节镍型奥氏体不锈钢板面线鳞缺陷原因分析及改进

梁健浑，徐向东，方健，方剑锋，黄卫文，罗杰

（鞍钢联众（广州）不锈钢有限公司，广东 广州 510760）

节镍型奥氏体不锈钢是在传统304不锈钢的基础上，减少贵金属Ni的使用，添加Mn、N等元素获得稳定奥氏体组织的经济型不锈钢。该类不锈钢以其优异的机械性能及较好的耐蚀性能，受到不锈钢生产企业的青睐。鞍钢联众不锈钢有限公司生产20LH节镍型奥氏体不锈钢，产品产量约为30万t/a，其热轧钢板在退火酸洗后表面出现线鳞缺陷，缺陷形态为刮痕状，宽度距边50～200 mm分布。线鳞缺陷位置易出现裂纹，在冷轧加工过程中，容易增加断带风险。因此，采用扫描电子显微镜对缺陷表面及横截面形貌和成分进行分析，找出导致线鳞缺陷的因素，本文对此做一介绍。

1 线鳞缺陷分析

1.1 宏观形态

20LH不锈钢不同程度线鳞缺陷形态见图1。由图1可知，热轧板退火酸洗后呈刮痕状，长度约300～500 mm，经冷轧退火酸洗后，缺陷无法消除。

图1 20LH不锈钢不同程度线鳞缺陷形态Fig.1 Microstructural Appearances of Linear Scale Defects in Various Levels of 20LH Stainless Steels

1.2 微观形态

采用扫描电镜（SEM）对线鳞表面（见图2）及截面（见图3）进行二次电子分析。没有发现明显炼钢连铸夹杂物，主要成分为高温氧化铁皮。

图2 线鳞表面扫描电镜分析Fig.2 Appearance of Linear Scale Defect Analyzed by SEM

图3 线鳞截面二次电子分析Fig.3 Appearance of Secondary Electron Analysis for Linear Scale Defect by SEM

1.3 夹杂物等级

取4炉次记录线鳞缺陷的钢卷进行夹杂物等级测试，低倍评级级别见表1。由表1可知，夹杂物等级均在2.5以内，符合夹杂物等级≤2.5的要求。

表1 低倍评级级别Table 1 Rating Level by Low-magnification Analysis

1.4 形成原因

结合缺陷形态、分布，扫描电镜微观形态和夹杂物等级分析可知，缺陷位置无明显炼钢连铸夹杂，纯净度良好。缺陷位置主要以高温氧化铁皮为主，判断缺陷应发生在钢坯加热出炉后，精轧终轧前产生。

2 导致线鳞缺陷的因素分析

2.1 镍铜比对线鳞缺陷的影响

节镍型奥氏体不锈钢由于含Cu，钢坯加热升温过程中，Cu在1 000～1 200℃出现液态相，并沿奥氏体晶界向基体渗透，导致材料热脆［1］。提高Ni含量，虽然可促进Cu-Ni富集相以颗粒状保留在氧化层，避免液相Cu出现，但是会造成成本增加，为此，有必要寻求适合的镍铜比。

2.1.1 试验材料与方法

为了考察镍铜比对线鳞缺陷的影响，安排测试镍铜比为 1.0、0.9、0.8、0.6的 20LH 不锈钢各一炉次，试样化学成分见表2，试验炉次热轧轧制规程见表3，追踪热轧板酸洗后线鳞品质。

表2 试样化学成分（质量分数）Table 2 Chemical Compositions in Samples（Mass Fraction） %

表3 试验炉次热轧轧制规程Table 3 Hot Rolling Schedule for Test Heats

2.1.2 试验结果

热轧板经退火酸洗后，试验炉次线鳞比例见表4。

表4 试验炉次线鳞比例Table 4 Proportions of Linear Scale Defects for Test Heats

当镍铜比为0.6时，线鳞比例为50%。随着镍铜比增大，线鳞比例明显降低。当镍铜比为1.0时，线鳞比例降为13%。分析认为，提高材料镍铜比后，能促进Cu-Ni富集相以颗粒状保留在氧化层，避免液相Cu出现，钢板品质明显改善。

2.2 钢坯研磨对线鳞缺陷的影响

为了考察钢坯研磨对线鳞缺陷的影响，在炼钢成分、热轧工艺参数相同条件下，热轧板酸洗后线鳞比例见表5。可以看出钢坯研磨对线鳞比例无明显改善效果，判断线鳞发生在连铸工序后面。

表5 热轧板酸洗后线鳞比例Table 5 Proportions of Linear Scale Defects of Hot Rolled Steel Sheets after Pickling

2.3 粗轧轧制温度对线鳞缺陷的影响

为研究粗轧终轧温度与线鳞缺陷的关系，使用Gleeble-3800热模拟试验机对20LH不锈钢进行不同温度下的拉伸试验。

2.3.1 试验材料与方法

试验所用材料取自20LH热轧粗轧后中间坯，其化学成分如表 6所示。试验材料生产工艺为：电炉→转炉→精炼炉→连铸→热轧加热炉→粗轧→线下切割取样。在Gleeble-3800热模拟试验机上进行热应力模拟试验。在700～1 200℃进行高温拉伸试验，绘制出样品的热塑性曲线与热强度曲线。

表6 试验材料化学成分（质量分数）Table 6 Chemical Compositions in Test Steels（Mass Fraction） %

2.3.2 试验结果与讨论

图4 为20LH热塑性曲线，从图4中可以看出，20LH断面收缩率随温度的增加呈现出上升的趋势，但过程不稳定，仅在970～1 120℃温度范围内断面收缩率在60%以上，表现出了良好的塑性。而低于970℃时，随着温度的降低，塑性急剧恶化；温度高于1 120℃至1 200℃范围内时，断面收缩率均低于60%，塑性先降低后升高，塑性不高。根据以上结果，判断20LH铸坯应采取高温轧制，加热炉加热温度不宜过低，轧制温度控制在1 000～1 100℃。

图4 20LH热塑性曲线Fig.4 Thermal Plasticity Curves of 20LH

由20LH热强度曲线 （图5）可以看出，在700～1 200℃温度范围内试样的抗拉强度随温度的升高而降低，但减小的速度越来越慢，20LH最大抗拉力与最小抗拉力的差值高达22 797.5 N，说明温度对抗拉强度的影响是非常大的。

图5 20LH热强性曲线Fig.5 Heat Intensity Curves of 20LH

结合断面收缩率和抗拉强度，20LH试样在700～1 200℃，抗拉强度随温度升高而降低，在970～1 120℃范围内，断面收缩率维持在相对较好的水平，热加工性相对较好，最有利于进行热加工。

3 实施效果

根据Gleeble热模拟试验得出轧制温度区间，在镍铜比为1.73的条件下，安排4炉次20LH不锈钢测试热轧不同粗轧终轧温度，试验材料化学成分见表7，热轧工艺参数见表8。

表7 试验材料化学成分（质量分数）Table 7 Chemical Compositions in Test Steels（Mass Fraction） %

表8 热轧工艺参数Table 8 Process Parameters for Hot Rolling

由表8可知，热轧20LH钢板经退火酸洗线产出后，当粗轧终轧温度为1 050～1 055℃，线鳞比例为33%。随着终轧温度升高，线鳞比例逐渐下降，当粗轧终轧温度为1 065～1 070℃，线鳞比例为8%。因此，热轧粗轧终轧温度确定为1 065～1 070 ℃。

根据Gleeble热模拟试验及生产数据分析可知，粗轧终轧温度越低，线鳞比例越高。因此，粗轧终轧温度在1 000～1 100℃时，温度越高，热加工性能越好，粗轧微裂纹发生概率越低，酸洗后线鳞比例越低。

统计分析鞍钢联众不锈钢生产数据可知，粗轧终轧温度与线鳞缺陷比例呈线性关系，如图6所示。

图6 粗轧终轧温度与线鳞缺陷的关系Fig.6 Relationship between Finishing Temperature of Rough Rolling and Linear Scale Defect

4 结论

（1）导致节镍型奥氏体不锈钢产生线鳞缺陷的因素有合金成分（镍铜比）、粗轧轧制温度。

（2）通过提高节镍型奥氏体不锈钢镍铜比，促进Cu-Ni富集相以颗粒状保留在氧化层，避免液相Cu出现，鞍钢联众不锈钢20LH产品线鳞缺陷明显改善。

（3）由20LH不锈钢热塑性曲线和热强性曲线可知，温度在970～1 120℃，热加工性相对较好。

（4）通过优化合金成分 （镍铜比为1.73）、粗轧终轧温度在1 065～1 070℃，鞍钢联众不锈钢线鳞比例已控制在8%以内。