304不锈钢连铸坯表面缺陷分析

304不锈钢连铸坯表面缺陷分析摘要：本文对304不锈钢连铸坯进行了解剖分析。

在25%的铸坯深振痕或渣坑缺陷试样中观察到了微裂纹或气孔。

关键词：304不锈钢，连铸板坯，表面缺陷Investigation on Surface Defects of 304 Stainless Steel SlabAbstract: This paper dissected 304 stainless steel slabs. In 25 percents of samples, small cracks or pinholes can be observed under deep oscillation marks or slag hollows.Key Words: 304 stainless steel, slab, surface defect在不锈钢生产，特别是不锈钢冷轧产品生产中，产品的表面质量控制非常重要。

众所周知，钢中非金属夹杂物是冷轧产品表面质量最重要的影响因素之一。

我公司在几十年的不锈钢生产中，对钢中非夹杂物的控制做了大量研究和改进工作。

特别是自2004年开始，随着我公司不锈钢产量的迅猛增长和大量不锈钢新品种的开发，质量提升成为提高产品竞争力、扩大市场占有率的关键环节。

其中，钢质洁净度研究成为重点关注课题，开展了大量试验研究和工艺攻关[1-3]，产品质量得到了明显提升，对我公司不锈钢产品顺利进入钟表、高档装饰面板、高档水槽等行业起到了有力的支撑和推动作用。

近年来，我公司不锈钢钢质洁净度得到大幅提高，产品质量已较为稳定，但目前在奥氏体不锈钢冷轧产品生产中仍存在0.4%左右的“夹杂”废品，且在某些时间内“夹杂”废品的比例会上升到1%以上。

随着各项研究工作的逐步推进和深入，我们发现这些冷轧产品“夹杂”缺陷并非都是由非金属夹杂物造成的。

在奥氏体不锈钢连铸生产过程中，连铸板坯的表面质量不仅会严重影响连铸坯修磨率，从而影响全线产品成材率，而且会严重影响冷轧产品表面质量。

其中一些连铸坯表面和皮下缺陷在轧材表面会形成形貌类似“夹杂”的缺陷。

这些连铸坯表面缺陷的形成与钢种特性、结晶器保护渣物性、结晶器冷却条件、结晶器振动参数等因素有着直接关系。

本文未对奥氏体不锈钢连铸板坯表面缺陷的形成原因及解决措施进行论述。

本文选取奥氏体不锈钢中产量最大的304不锈钢，对其连铸板坯表面凹坑、振痕紊乱等缺陷进行了解剖分析。

目的是提高我们对连铸坯表面缺陷的认识，为深入研究其产生原因起到铺垫作用。

1．奥氏体不锈钢连铸板坯表面缺陷形貌特征及分布在奥氏体不锈钢连铸板坯表面存在多种缺陷。

部分连铸板坯宽面靠近两边部的区域存在局部纵向凹陷，少量连铸坯宽面中部也存在凹陷。

连铸坯宽度越大，出现局部凹陷的几率也越大。

多数连铸坯宽面距边部30～180mm的范围内振痕较深，且振痕有紊乱的现象。

部分连铸坯在宽面上不规则的分布有渣坑。

随着奥氏体不锈钢中合金含量的提高和钢的组织越来越趋向于纯奥氏体组织，铸坯表面的局部凹陷及小渣坑也越多。

即钢种从304到316L再到310，连铸板坯表面小渣坑出现的几率增大，数量增多。

图1是奥氏体不锈钢连铸板坯表面几种常见缺陷的示意图。

2．缺陷分析方法为分析局部凹陷、渣坑、深振痕和振痕紊乱处的连铸板坯表面及皮下缺陷，在4个炉号的8块304不锈钢连铸坯表面取了16个缺陷部位试样，试样尺寸约15×15×15mm。

从中各取8个试样分别进行水平方向解剖和纵向解剖。

然后用光学显微镜和扫描电镜观察剖面上是否存在大颗粒夹杂、微裂纹或其它缺陷。

这8块连铸坯的全氧量在27～33ppm，硫含量在10～14ppm。

图1 奥氏体不锈钢连铸板坯表面缺陷示意图Fig.1 Scheme of surface defects in austenitic stainless steel slabs图2 试样解剖方法Fig.2 Dissections of samples水平方向解剖是，平行于铸坯表面，每次磨下一定厚度，抛光后进行观察，每个试样观察7个不同深度的水平抛面。

第一个水平抛面的深度为凹坑或振痕深度的一半左右，第二个水平抛面为正好在凹坑或振痕的底部，正好全部将黑皮磨去。

然后再磨4个抛面进行观察，每个抛面的与上一个抛面间的磨下深度控制在0.2～0.3mm。

最后在第6个抛面的基础上再磨下约0.5mm，抛光后作为第7个观察面。

纵向解剖的观察面垂直于铸坯表面，每个试样观察3个抛面，其中一个抛面通过缺陷中心。

3．试样水平方向解剖分析结果在8个水平解剖试样中，1#和2#试样为深振痕，3#和4#试样为深振痕且振痕紊乱处，5#、6#、7#和8#试样为小凹坑或渣坑。

每个试样观察不同深度的7个抛面，共56个抛面。

其中，2#样振痕沟深度约0.6mm，在第二个抛面上（即正好在振痕沟底部）发现有微裂纹（见图3）。

在第三个抛面上（即振痕沟底部以下约0.2mm的抛面），微裂纹仍然存在。

从第四个抛面（即振痕沟底部以下约0.45mm的抛面）以后的各个抛面上均未观察到微裂纹或其它皮下缺陷。

图3 2#样振痕沟底部的微裂纹照片Fig.3 Small crakes under the oscillation markin 2# sample7#样表面有小凹坑，在其第二个抛面上（即凹坑底部，此时试样总的磨下深度约为0.8mm）发现有微裂纹（图4(B)）。

在其第三个抛面上（第二个抛面以下约0.2mm）仍能观察到微裂纹（图4(C)）。

在第四个抛面上（第二个抛面以下约0.5mm）存在大量30～60μm的缺陷（图4(D)），应是裂纹末端或孔洞。

从第五个抛面（第二个抛面以下约0.7mm）以后的各个抛面上均未再观察到微裂纹或孔洞缺陷。

A 、7#样原始表面形貌B 、第二个水平剖面上的微裂纹C 、第三个水平剖面上的微裂纹D 、第四个水平剖面上的皮下缺陷图4 7#样振痕沟底部的微裂纹照片Fig.4 Small crakes under the oscillation mark in 7# sample除上述2#和7#样外，在其它6个样中均未发现微裂纹、洞孔、裹渣等皮下缺陷。

用金相法对这8个试样的共计56个抛面上的非金属夹杂物进行了观察。

除每个试样的第一个抛面主要观察缺陷周边是否存在大颗粒夹外，对其余48个抛面，每个抛面统计了100个视场（共80mm 2）中5μm 以上的非金属夹杂物数量。

结果显示，8个试样的第一个抛面上均未发现20μm 以上的夹杂物。

在其它48个抛面上，平均每100mm 2视场中5μm 以上的非金属夹杂物数量为47.5个，粒度在5～10μm 的夹杂物占总量的81.3%，粒度在10～20μm 的夹杂物占总量的17.1%，20μm 以上的夹杂物占总量的1.6%。

在20μm 以上的夹杂物中，只在4#样的第三个抛面上观察到一颗36μm 的非金属夹杂物，其它夹杂物粒度在20～26μm 。

从夹杂物观察结果来看，钢质的洁净度是较好的。

4．试样纵向解剖分析结果在8个纵向解剖试样中，9#和10#试样为深振痕，11#和12#试样为深振痕且振痕紊乱处，13#、14#、15#和16#试样为小凹坑或渣坑。

每个试样解剖3个纵面抛面，共24个观察抛面。

13#试样为一小凹坑，凹坑周围振痕紊乱。

在凹坑正中心位置的抛面上观察到一处皮下微裂纹，深度约0.4mm （图5）。

其它两个抛面上未观察到皮下缺陷。

A 、13#样凹坑中心位置剖面照片B 、剖面处裂纹照片图5 13#样中心位置剖面上的微裂纹 Fig.5 Small crack in central section of 13#sample14#试样表面为一小渣坑，在其3个纵剖面上都观察到了皮下缺陷。

图6是14#试样的表面形貌及3个纵剖面的位置。

其中A-A剖面与B-B 剖面距离约4mm，B-B剖面与C-C剖面相距约3mm。

图6 14#样表面形貌及纵剖面位置Fig.6 Surface shape of 14# sample and positionof its three sections在A-A剖面的缺陷部位下观察到了形状不规则的裂纹及孔洞，裂纹距表面的深度约为0.2mm（见图7）。

图7 A-A剖面中的皮下缺陷Fig.7 Defect in A-A setion在B-B剖面的缺陷部位下观察到两个孔洞，一个距表面约2.1mm，直径约110μm（图8(B)），另一个距表面约1mm，直径约160μm（图8(C)）。

孔洞形状近似于圆形，图8中孔洞上的附着物为钢的基体和试样抛光时嵌入的外来物质，孔洞本身是中空的，因此判断应为皮下气孔。

A、B-B剖面下的两个气孔B、左侧孔洞形貌C、右侧孔洞形貌图8 B-B剖面中的皮下气孔Fig.8 Pinholes in B-B setion在C-C剖面的渣坑两侧也发现有裂纹存在，剖面处的裂纹最大深度约220μm（图9）。

图9 C-C剖面中的表面裂纹Fig.9 Surface cracks in C-C setionA B C A B C除上述13#和14#样外，在其它6个样的18个纵剖面中均未发现裂纹、洞孔、裹渣等皮下缺陷。

5．结论从上面的试样解剖结果来看，在25%的试样中观察到了微裂纹、气孔等缺陷。

也就是说，在304不锈钢连铸板坯渣坑、局部凹陷、深振痕等处出现裂纹或其它皮下缺陷的几率是很大的。

这些铸坯缺陷都会造成在冷轧产品表面形成肉眼可见的缺陷。

从不锈钢连铸坯修磨的角度来说，我们观察到的缺陷大多分布在距渣坑底部或振痕沟底部1mm的深度范围内，再考虑到铸坯表面渣坑或深振痕的深度可达到0.8mm。

那么，当连铸坯修磨量约为2mm时可将大多数表面微裂纹或其它皮下缺陷去除。

但还是会有少数皮下缺陷保留下来，如本文在14#中观察到的一个气孔距表面约2.1mm。

目前我公司304不锈钢连铸坯的修磨率约在0.5～1.0%，刚好修去黑皮，对200mm厚的连铸坯磨下量约在0.5～1.0mm。

在这一修磨量下，本文中观察到的大多数表面和皮下缺陷都会保留下来。

从铸坯中非金属夹杂物数量统计来看，我公司304不锈钢的钢质洁净度较好，不应造成较大比例的冷轧产品表面夹杂废品。

也就是说，当冷轧产品表面质量明显下降时，我们不仅应当关注钢质洁度，而且要关注连铸坯表面质量。

参考文献：[1] 范光伟, 王贵平, 李志斌. 0Cr18Ni9不锈钢中非金属夹杂物来源[J]. 北京科技大学学报, 2007, Vol.29(8), 776-780.[2] 冯焕林, 刘承志. 0Cr18Ni9纯净不锈钢75tLF精炼工艺的优化[J]. 特殊钢, 2007, Vol.28(6): 49-50.[3] 王贵平, 李志斌, 夏焱. 304不锈钢连铸坯中的非金属夹杂物数量分布[J]. 材料与冶金学报, 2009, Vol.8(3), 161-164.。