316L不锈钢夹杂物水平的改善

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、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10～30 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l 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。

元素 质量分数/% 原子分数/%

O 15.81 33.00

Mg 7.56 10.39

AL 15.77 19.51

Si 0.48 0.57

Mo 1.09 0.38

Ca 1.29 1.08

Cr 11.31 7.26

Mn 1.47 0.89

Fe 40.76 24.37

Ni 4.47 2.54 从图3可以看出，缺陷处的元素主要为O ，Mg ，Al ，Cr 和Fe 等元素，还有少量的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 不锈钢实物夹杂物分析

为了解316L 不锈钢实物夹杂物现状，在大生产中随机挑选同期生产的有线鳞缺陷的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 ×1 250mm ×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3缺陷处的元素及组成

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 。

对连铸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可产生变形，但变形后容易脱落，脱落后就会在不锈钢表面形成微裂纹 等表面缺陷。

元素 质量分数/% 原子分数/%

C 0.46 0.94

O 36.30 55.21

Mg 1.49 1.49

Al 13.41 12.09

Si 14.72 12.75

Mo 1.24 0.31

Ca 17.29 10.50

Cr 3.13 1.46

Mn 4.69 2.08

Fe 7.28

3.17

图5连铸坯不同位置夹杂物形貌

图6扫描电镜观察形貌

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 能量／kev

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GBl0561—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类细系粗系细系粗系细系粗系细系粗系

1号 0 0 2.0 0 0 0 0 0

2号 0 0 2.0 0 0.5 0 0 0

3号 0 0 1.5 0 0.5 0 0 0

3 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Al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。3．1调整工艺路径

改进前3 16L不锈钢炼钢工艺路径为：EAF_AOI)一uⅣL F—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 t

2[Cr]+3[O]=(Cr203)

(Cr203)+3[C]：2[Cr]+3{CO}

·还原阶段：加入铝和硅进行还原

(C r203)+3[A1]=2[C r]+(A1203)或