409L鐵素體不銹鋼方管表面缺陷處理工藝方法

 浙江至德鋼業有限公司研究人員針對409L鐵素體不銹鋼方管表面線鱗缺陷，采用掃描電鏡能譜分析方法對缺陷形貌和成分進行檢測。結果表明：線鱗缺陷是由夾雜物和夾渣物共同引起的。在研究基礎上提出了生產工藝改進措施，有效降低了409L不銹鋼方管表面線鱗缺陷發生率。

 409L不銹鋼鉻質量分數約為11%，是一種低碳氮、鈦穩定化處理的鐵素體不銹鋼，具有優異的耐蝕性、抗氧化性、成型性和良好的焊接性，價格低廉，廣泛應用于汽車排氣系統中，如消音器、尾氣管、觸煤轉換器的殼等。工業生產409L鐵素體不銹鋼方管時，穩定化元素鈦極易與氧、氮結合生成二氧化鈦、氮化鈦等高熔點夾雜物，連鑄過程易發生水口結瘤、保護渣惡化卷渣，鑄坯表面缺陷多，鋼種生產難度大。

 浙江至德鋼業有限公司針對409L鐵素體不銹鋼方管表面發生的線鱗缺陷，采用掃描電鏡對缺陷處形貌和成分進行分析，查找線鱗缺陷的產生原因，制定合理的改進措施，對提高409L不銹鋼方管的產品質量具有十分重要的指導意義。

一、缺陷分析

  線鱗缺陷位于熱軋板帶寬度方向中間部位，沿著軋制方向延伸，端部呈尖狀，局部已經呈現“起皮”狀態，且皮下呈現白色粉末狀，缺陷長度約1100mm，寬度約20mm。從生產的409L不銹鋼方管中挑選代表性線鱗缺陷樣品，缺陷宏觀形貌見圖所示。

  用掃描電鏡能譜分析方法對409L不銹鋼方管表面線鱗缺陷進行微觀形貌觀察和成分分析，結果見圖所示。從圖可以看出，缺陷處的元素主要為O、Al、Mg、Si、Ca、Ti和Na。通過對比可以看出，缺陷處O、Al、Si、Ca、Ti、Na為非基體元素。由于組分中含有Na，而Na是連鑄結晶器保護渣的主要成分之一，認為線鱗缺陷中包含保護渣連鑄過程結晶器內發生卷渣行為。此外O、Al、Mg、Si、Ca、Ti等組分表明存在夾雜物，來源于煉鋼過程。從線鱗缺陷的面掃描EDS圖譜，也可以得出同樣結論。對409L不銹鋼方管表面線鱗缺陷處細小顆粒狀物質進行微觀形貌觀察和成分分析如圖所示，夾雜物成分主要由O、Al、Mg、Si、Ca、Ti組成，為含鈦型復合夾雜物。因此，409L不銹鋼方管表面線鱗缺陷是由夾雜物和夾渣物共同引起的。409L不銹鋼方管表面線鱗缺陷的形成主要和煉鋼過程控制有關，穩定化元素Ti與O、N結合生成二氧化鈦、氮化鈦等高熔點夾雜物，爐處理過程中如不能充分上浮，連鑄過程會惡化保護渣引起卷渣，最終導致熱軋板表面線鱗缺陷的產生。

二、控制措施

   由于鈦與氧、氮極易結合生成二氧化鈦、氮化鈦等高熔點夾雜物，在冶煉過程中與其他類型夾雜物進一步結合形成三氧化二鋁-氧化鎂-氮化鈦、CaO-SiO2-TiO2復合型夾雜物，為此，分別研究409L含鈦不銹鋼中二氧化鈦、氮化鈦、三氧化二鋁-氧化鎂夾雜物的形成條件和變化規律，有助于解決409L鐵素體不銹鋼冶煉過程的卷渣現象及熱軋板表面的線鱗缺陷。

  1. 二氧化鈦型夾雜物的控制

   含鈦鋼在生產過程中易產生大量氧化鈦夾雜物，降低氧化鈦夾雜物從本質上講首先必須降低鋼中氧含量。

   鋼液中同時存在鋁和鈦時，兩者之間競爭與氧反應，分別生成二氧化鈦和三氧化二鋁。從圖中可以看出，曲線之上鋼液中優先生成二氧化鈦，曲線之下鋼液中優先生成三氧化二鋁。

  冶煉409L鐵素體不銹鋼過程中，控制TiO2型夾雜物形成的具體措施如下：

（1）AOD還原階段采取鋁還原工藝，控制鋼液中鋁質量分數大于0.005%，減少冶煉過程中二氧化鈦夾雜物的形成。

  (2)  控制爐渣中氧化鐵含量，減少爐渣對鈦的氧化。

  (3)  控制合理的爐渣成分，使其具有較高的三氧化二鋁、二氧化硅，以提高渣中二氧化鈦的溶解度。

  (4)  LF爐吹Ar攪拌時避免鋼水裸露，防止鋼水二次氧化。

  (5)  連鑄嚴格采取保護澆鑄措施，防止二次氧化。

  2. 鈣處理對氧化鎂和三氧化二鋁夾雜物的控制

   氧化鎂和三氧化二鋁夾雜物熔點較高、硬度大，屬于D類點狀不變形夾雜物，這類夾雜物容易沉積在浸入式水口內部造成水口堵塞。此外，鋼中生成大量氧化鎂和三氧化二鋁夾雜物，會增加含芯氮化鈦的生成。409L不銹鋼冶煉過程中，為了防止二氧化鈦夾雜物形成和降低鋼水中氧含量，采用鋁脫氧，鋼水中很容易形成三氧化二鋁夾雜物，三氧化二鋁夾雜物與鋼水中的氧化鎂結合形成氧化鎂和三氧化二鋁夾雜物，不易被爐渣吸附，因此有必要對其進行鈣處理。

  隨著置換反應的不斷進行，內部氧化鎂-三氧化二鋁越來越小，外面的xCaO－yAl2O3變得越來越厚。xCaO－yAl2O3型夾雜物熔點較低，容易被爐渣吸附。冶煉409L鐵素體不銹鋼過程中，控制氧化鎂·三氧化二鋁型夾雜物形成的具體措施如下：

（1）LF爐喂入硅鈣線對氧化鎂-三氧化二鋁夾雜物進行變性處理。

（2）LF爐增加弱吹時間，促進鋼水中夾雜物充分上浮。

  3. 氮化鈦型夾雜物的控制

  氮化鈦的熔點為1900℃，能夠在鋼液中析出，氮化鈦的析出與鋼中鈦，氮含量，鋼液溫度和其他夾雜物的數量等因素有關。氮化鈦的析出主要取決于鋼中鈦及氮含量。

  計算409L不銹鋼液中不同溫度氮與鈦的平衡關系如圖所示。從圖中可以看出，降低鈦、氮含量，可以明顯減小氮化鈦夾雜物的形成區域。LF爐處理過程中的溫度范圍一般為1580～1650℃，要避免在LF爐處理過程中產生大量氮化鈦夾雜物，就要降低氮含量，從而降低鋼水中鈦含量。

  409L不銹鋼方管原料冶煉過程控制氮含量的具體措施如下：

 （1）AOD冶煉過程全程吹氬。

 （2）AOD出鋼前采用氬氣清洗鋼包。

 （3）LF爐升溫過程埋弧操作，防止鋼液增氮。

 通過上述措施的實施，409L不銹鋼方管表面線鱗缺陷得到了有效控制，線鱗缺陷發生率從改進前的30％降低到了5.5％。

三、結論

（1）409L鐵素體不銹鋼方管表面發生的線鱗缺陷，是由夾雜物和夾渣物共同引起的。穩定化元素鈦與極易氧、氮結合生成二氧化鈦、氮化鈦等高熔點夾雜物，如在LF爐處理過程中不能充分上浮，連鑄過程會惡化結晶器保護渣引起卷渣，導致熱軋板表面線鱗缺陷的產生。

（2）通過研究409L含鈦不銹鋼中二氧化鈦、氮化鈦、三氧化二鋁-氧化鎂夾雜物的形成條件和變化規律，提出了具體的改進措施。改進措施實施后，409L不銹鋼方管表面線鱗缺陷得到了有效控制，缺陷發生率從改進前的30％降低到了5.5％。