响 到后续冷轧产品的表面质量。316L冷轧产品试制中，多次发生批量产品的表面缺陷，直接导致该产品降级使用甚至报废，造成了大量的经济损失。为此，对所有发生的缺陷类型和数量进行了统计，其中线鳞缺陷占总缺的比例高达70 % ,因此解决线鳞

3、缺陷成为开 发高品质316L冷轧板的关键环节。本文首先对改进前316L实物中的夹杂物现状 进行了分析，针对分析结果提出了改进方案，并在生产中应用，取得了明显效果，使冷轧产品的线鳞缺陷得到了有效控制。1缺陷分析线鳞是线状鳞折的简称，主要表现为冷轧后钢卷表面线形缺陷沿轧向分布，长约1030 mm,宽度方向上分布无规律，尺寸较小，宽约0. 1 mm。从生产的316L冷轧卷中挑选出有 线鳞缺 陷发生 的冷轧样品，缺陷宏观形貌见图1。图丨线算宏观形貌图对发生鳞折缺陷部位进行宏观观测，利用超声波清洗器对缺陷部位进行清洗，用FEICompany Quanta . 400扫描电镜和EDAx能谱分析仪（全文金相

4、和能谱分析采用相同的仪器和方法）对缺陷部 位进行表面形貌（图2）及缺陷处的元素组成（图3）等进行分析。图2缺陷部位微观形貌从图2中可以看出，缺陷形貌呈现条状分布，长约20 pm,宽约1斗m,在条状缺陷的局部有非规则颗粒状物质。该条状缺陷为典型的硅酸盐类夹杂，而非规则形貌缺陷需要进行能谱分析。图3缺陷处的元素及组成元糸质量分数/%原子分数/%O15.8133.00Mg7.5610.39AL15.7719.51Si0.480.57Mo1.090.38Ca1.291.08Cr11.317.26Mn1.470.89Fe40.7624.37Ni4.472.54O, Mg，Al，Cr和Fe等元素，还有少量

5、从图3可以看出，缺陷处的元素主要为的Ca。对比316L标准规定成分，可以看出，缺陷处 Al，Ca, Mg为非基体元素，其中Mg 为冶炼过程中钢液与耐火材料接触引入的杂质元素，Al和ca为冶炼过程中脱氧和添加BaCaSi丝引入的元素。缺陷 是典型的硬质尖晶石类 CaO- Al : 0,夹杂，这些硬质 夹杂在随后的轧制生产过程中并不会产生变形，其随着钢板的热加工变形而与钢板基体脱落，因此呈现典型的非规则形貌。从对缺陷的分析可以看出， 该类缺陷的形成主要和炼钢过程控制有关，即主要和钢水的纯净度控制有关， 因此要对该类缺陷进行控制， 主要从控制夹杂物的 数量和大小 方面 进行相关工艺控制。2 316L

6、不锈钢实物夹杂物分析中随机挑选同期生产的有线鳞缺为了解316L不锈钢实物夹杂物现状，在大生产 陷的316L板坯及钢卷进行分析。2. 1板坯夹杂物沿连铸坯长度方向取尺寸为80 mm X 1 250mm x 200 mm的316L不锈钢试样，截面如图4所示，在内弧面沿连铸坯宽度方向在边部、1 / 4宽图4连铸坯取样位置示意图度、中心各取一块试样，对其夹杂物类型和成分进行了分析。由于是铸态组织，所观察到的夹杂物都呈现为球状（图5）,这说明夹杂物 在钢液的凝固过程中已经形成，即以液态第二相存在于钢液中，由于钢液表面张力的作用而呈现球状。所有夹杂物大小约20 30um。图5连铸坯不同位置夹杂物形貌对连铸

7、坯中存在的夹杂物进行了能谱分析（图6），发现该类夹杂富 0, Si，ca，Al和Mg（图7），属于以（aO，Si02，A120，和Mg（）为主的夹杂物，由于其成分接近奥氏体不锈钢使用的保护渣成分，一般称作渣型夹杂物幢。这些渣型氧化 物中含有一定比率的Al : 0，导致材料硬度较大，偏向脆性，在热加工过程中虽然易脱落，脱落后就会在不锈钢表面形成微裂纹可产生变形，但变形后容 等表面缺陷。0 -i -141IH -11i %b仙ASt123 45 678910能量/ kev图6扫描电镜观察形貌丿元糸质量分数/%原子分数/%C0.460.94O36.3055.21Mg1.491.49Al13.4112

8、.09Si14.7212.75Mo1.240.31Ca17.2910.50Cr3.131.46Mn4.692.08Fe7.283.17对比成品的夹杂物分析可以看出，成品中硅酸盐夹杂物中存在非规则形状的 尖晶石颗粒。而尖晶石形成机理研究表明，一般有两种方式2,3 一种是钢水中的Al、Mg和0反应生成尖晶石，该类尖晶石夹杂物容易粘附于浸入水口内壁并粗大 化，落入钢中以大型夹杂物形态存在，成为有害夹杂物，而对比钢中的夹杂物 形貌可以看出（图2），该夹杂物属于微小类夹杂，不属于粗大夹杂物范畴。另外一种夹杂物是通过在渣型夹杂物中析出形成的。而图2中显示的夹杂物 形态也是渣型夹杂物和尖晶石？昆合共生，这和

9、尖晶石的析出机理相似，因此认 为该类缺陷主要为渣型夹杂物间接造成的。2. 2热轧卷夹杂物对同期生产的316L热轧卷板进行取样分析，采用的检测标准为GBI0561 89 ,结果见表2。夹杂物多为B类氧化物及C类硅酸盐夹杂，且夹杂物含量较 多。夹杂物的类型分析和对连铸坯的分析结果基本一致。在连铸坯中存在的氧 化铝和硅酸盐的复合夹杂物经过热轧变形，硬质氧化铝夹杂会呈现点链状分布， 而塑性硅酸盐类夹杂则沿变形方向呈现条带状分布。表2 316L热轧卷夹杂物评级 试样号_A_类B类 C类 D类纟田系 粗系纟田系 粗系纟田系粗系纟田系粗系1号002.0000002号002.000.50003号001.500

10、.50003改进措施从以上分析可以看出，钢水冶炼过程中产生夹杂物较多，而这些夹杂物会 直接影响到冷轧后产品的表面质量。夹杂物根据其形成原因可以分为内生夹杂 物和外来夹杂物。外来夹杂物主要为钢水在冶炼、出钢和浇铸过程中，由于钢液、 炉渣和 使用的耐火材料相互作用而被卷入的炉渣、耐火材料等，这类夹杂物一 般都较粗大。内生夹杂物一般都比较细小，不锈钢中的夹杂物主要为脱氧剂及 合金添加剂和钢种化学反应的产物，在钢水凝固前未浮出钢液而残留下来，如 AI脱氧易形成A1203夹杂，si脱氧易形成2FeO Si02等硅酸盐夹杂，这些夹杂物 虽然不能完全消除，但可以采用适当工艺对夹杂物的数量和大小进行改善。3.

11、1调整工艺路径改进前3 16L不锈钢炼钢工艺路径为：EAF_AOI） u IV LF CC（二步法）。 为了使钢液充分脱氧、脱硫和利于夹杂物上浮，将工艺路径改进 为：EAF AOD一 VOD CC（三步法）。三步法生产工艺中采用了 VOD真空吹氧脱 碳装置，在真空环境下通过氧枪吹氧以降低钢水中的碳含量，由于通过钢包底 部吹入氩气流搅拌，具有强搅拌功能，反应动力学条件好，对脱气、去除钢中夹 杂物效果有利。3. 2脱氧产物总量控制炼钢过程各阶段发生的反应如下：吹氧脱碳阶段：钢水中碳、铬的氧化反应C+0=CO t2Cr+3O=（Cr2。3）（Cr203）+3C: 2Cr+3CO还原阶段：加入铝和硅进

12、行还原（Cr 2 0s） +3 A1 = 2 Cr +（ A1 2 0 3）或2( Cr 20 3)+3 si =4 Cr +3( si 02)脱硫阶段：投入石灰和萤石造渣进行脱硫(Ca0)+S=(CaS)+ 0从以上反应可以看出，冶炼过程中会产生各种脱氧产物，钢水纯净度与钢 中全氧含量密切相关，氧含量高，说明钢中各种金属氧化物多，钢水纯净度差。为此可通过控制其良好的动力学和热力学条件，使反应向更有利的方向发生。 脱碳阶段增大氧气的有效利用率，减少钢中铬的氧化，同时在还原脱硫阶段投入适当的si，ca0等，确保炉渣和钢水的低氧化性和较高的碱度，保证反应充 分。通过工艺优化，使钢中的埘咖从0 .

13、006 %降为目前的0. 004 %。3. 3延长软搅拌时间为了进一步提高最终产品的表面质量，一方面必须尽量减少炼钢过程夹杂 物的生成，另一方面要去除生成的夹杂物，所以在连铸浇注之前，要保持精炼底吹通畅，禁止倒包处理或使用事故氩枪，保证充分的吹氩软搅拌时间。这种底 吹气体搅拌能混匀钢液，使钢液中的非金属夹杂物在搅拌的过程中互相碰撞、结 合和长大，从而在浮力的作用下从钢液中上浮分离。对于大型非金属夹杂物，其会在较短的时间内上浮分离，而粒度较小的非金属夹杂需要发生混合、碰撞和长大后才能上浮，这就需要较长的软搅拌时间14 J。目前要求软搅拌时间从10 min增加到20 min 。3 . 4 大包自开

14、精炼结束，控制合适温度，确保大包设备状态良好，使大包自开，避免氧气烧 开而造成钢水二次污染。3. 5稳定拉速由于316L钢种特性，在高拉速下易出现裂纹、夹渣等缺陷，在实际操作中，必须按目标浇铸温度进行浇铸，不允许有意降低浇铸拉速，要求拉速稳定在1m /min。同时，对不满足该拉速要求的板坯进行全修磨，以避免由于振痕较深的部 位有大型夹杂聚积而造成后续的表面缺陷。4 改进后实物质量通过以上措施的实施，目前316L钢水的纯净度 有了很大提升，对近期生产的实物取样分析(连铸板坯上取样部位及分析方法同改进前)。结果表明，夹杂物尺寸明显减小(图8)，三个试样中 分别有12颗粗系小于15仙m的夹杂物。对比

15、改进前的夹杂 物大小，可以发现经过以上工艺措施的执行，夹杂物大小和数量得到了明显改善。图8 改进后连铸坯不同位置夹杂物形 貌(a)边部(b)1/4(c)1/2对同期生产的316L热轧钢卷取样进行夹杂物评级分析(检测标准及方法同改进前)。结果表明，B类夹杂均小于1. 0级，C类夹杂小于0. 5级，比措施实施前较高的B类、c类改善明显(表3)。 表3 316L热轧卷夹杂物评级式样号A类B类C类D类细系粗系细系粗系细系粗系细系粗系1号001.000 0002号0 00.5 00 00 03号0 00 00.5000采取上述工艺措施后，316L不锈钢冷轧板表面线鳞缺陷得到了明显改善。2007年(采取措施前)共计供冷轧工序 2000 t 316L ，线鳞缺陷发生率为 9 . 8 %。经过2008 年的质量攻关和措施实施，2009年供冷轧工序共计3 000 t 316L ，线鳞缺陷 发生