2205雙相不銹鋼管表面起皮缺陷分析報(bào)告

 浙江至德鋼業(yè)有限公司對(duì)2205雙相不銹鋼管表面起皮缺陷進(jìn)行掃描電鏡和能譜分析，并結(jié)合其冶煉－熱軋－退火酸洗整個(gè)生產(chǎn)工藝，得出：缺陷的實(shí)質(zhì)是熱軋過(guò)程中咬入氧化鐵皮經(jīng)過(guò)退火酸洗后的表現(xiàn)形式。通過(guò)對(duì)2205雙相不銹鋼管坯加熱后金相組織、熱塑性、熱軋板金相組織以及熱軋板氧化鐵皮結(jié)構(gòu)的分析，得出：板坯邊部柱狀晶的存在以及熱軋加熱爐加熱溫度過(guò)高會(huì)影響材料的熱塑性，導(dǎo)致軋制過(guò)程邊部出現(xiàn)微裂紋，熱軋完成后演變?yōu)橐胧窖趸F皮缺陷。提高2205雙相不銹鋼管等軸晶率、控制加熱溫度在1260℃以下可以有效避免起皮缺陷的發(fā)生。

 雙相不銹鋼是一個(gè)集優(yōu)良的耐腐蝕、高強(qiáng)度和良好的焊接性能等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼種。2205雙相不銹鋼作為第二代雙相不銹鋼，被廣泛應(yīng)用于造紙、石油化工和海洋工程等領(lǐng)域。但是2205雙相不銹鋼管在熱軋生產(chǎn)過(guò)程中，始終處于兩相區(qū)，鐵素體和奧氏體兩相變形不協(xié)調(diào)導(dǎo)致熱塑性較差，尤其是NO．1板表面的缺陷發(fā)生率較高，且缺陷經(jīng)研磨無(wú)法去除，嚴(yán)重影響其推廣和應(yīng)用。由于起皮缺陷發(fā)生在退火酸洗后的表面，而在熱軋黑卷表面無(wú)法發(fā)現(xiàn)。至德鋼業(yè)選用2205雙相不銹鋼管作為研究對(duì)象，并結(jié)合其冶煉-連鑄-修磨-加熱-高壓水除鱗-粗軋-精軋-退火酸洗整個(gè)生產(chǎn)工藝，對(duì)2205雙相不銹鋼管起皮缺陷采用掃描電鏡和能譜分析方法進(jìn)行觀察，并通過(guò)對(duì)2205不銹鋼管坯加熱后進(jìn)行金相組織、板坯熱塑性、熱軋板金相組織以及熱軋板氧化鐵皮結(jié)構(gòu)的分析，找出該缺陷形成原因，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量將會(huì)有重大意義。

一、缺陷特征及檢驗(yàn)分析

 1. 起皮缺陷形貌

 2205雙相不銹鋼管產(chǎn)生起皮缺陷的方向與帶鋼的軋制方向一致，在鋼管兩邊部200mm內(nèi)斷續(xù)出現(xiàn)，中部沒(méi)有，其尺寸較小，上表面發(fā)生較多，圖為2205雙相不銹鋼起皮缺陷照片。

 2. 掃描電鏡和能譜分析

 圖為起皮缺陷的掃描電鏡形貌。從圖中可以看出，起皮缺陷處的顯微形貌有明顯的分層，而且疏松、不致密，有明顯的脫落痕跡。隨著放大倍數(shù)的提高，邊界處分層更加嚴(yán)重?？觾?nèi)組織細(xì)小，組織呈顆粒狀，其他部位組織連續(xù)呈片狀分布，如圖所示。表為起皮缺陷中A、B處的化學(xué)成分，從表中可以看出，A處的鉻、氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于B處，而B(niǎo)處的化學(xué)成分基本上與2205雙相不銹鋼管基體化學(xué)成分相近，未見(jiàn)異常。

 從對(duì)起皮缺陷的掃描電鏡和能譜分析來(lái)看，缺陷處氧化鐵皮的成分和形態(tài)有明顯的差別。在A處，氧化鐵皮的氧含量高達(dá)26.99%，因此這里的氧化鐵皮是經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)時(shí)間氧化形成的，說(shuō)明不是退火酸洗過(guò)程形成的表層氧化鐵皮，而是熱軋加熱過(guò)程中形成的咬入式氧化鐵皮；而在B處，氧化鐵皮很薄，氧含量相對(duì)較低（2.05%），為典型的退火酸洗過(guò)程形成的表層氧化鐵皮。

二、起皮缺陷形成機(jī)理分析

 經(jīng)過(guò)以上對(duì)起皮缺陷的分析，判定此缺陷的實(shí)質(zhì)是熱軋過(guò)程中咬入的氧化鐵皮經(jīng)過(guò)退火酸洗后的表現(xiàn)形式。奧氏體加鐵素體雙相組織在賦予2205雙相不銹鋼管優(yōu)異性能的同時(shí)也帶來(lái)了不容易熱軋的缺點(diǎn)。在熱軋過(guò)程中鐵素體和奧氏體兩相的再結(jié)晶機(jī)制不同，導(dǎo)致兩相變形不協(xié)調(diào)，惡化了熱塑性，容易出現(xiàn)微裂紋。通過(guò)對(duì)2205雙相不銹鋼管坯加熱后金相組織、板坯熱塑性、熱軋板金相組織以及熱軋板氧化鐵皮結(jié)構(gòu)相關(guān)的試驗(yàn)研究，將進(jìn)一步分析2205雙相不銹鋼管起皮缺陷在熱軋工序形成的原因。

 1. 熱塑性

 為了研究2205雙相不銹鋼管坯邊部和中部的熱塑性，對(duì)鑄坯進(jìn)行低倍組織侵蝕，侵蝕劑為三氯化鐵加鹽酸溶液，如圖所示。分別選取邊部柱狀晶區(qū)試樣和中部等軸晶區(qū)試樣。將試樣加工成5mm×69mm的高溫拉伸標(biāo)準(zhǔn)試樣。試樣兩端加工成M10普通螺紋，便于試樣的固定。利用WL-015微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行2205雙相不銹鋼管連鑄坯的高溫拉伸試驗(yàn)。將試樣以10℃/s的升溫速度快速加熱到不同溫度（950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃），保溫60秒后以1s-1的應(yīng)變速率拉伸，直至斷裂。試驗(yàn)后人工測(cè)得2205雙相不銹鋼管連鑄坯的斷面收縮率，如圖所示。

 斷面收縮率是衡量鑄坯塑性好壞的重要指標(biāo)，斷面收縮率越大，表明鑄坯在外力作用下發(fā)生塑性變形的能力越強(qiáng)，抵抗裂紋發(fā)生的能力越好。從圖中可以看出，在950～1150℃溫度范圍內(nèi)，2205雙相不銹鋼管坯邊部試樣斷面收縮率都要比中部試樣低。中部試樣在950～1150℃溫度范圍內(nèi)，斷面收縮率都大于65%，表現(xiàn)出熱塑性。邊部試樣在1050℃以下，熱塑性變差，950℃時(shí)斷面收縮率最低，為50.4%。

 2. 邊部試樣加熱后金相組織

 選取2205雙相不銹鋼管坯柱狀晶區(qū)試樣，試樣大小為20mm×20mm×20mm，在1220℃、1240℃、1260℃不同溫度下保溫20分鐘進(jìn)行加熱處理，處理完后進(jìn)行水淬。將熱處理后的鑄坯試樣經(jīng)預(yù)磨、拋光和腐蝕（偏重亞硫酸鉀+鹽酸溶液）后采用金相顯微鏡觀察金相組織，如圖所示。從圖片中可以看出，2205雙相不銹鋼管連鑄坯試樣在1220℃、1240℃加熱溫度下，奧氏體相以塊狀為主，1260℃時(shí)奧氏體晶粒明顯變得粗大。奧氏體組織粗大，熱變形時(shí)某些部位的鐵素體受到相鄰粗大奧氏體的阻礙，這樣就容易在奧氏體和鐵素體的晶界形成微裂紋。2205雙相不銹鋼管在加熱爐的加熱溫度設(shè)定在1245～1260℃之間，由于板坯在加熱過(guò)程中受加熱爐內(nèi)燒嘴的布置及氣流的影響，管坯邊部的溫度要高于板坯設(shè)定的加熱溫度。邊部溫度達(dá)到1260℃時(shí)，奧氏體晶粒變粗大，導(dǎo)致板坯邊部的熱塑性比中部差，在后續(xù)熱軋過(guò)程中邊部出現(xiàn)微裂紋。

 3. 熱軋板金相組織

 至德鋼業(yè)對(duì)加熱溫度1260℃、在爐時(shí)間200分鐘工藝條件下生產(chǎn)的2205雙相不銹鋼管邊部和中部分別取樣觀察金相組織，見(jiàn)圖所示。雙相不銹鋼組織特征是鐵素體基體中分布著奧氏體島，通過(guò)軋制后，奧氏體島沿著軋制方向呈長(zhǎng)條狀排列，如圖中部試樣組織所示。從圖中可以看出，邊部試樣奧氏體晶粒明顯比中部粗大。2205雙相不銹鋼管中奧氏體和鐵素體兩相存在力學(xué)性能的差異，熱軋生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)變通過(guò)晶界在兩相中進(jìn)行分配，過(guò)多分配給鐵素體相有可能導(dǎo)致兩相邊界區(qū)域應(yīng)力集中，產(chǎn)生微裂紋。奧氏體晶粒粗大更容易造成上述現(xiàn)象的發(fā)生。

 4. 熱軋板邊部氧化鐵皮結(jié)構(gòu)分析

 至德鋼業(yè)對(duì)2205雙相不銹鋼管邊部氧化皮結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，如圖所示。從圖中可以看出，邊部不同部位的氧化鐵皮成分和形態(tài)有明顯的差別。紅色箭頭所指的鉻、氧的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)明顯高于黑色箭頭所指處。說(shuō)明紅色箭頭所指處的表層氧化鐵皮是熱軋加熱過(guò)程中形成的咬入式氧化鐵皮，這和起皮缺陷處掃描電鏡能譜分析方法得出的結(jié)論是一致的。黑色箭頭所指部位氧化鐵皮為典型的熱軋態(tài)表層氧化鐵皮。在正常的酸洗條件下，無(wú)法去除咬入熱軋板基體的氧化鐵皮，咬入的氧化鐵皮經(jīng)過(guò)退火酸洗后便成為表面起皮缺陷。

 從上面的分析來(lái)看，2205雙相不銹鋼管起皮缺陷主要是熱軋板邊部組織異常、熱塑性差所引起的。2205雙相不銹鋼管坯中邊部為柱狀晶，中部為等軸晶，在950～1150℃熱軋溫度范圍內(nèi)，2205雙相不銹鋼管坯邊部試樣斷面收縮率都要比中部試樣低。此外，2205雙相不銹鋼管坯在加熱爐的加熱溫度設(shè)定在1245～1260℃之間，由于管坯在加熱過(guò)程中受加熱爐內(nèi)燒嘴的布置及氣流的影響，管坯邊部的溫度要高于板坯設(shè)定的加熱溫度。當(dāng)邊部溫度達(dá)到1260℃時(shí)，奧氏體晶粒變粗大，導(dǎo)致板坯邊部的熱塑性比中部差。在加熱溫度1260℃、在爐時(shí)間200分鐘工藝條件下生產(chǎn)的2205雙相不銹鋼管底部金相組織中也可以觀察到，邊部試樣的奧氏體晶粒明顯比中部粗大。上述不利因素，導(dǎo)致2205雙相不銹鋼管坯邊部在熱軋過(guò)程中，在兩相界面處產(chǎn)生微裂紋，熱軋完成后演變?yōu)橐胧窖趸F皮缺陷，咬入的氧化鐵皮經(jīng)過(guò)退火酸洗后便成為表面起皮缺陷。通過(guò)以上分析，針對(duì)起皮缺陷制定如下措施，可有效避免起皮缺陷的發(fā)生。

   a. 提高2205雙相不銹鋼管坯等軸晶率，通過(guò)提高電磁攪拌強(qiáng)度和降低過(guò)熱度使2205雙相不銹鋼等軸晶率達(dá)到95%以上。

    b. 嚴(yán)格控制2205雙相不銹鋼管坯邊部加熱溫度在1260℃以下，防止邊部奧氏體晶粒粗大。

三、結(jié)論

 1. 結(jié)合2205雙相不銹鋼管冶煉-熱軋-退火酸洗整個(gè)生產(chǎn)工藝，得出其不銹鋼管表面起皮缺陷是由熱軋過(guò)程中咬入的氧化鐵皮經(jīng)過(guò)退火酸洗后造成的。

 2. 管坯邊部柱狀晶的存在以及熱軋加熱爐加熱溫度過(guò)高會(huì)影響2205雙相不銹鋼管坯邊部的熱塑性，導(dǎo)致軋制過(guò)程邊部出現(xiàn)微裂紋，熱軋完成后演變?yōu)橐胧窖趸F皮缺陷。

 3. 提高2205雙相不銹鋼管等軸晶率、控制加熱溫度在1260℃以下可以有效避免起皮缺陷的發(fā)生。