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、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)，控制澆注時的過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不銹鋼管在實際生產(chǎn)過程中，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。筆者通過對現(xiàn)場采集的缺陷樣品進(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，從而也影響軋制過程中奧氏體的再結(jié)晶過程、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℃，在爐時間約為240分鐘。粗軋在四輥可逆式軋機(jī)上進(jìn)行，軋制7個道次，開軋溫度約為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。精軋在爐卷軋機(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定結(jié)果及國標(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)品的降級使用，甚至報廢，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)場取帶有線鱗缺陷的熱軋退火板試樣。用酒精對缺陷部位進(jìn)行清洗，用掃描電子顯微鏡對缺陷部位進(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，將使TiN的析出變得更加容易，因為這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TiN夾雜聚集在一起。這說明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，長約100～200 mm，所以單個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程控制有關(guān)，即主要和鋼水的純凈度有關(guān)。因此對該類缺陷進(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將會在這些夾雜上形核以減少形核功，TiN的析出會更容易，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，在澆注過程中，應(yīng)控制澆注時的過熱度，過熱度偏低，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;在澆注過程中，控制澆注時的過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。