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至德鋼業(yè)321不銹鋼管的焊接工藝性能分析

Thu, 26 Aug 2021 17:03:34 +0800

奧氏體不銹鋼管是工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中最重要的鋼種。優(yōu)良的機(jī)械性能、耐腐蝕和耐熱性能、以及突出的焊接性等，使其在機(jī)械制造等諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。為獲得良好的耐蝕和耐熱性能，321不銹鋼管中加入了一定量的鉻、鎳、鉬、錳、銅、鈦、鈮等合金元素。但是，大量合金元素的加入，使這種鋼的組成及凝固過(guò)程復(fù)雜化。采用常規(guī)焊接方法進(jìn)行焊接加工，極易造成熔池凝固時(shí)產(chǎn)生熱裂紋，另一方面熔池金屬傾向于形成方向性很強(qiáng)的粗大柱狀?yuàn)W氏體晶粒；在晶界處，碳原子不僅易與鉻原子大量化合，造成晶界貧鉻，還會(huì)與鈮、鈦等元素大量化合，在腐蝕介質(zhì)中導(dǎo)致發(fā)生焊縫晶間腐蝕和熔合邊界的刀狀腐蝕。此外，因受到奧氏體不銹鋼管自身特性的影響，極易造成焊縫成形不良、焊接熱裂紋等焊接缺陷。而晶間腐蝕和焊接熱裂紋是采用常規(guī)方法焊接321不銹鋼管時(shí)存在的主要問(wèn)題。

真空纖焊技術(shù)因?yàn)槠渥陨淼膬?yōu)越性，最初在航空工業(yè)和原子能工業(yè)等許多尖端部門得到廣泛使用，而近年來(lái)，隨著科技發(fā)展，特別是家電工業(yè)（尤其是制冷行業(yè)，包括制冷設(shè)備，如電冰箱、空調(diào)及其三通、四通閥等配件）、汽車工業(yè)、電子工業(yè)的高速度發(fā)展，釬焊技術(shù)應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。國(guó)內(nèi)外對(duì)321不銹鋼管真空纖焊技術(shù)的研究也隨之不斷深入，主要集中以下幾方面：

321不銹鋼管真空釬焊是通過(guò)釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕、溶解和相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬間的連接，因此釬焊時(shí)纖料的冶金性能對(duì)釬焊的質(zhì)量起著極其重要的作用，321不銹鋼管的研究也因此受到了廣泛的重視。添加微量元素，改善釬料性能。早在20世紀(jì)中期，國(guó)外在研究Ag-Cu纖料釬焊321不銹鋼管和陶瓷時(shí)，就發(fā)現(xiàn)V、Nb、Zr、Hf等元素的添加，可以明顯改善纖料對(duì)母材的潤(rùn)濕性能。近年研究321不銹鋼管釬焊時(shí)，又發(fā)現(xiàn)釬料中微量的鈦元素可以與321不銹鋼管反應(yīng)，降低了321不銹鋼管的表面能，使釬料能很好地潤(rùn)混母材，形成良好的纖焊接頭。對(duì)于321不銹鋼管纖焊常用的鎳基纖料，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也先后研究了向釬料中加入了Mn、Co、Sn等合金化元素，以提高銀基纖料的冶金性能和軒焊性能。

微量金屬元素的添加可改善釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕性能，但在真空氣氛釬焊時(shí)，若纖焊溫度過(guò)高，會(huì)增加母材和纖料中合金元素的揮發(fā)量，而影響纖焊質(zhì)量，因而低熔點(diǎn)纖料的研究成為纖料發(fā)展的方向。根據(jù)一些研究出的合金的相圖可知，一些微量非金屬元素的添加，如Si、B、P等，能與金屬形成固溶體，降低纖料的熔點(diǎn)，從而能夠減少金屬元素的蒸發(fā)量，并能促進(jìn)母材與液態(tài)纖料的互相溶解，有利于非金屬元素的擴(kuò)散均勻化，有效地減少纖縫中脆性物的生成，能夠提高纖焊接頭的性能。周繼鋒，李困亮研究了Cu基釬料中微量元素的添加，對(duì)纖焊性能的影響，研制開(kāi)發(fā)了降低Cu基纖料熔點(diǎn)，提高纖焊接頭性能的Cu-Si-Mn合金纖料.甘肅工業(yè)大學(xué)的路文江等研制了低硼低鉻的鎳基纖料。

優(yōu)化釬料成形工藝，提高纖料纖焊性能。纖焊材料的生產(chǎn)與電焊條不同之處是：電焊條的技術(shù)關(guān)鍵主要在于配方，而釬料生產(chǎn)的關(guān)鍵則在于生產(chǎn)加工工藝，特別是在釬料的成形技術(shù)上。321不銹鋼管真空纖焊所用的高溫纖料一般由過(guò)渡元素如：鎳、鐵、鉻和非金屬元素硅、硼、磷等形成的低共熔混合物，這種混合物當(dāng)以傳統(tǒng)晶態(tài)結(jié)構(gòu)合成時(shí)，所形成的釬料一般都較脆，不能形成連續(xù)的箱片狀或帶狀，只能以粉木狀形式存在。這種粉末狀晶態(tài)軒料存在較大的偏析現(xiàn)象，使用晶態(tài)纖料纖焊時(shí)，由于各相熔點(diǎn)不一致，先是低熔點(diǎn)相熔化，而后高熔點(diǎn)相因流散緩慢而堆積，造成分層現(xiàn)象，會(huì)引起纖縫脆化，降低纖焊接頭的使用性能。因此料成型工藝，特別是高溫纖料成形工藝的研究受到了廣泛的重視。

近年來(lái)采用急冷快淬新技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)非晶態(tài)纖料技術(shù)取得了突破。利用快速凝固的方法對(duì)脆性的高溫合金纖料進(jìn)行非晶加工，可以獲得厚度僅為10~50um的箔片狀非晶或微品纖料。它具有傳統(tǒng)的粉末及粘帶狀晶態(tài)釬料所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)成分均勻致密，雜質(zhì)及氣體含量少，釬焊實(shí)施方便，可一次纖焊成功；并且非晶態(tài)纖料的成分和組織單一、均勻，纖焊溫度上升時(shí)，幾乎是同時(shí)熔化、流動(dòng)和鋪展：非晶態(tài)纖料的熔化區(qū)間較窄，有利于纖料合金中的B、Si、C等原子吸收較多的能量，增加其活度，提高其擴(kuò)散速度，從而也能抑止脆性化合物的形成。因此非晶態(tài)纖料的研究應(yīng)用成為321不銹鋼管的另一發(fā)展方向。

后屏過(guò)熱器中TP347H不銹鋼管斷裂原因分析報(bào)告

Sun, 23 May 2021 03:50:47 +0800

某公司#5爐運(yùn)行3200小時(shí)后，后屏過(guò)熱器在西數(shù)第9排南側(cè)外數(shù)第四圈的下彎管內(nèi)弧側(cè)發(fā)生橫向斷裂。該管規(guī)格Φ57×9mm；材質(zhì)TP347H不銹鋼管。裂紋源自彎管的內(nèi)弧外表面向內(nèi)向右上角擴(kuò)展，除斷口外，彎管外表面還存在小裂紋。為了查找失效原因，選取了金屬試樣進(jìn)行化學(xué)成分、拉伸、沖擊、斷口觀察和金相等方面的試驗(yàn)，綜合分析后屏過(guò)熱器斷裂原因。

一、斷裂事故概述

某公司1×600MW汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司根據(jù)引進(jìn)的美國(guó)ABB-CE燃燒工程公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的亞臨界壓力，一次中間再熱，單爐膛，控制循環(huán)汽包鍋爐；型號(hào)為HG－2080／17.5—HM12。鍋爐整體Π型布置，全鋼構(gòu)架懸吊緊身全封閉結(jié)構(gòu)。鍋爐設(shè)計(jì)壓力19.95MPa，最大連續(xù)蒸發(fā)量為2080t/h，額定蒸發(fā)量為2005 t/h，額定蒸汽溫度541℃。后屏過(guò)熱器由下列規(guī)格和材質(zhì)Φ57×9mm，T91；Φ63×8mm，T91；Φ57×11mm，12Cr1MoVG；Φ63×11mm，TP347H；Φ57×9mm，TP347H等多種規(guī)格的管子組成。該爐運(yùn)行3200小時(shí)后，后屏過(guò)熱器在西數(shù)第9排南側(cè)外數(shù)第四圈的規(guī)格和材質(zhì)為Φ57×9mm，TP347H的下彎內(nèi)弧側(cè)發(fā)生橫向斷裂。斷裂位置詳見(jiàn)后屏過(guò)熱器管排示意圖。

二、宏觀特征及分析

圖為失效后屏過(guò)熱器管的宏觀形貌。斷口呈脆性斷裂，壁厚沒(méi)有明顯減薄，管徑?jīng)]有脹粗。下左圖的左下角為裂紋開(kāi)裂位置，從彎管內(nèi)弧外表面向內(nèi)向右上角擴(kuò)展。不同于以往鍋爐受熱面的珠光體耐熱鋼的失效形態(tài)。既不符合短時(shí)過(guò)熱失效特征，也不符合長(zhǎng)時(shí)過(guò)熱失效特征。下右圖可見(jiàn)，彎管外表面還存在小裂紋。具備應(yīng)力腐蝕特征。為了查找依據(jù)：選取新管為1#樣，斷裂管為2#樣，對(duì)圖1中右圖沿縱向穿過(guò)裂紋取金相樣，編號(hào)為3#樣,對(duì)1#和2#進(jìn)行拉伸和沖擊取樣。

三、化學(xué)成分分析

對(duì)新管和斷裂管用DV-6直讀光譜儀進(jìn)行成分分析，見(jiàn)表。新管和斷裂管的所有合金元素均符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)要求，化學(xué)成分沒(méi)有問(wèn)題。

四、拉伸和沖擊性能

對(duì)新管和斷裂彎管相應(yīng)的直管部分進(jìn)行了拉伸和沖擊取樣，拉伸試樣的標(biāo)距部分尺寸為φ5×25mm，沖擊試樣為5×10×55mm，試樣缺口為“V”型缺口，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，無(wú)論是新管還是斷裂管：其屈服極限、抗拉強(qiáng)度以及延伸率高于ASTM標(biāo)準(zhǔn)要求。ASTM標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有沖擊值和斷面收縮率規(guī)定，但從斷口和沖擊值看，管子的沖擊韌性均為較好。可見(jiàn)，管子的常溫機(jī)械性能指標(biāo)沒(méi)有問(wèn)題。

五、金相組織

圖為不同管子和不同位置金相組織。從圖中可以看出，新管金相組織與斷裂管子的金相組織有明顯的差別，新管的晶粒度大于8級(jí)，晶界析出相少。而斷裂管的晶粒度為5.3級(jí)，晶界碳化物析出多，晶界較粗。新管和斷裂管的金相組織均為奧氏體+析出相。依據(jù)ASTM213規(guī)定，TP347H不銹鋼管的晶粒度應(yīng)大于7級(jí)。可見(jiàn)，斷裂管子晶粒度級(jí)別不合格，超標(biāo)。

為了進(jìn)一步了解新管和斷裂管金相組織中析出相和裂紋性質(zhì)，對(duì)新管和斷裂管金相樣品進(jìn)行了掃描電鏡觀察和能譜分析，圖為掃描電鏡下新管和斷裂管金相組織和能譜曲線。將對(duì)新管和斷裂管子的金相組織進(jìn)行了對(duì)比，可以看出，新管的晶間碳化物析出少，而斷裂管的晶間碳化物Cr₂₃C₆析出多，晶界明顯粗化，晶界上鉻含量高。具有腐蝕環(huán)境下，應(yīng)力腐蝕傾向增大。

從圖中可以看出，圖中白點(diǎn)“相”能譜分析表明是鈮顆粒，分布在晶內(nèi)和晶界上，斷裂管子的晶界上鉻含量高，可見(jiàn)，在晶界析出鉻的碳化物，導(dǎo)致晶界弱化，抗晶間腐蝕能力降低，產(chǎn)生晶間腐蝕。而新管未發(fā)現(xiàn)晶界析出鉻的碳化物，既沒(méi)有發(fā)生晶間腐蝕。

圖為3＃樣品裂紋形態(tài)。從裂紋形態(tài)看，為典型沿晶開(kāi)裂。管子外表面還有很多小裂紋。將小裂紋打開(kāi)，在電鏡下觀察3#樣品斷口表面能譜曲線發(fā)現(xiàn)，斷口為沿晶斷口，斷口表面存在硫元素，可見(jiàn)，斷裂管子的開(kāi)裂是在煙氣中硫的作用下的產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的結(jié)果。

六、原因分析

奧氏體不銹鋼的不銹性和耐蝕性的獲得主要是由于在鉻作用下,鉻促進(jìn)了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結(jié)果。奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕是晶界或晶界附近的電化學(xué)腐蝕。鉻是強(qiáng)碳化物形成元素,在奧氏體不銹鋼中也不例外,奧氏體不銹鋼中常見(jiàn)碳化物（Cr₂₃C₆），這種碳化物高溫固溶處理溶于奧氏體中，鉻呈均勻分布，使合金各部分鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在鈍化所需值，使合金具有良好的耐蝕性。但如果在敏化溫度范圍（500~850°C）內(nèi)，晶界上就會(huì)形成敏化組織即晶界上析出連續(xù)的、網(wǎng)狀碳化物（Cr₂₃C₆）,鉻從晶界附近的固溶體中分離出來(lái)，造成晶界附近貧鉻，貧鉻區(qū)與碳化物緊密相連，當(dāng)存在一定腐蝕介質(zhì)就發(fā)生電化學(xué)腐蝕，造成晶間腐蝕。而TP347H不銹鋼管中添加了鈮，鈮是強(qiáng)碳化物形成元素，Nb與C形成NbC，將C全部固定在NbC中。避免鉻與碳形成碳化物，可有效抑制晶界上形成敏化組織。該管子由于鈮以顆粒形式游離存在，而沒(méi)有起到形成NbC。沒(méi)有起到將碳全部固定在NbC中的作用。管子的運(yùn)行溫度在奧氏體不銹鋼的敏化溫度范圍，導(dǎo)致該管子金屬材料在晶界上不斷形成敏化組織：即晶界上析出連續(xù)的、網(wǎng)狀碳化物（Cr₂₃C₆）,鉻從晶界附近的固溶體中分離出來(lái)，造成晶界附近貧鉻。從而使得管子的抗晶間腐蝕性大大降低。可見(jiàn)，該TP347H不銹鋼管材料本身存在合金元素鈮未固溶或固溶嚴(yán)重不足，導(dǎo)致管子在晶界形成Cr₂₃C₆，晶界附近貧鉻，出現(xiàn)晶間腐蝕。管子上裂紋為沿晶裂紋，裂紋分叉，為典型的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。該管子斷裂原因主要是在煙氣中硫的作用下，產(chǎn)生由管子外表面向內(nèi)的應(yīng)力腐蝕。直管段表面未發(fā)現(xiàn)裂紋，裂紋源在彎管的內(nèi)弧開(kāi)始，只在彎管外表面存在較多小裂紋：說(shuō)明彎管的內(nèi)弧結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力水平比較高。這種應(yīng)力不是在運(yùn)行中由于管子的內(nèi)壓造成的；這種應(yīng)力可能與彎管工藝和焊接安裝有關(guān)。

從金相組織上看，發(fā)現(xiàn)斷裂管子的晶粒度級(jí)別為5.3級(jí)，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求。晶粒度級(jí)別高，晶粒度小，單位面積上晶粒數(shù)量多，晶界長(zhǎng)度總和增加，單位面積上析出的一定量碳化物分布在單位長(zhǎng)度晶界的數(shù)量比例降低，產(chǎn)生晶間腐蝕傾向減小；反之亦然。可見(jiàn)，晶粒度級(jí)別高，可提高不銹鋼抗晶間腐蝕能力。斷裂管子的晶粒度粗大，單位長(zhǎng)度上晶界碳化物相對(duì)析出多，使得晶界敏化，易產(chǎn)生晶間腐蝕。這是管子運(yùn)行僅為3200小時(shí)斷裂的又一主要原因。

七、結(jié)論及采取措施

1. 引起斷裂的原因?yàn)閼?yīng)力腐蝕。

2. 對(duì)新彎管更換前進(jìn)行穩(wěn)定化處理，將鋼中的碳全部固定在碳化鈮中。

321不銹鋼管難加工性的主要表現(xiàn)在哪些地方

Sat, 22 May 2021 09:08:05 +0800

321不銹鋼管的相對(duì)可切削性約為0.3-0.5之間，是一種難切削材料，其難加工性主要表現(xiàn)在：高溫強(qiáng)度和高溫硬度高，一般鋼材切削時(shí)，隨著切削溫度的升高其強(qiáng)度會(huì)明顯降低，切屑易被切離，而321不銹鋼管在700度時(shí)仍不能降低其機(jī)械性能，故切屑不易被切離，切削過(guò)程中切削力大，刀具易磨損。塑性和韌性高，雖然321不銹鋼管的抗拉強(qiáng)度和硬度都不高，但綜合性能很好，塑性和韌性高，它的延伸率、斷面收縮率和沖擊值都較高，321不銹鋼管的延伸率是40%，是40#的210-237%，是45#的250-280%，是20Cr、40Cr鋼的400-500%，所以切屑不易切離、卷曲和折斷，切屑變形所消耗的功能增多，如切除一定體積的321不銹鋼管所消耗的能量比切除相同體積的低碳鋼約高50%，并且大部分能量轉(zhuǎn)化為熱能，使切削溫度升高。

由于321不銹鋼管易加工，切屑不易切離和折斷，故刀具和工件之間所產(chǎn)生的摩擦熱也多，而321不銹鋼管的導(dǎo)熱率低（約為普通鋼的1/2~1/3），散熱差，由切屑帶走的熱量少。大部分的熱量被刀具吸收，致使刀具的溫度升高，加劇刀具磨損。鋼對(duì)其他金屬材料的親和性強(qiáng)。因此在和其它金屬接觸時(shí)，在一定的溫度和壓力下就會(huì)產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。在切削過(guò)程中，刀具易產(chǎn)生積屑瘤，不易獲得表面粗糙度等級(jí)高的加工表面。加工硬化傾向強(qiáng)。奧氏體不銹鋼強(qiáng)度一般為6b=539Mpa，但在室溫冷加工時(shí)，由于加工硬化和形變會(huì)誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變，使強(qiáng)度提高至6b=1568Mpa，這樣就大大增加了切削時(shí)的摩擦、磨損和切削力，易使刀具磨損，并影響工件的表面粗糙度。321不銹鋼管中有許多微細(xì)的碳化物（如TiC）顆粒，會(huì)加劇刃具的磨損。料熔點(diǎn)低，易于粘刀，切削過(guò)程中易形成積屑瘤，由于不銹鋼的韌性大，在切削過(guò)程中，刀具前導(dǎo)面和切屑之間存在很大的壓力和很大高的溫度，切屑很容易粘附在刀刃上，形成積屑瘤，影響表面加工質(zhì)量。所以321不銹鋼管的切削加工性很差，特別是在斷續(xù)切削時(shí)，刀具極易產(chǎn)生磨損和粘結(jié)破損，刀具使用壽命很低，影響加工效率、加工成本、加工精度和表面質(zhì)量。

321不銹鋼管工藝控制及成品板缺陷形成機(jī)理研究

Wed, 19 May 2021 20:44:28 +0800

浙江至德鋼業(yè)有限公司工人人員介紹了某鋼廠爐卷軋機(jī)生產(chǎn)321不銹鋼管的化學(xué)成分設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝控制和成品板的力學(xué)性能，并利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡對(duì)生產(chǎn)的321不銹鋼管夾雜物形貌及成品板表面缺陷進(jìn)行了觀察與分析。結(jié)果表明:爐卷軋機(jī)生產(chǎn)的321不銹鋼管力學(xué)性能優(yōu)良，表面質(zhì)量較好，其主要的表面缺陷為線鱗，是由于連鑄坯中TiN夾雜物大量聚集造成的。控制影響夾雜物產(chǎn)生的Ti、Al、N、O等元素含量，設(shè)置合理的LF爐吹氬攪拌參數(shù)，控制澆注時(shí)的過(guò)熱度等措施可有效改善321不銹鋼成品管的表面質(zhì)量。

321不銹鋼管屬于鉻鎳型奧氏體不銹鋼管，被廣泛應(yīng)用于化工、航天等領(lǐng)域。其性能與304鋼管非常相似，但由于加入了穩(wěn)定化元素鈦，使其能有效地控制碳化鉻的形成，因此具有更好的耐晶間腐蝕性能和高溫性能。321不銹鋼管在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，其成品板表面出現(xiàn)了大量的線鱗缺陷。雷銳戈、畢洪運(yùn)等人的研究結(jié)果表明，不銹鋼管表面線鱗缺陷是由于鋼中夾雜物含量較高引起的。筆者通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的缺陷樣品進(jìn)行分析，以確定線鱗缺陷產(chǎn)生的原因，并提出線鱗缺陷產(chǎn)生的基本機(jī)制及其解決措施，為實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

一、321不銹鋼管的生產(chǎn)工藝

1. 321不銹鋼管的冶煉工藝

浙江至德鋼業(yè)有限公司爐卷軋機(jī)生產(chǎn)的321不銹鋼管采用電爐→AOD轉(zhuǎn)爐→LF爐→連鑄的生產(chǎn)工藝，AOD爐的主要任務(wù)有脫碳、脫硫及加入硅、錳和鉻。硅和錳分別以低碳硅鐵和低碳錳鐵的形式加入，鉻以高碳鉻鐵的形式加入。LF爐添加硅鈣線進(jìn)行進(jìn)一步脫硫。最終鑄坯成分如表所示。

2. 321不銹鋼管的軋制和酸洗退火工藝

321不銹鋼管熱軋工藝流程為:加熱→粗軋→精軋→層流冷卻→卷取。鑄坯加熱溫度是321不銹鋼管軋制工藝的主要控制參數(shù)之一。鑄坯加熱溫度及在爐時(shí)間制定是否合理，將直接影響不銹鋼的初始奧氏體晶粒尺寸和微合金元素固溶程度，從而也影響軋制過(guò)程中奧氏體的再結(jié)晶過(guò)程、變形后的奧氏體晶粒狀態(tài)以及碳氮化物的析出狀態(tài)等，這些因素都會(huì)最終影響不銹鋼卷的綜合力學(xué)性能。綜合考慮各方面影響，321不銹鋼鑄坯加熱制度為:均熱溫度為1200～1250℃，在爐時(shí)間約為240分鐘。粗軋?jiān)谒妮伩赡媸杰垯C(jī)上進(jìn)行，軋制7個(gè)道次，開(kāi)軋溫度約為1100～1150℃，終軋溫度約為1080～1130℃，粗軋總道次壓下率為86%，所得中間坯厚約為30mm。精軋?jiān)跔t卷軋機(jī)上進(jìn)行，軋制7道次，終軋溫度控制為950～1050℃，總道次壓下率約80%，卷取溫度為720～770℃左右。退火溫度為1050～1150℃。

3. 321不銹鋼管的性能及表面缺陷

321不銹鋼管熱軋退火的拉伸性能測(cè)定結(jié)果及國(guó)標(biāo)《不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶》(GB/T4237－2007)中321不銹鋼性能標(biāo)準(zhǔn)如表所示。從表可以看出，爐卷軋機(jī)生產(chǎn)的321不銹鋼管拉伸性能符合國(guó)標(biāo)要求。但321不銹鋼管熱軋退火酸洗板表面出現(xiàn)了大量線鱗缺陷。線鱗沿軋制方向呈線形剝落狀態(tài)，寬約1～5 mm，長(zhǎng)約100～200 mm。缺陷部位有的被黑色氧化鐵皮覆蓋，有的則未被覆蓋。線鱗缺陷將直接導(dǎo)致產(chǎn)品的降級(jí)使用，甚至報(bào)廢，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。

二、321不銹鋼管的表面缺陷原因及改善措施

浙江至德鋼業(yè)有限公司在生產(chǎn)車間現(xiàn)場(chǎng)取帶有線鱗缺陷的熱軋退火板試樣。用酒精對(duì)缺陷部位進(jìn)行清洗，用掃描電子顯微鏡對(duì)缺陷部位進(jìn)行表面形貌觀察及能譜分析。圖為321不銹鋼管熱軋酸洗退火板上的線鱗缺陷表面SEM形貌。從圖可以看出，缺陷由呈線形排列的不連續(xù)凹坑組成，凹坑直徑約為50～100μm，部分凹坑被氧化鐵皮覆蓋。將缺陷部位沿軋制方向縱切，對(duì)縱截面進(jìn)行SEM觀察，如圖所示。從圖可以看出，在缺陷位置縱截面處有寬約20μm的裂紋，由能譜分析可知，裂紋內(nèi)部為氧化皮。在裂紋周圍聚集著大量方形夾雜物，通過(guò)能譜分析發(fā)現(xiàn)，這些方形夾雜物為TiN夾雜，Ti和N元素的原子比約為1∶1。其TiN夾雜主要分為兩類:一類為復(fù)合TiN夾雜;一類為純的TiN夾雜。復(fù)合TiN夾雜內(nèi)部夾雜物主要呈球形。當(dāng)鋼液中存在這些固體夾雜物顆粒時(shí)，將使TiN的析出變得更加容易，因?yàn)檫@些固體顆粒物的存在，為TiN的析出提供了良好的異質(zhì)形核核心。

在所觀察到的線鱗缺陷中，很多缺陷縱截面都可以觀察到TiN夾雜的聚集現(xiàn)象。圖為321不銹鋼管連鑄坯中的夾雜物形貌。從圖可以看出，在連鑄坯中也存在著較多TiN夾雜的聚集現(xiàn)象，約幾十個(gè)TiN夾雜聚集在一起。這說(shuō)明321不銹鋼酸洗退火板表面出現(xiàn)的線鱗缺陷與連鑄坯內(nèi)TiN夾雜有關(guān)。由于線鱗缺陷尺寸較大，寬約1～5 mm，長(zhǎng)約100～200 mm，所以單個(gè)TiN夾雜很難導(dǎo)致這樣的缺陷產(chǎn)生。因此，只有大量的TiN夾雜聚集才有可能導(dǎo)致321成品板表面線鱗缺陷的產(chǎn)生。由于在連鑄坯中存在較多TiN夾雜物的聚集現(xiàn)象，而這些夾雜難以在軋制過(guò)程中產(chǎn)生塑性變形。正是由于變形不協(xié)調(diào)，在基體與夾雜物的結(jié)合處容易產(chǎn)生裂紋，裂紋處隨后生了氧化皮，從而導(dǎo)致了表層基體的剝落。在隨后的酸洗工序中，由于表層脫落部位的氧化鐵皮酸洗不完全而產(chǎn)生線鱗缺陷。321不銹鋼成品板表面線鱗缺陷形成機(jī)制如圖所示。

線鱗缺陷的形成主要和煉鋼過(guò)程控制有關(guān)，即主要和鋼水的純凈度有關(guān)。因此對(duì)該類缺陷進(jìn)行控制，主要應(yīng)從夾雜物的數(shù)量和大小方面進(jìn)行工藝控制。鋼液中純TiN夾雜的存在，是由鋼液均質(zhì)形核析出形成的，而如果鋼液中已經(jīng)存在TiO 2、CaO、MgO等夾雜，TiN將會(huì)在這些夾雜上形核以減少形核功，TiN的析出會(huì)更容易，從而增加TiN的形核率。所以，影響夾雜物生產(chǎn)的Ti、Al、N、O等元素都應(yīng)控制在較低的范圍。另外，要改進(jìn)線鱗缺陷，不僅要盡量減少TiN夾雜的析出，還要盡量避免TiN夾雜的大量聚集。321不銹鋼冶煉時(shí)Ti的微合金化操作是在LF爐進(jìn)行的，TiN在LF爐和中間包內(nèi)會(huì)發(fā)生析出。要減少321不銹鋼管中TiN的析出及聚集，就要控制LF爐的冶煉，設(shè)置合理的LF爐吹氬攪拌的參數(shù)，保證鋼液溫度和成分的均勻分布，為TiN的均勻析出創(chuàng)造良好條件，以減少TiN的析出及聚集。最后，在澆注過(guò)程中，應(yīng)控制澆注時(shí)的過(guò)熱度，過(guò)熱度偏低，TiN在澆注前就可能大量析出，最終析出的TiN尺寸大且甚至?xí)B接成網(wǎng)狀。

三、結(jié)論

1. 爐卷軋機(jī)生產(chǎn)的321不銹鋼管力學(xué)性能優(yōu)良，橫向平均屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為261 MPa和629 MPa，伸長(zhǎng)率為59%;縱向平均屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為254 MPa和612 MPa，伸長(zhǎng)率為61%。

2. 321不銹鋼管的主要表面缺陷為線鱗，其沿軋制方向呈線形剝落狀，寬約1～5 mm，長(zhǎng)約100～200 mm。

3. 321不銹鋼管表面線鱗缺陷主要是由于連鑄坯內(nèi)TiN夾雜物大量聚集造成的。TiN夾雜主要有兩類，一類為含TiO x-CaO、TiO x-MgO，TiO x-CaO-MgO，TiO x-CaO-MgO-Al 2 O 3-SiO 2復(fù)合TiN夾雜;一類為不含芯的TiN夾雜。

4. 嚴(yán)格控制影響夾雜物生產(chǎn)的Ti、Al、N、O等元素含量，設(shè)置合理的LF爐吹氬攪拌的參數(shù)，保證鋼液溫度和成分的均勻分布;在澆注過(guò)程中，控制澆注時(shí)的過(guò)熱度等措施可有效改善321不銹鋼管表面質(zhì)量，減少線鱗缺陷。

冷拔機(jī)組

Sun, 13 Dec 2020 19:58:56 +0800

冷軋機(jī)組

Sun, 13 Dec 2020 19:57:35 +0800

擠壓機(jī)組

Tue, 08 Dec 2020 11:30:08 +0800

自動(dòng)焊接機(jī)組

Tue, 08 Dec 2020 11:29:36 +0800

自動(dòng)焊接機(jī)組

Tue, 08 Dec 2020 11:29:05 +0800

液壓機(jī)組

Tue, 08 Dec 2020 11:28:25 +0800