不锈钢热加工中质量缺陷控制的研究

不锈钢热加工中质量缺陷控制的研究

刘建勋

无锡环胜精密合金材料有限公司

摘要：不锈钢生产加工过程中，经常会因各类的缺陷问题影响产品的质量。其中加工过程中，焊缝缺陷问题是所有缺陷问题中，最常见的一种，也是影响最为严重的一种。其会造成不锈钢表面结构凹凸不平，影响产品的美观性。如果只采取焊缝的酸化处理，也会导致不锈钢表面结构不均匀，难以去掉加工过程中不同器件之间的摩擦划痕。本文将深入分析不锈钢热加工过程，明确此过程中的常见质量缺陷问题，同时，充分利用不锈钢热加工温度控制措施，并据此确定相应的不锈钢高温力学性能，进而分析造成不锈钢热加工质量缺陷问题的主要原因，提出相应的质量缺陷管控措施，以期提升不锈钢产品的整体质量，让热加工操作得以稳步开展。

关键词：不锈钢；热加工处理；质量缺陷控制

引言：

不锈钢板带产品是一种十分重要的钢材品种，近年来，不锈钢产品已经在不同行业中实现了广泛运用，与此同时，用户也逐渐提高了对于产品质量的要求，在关注产品内在品质的基础上，高度关注产品外观质量问题，然而，因为产品质量可能被温度、压力状态、硬件设施多种因素所影响，导致不锈钢产品的质量相对较差，进而引发了严重的质量缺陷问题，导致不锈钢产品表面质量一般较差，不利于开展后续加工作业。

1、不锈钢生产常见质量缺陷问题

一般而言，不锈钢热加工过程中所能出现的质量缺陷问题主要表现为边部裂纹、表面起皱等多种类型，而其中出现频率最高的质量缺陷问题为边部裂纹。总结并分析相关研究结构，最终确定造成边部裂纹问题的主要原因为轧制工艺不合理、加工方式不适宜、温度管控不恰当及铸坯质量较差等，下文将分别研究其中的主要质量缺陷问题^[1]。

2、不锈钢热加工温度控制

2.1 连铸温度控制

如果未能针对不锈钢钢水及连铸温度进行妥善控制，则可能由于温度控制不合理而导致结晶器中的冷却水量及二冷区配水量相对较少，影响设备的铸坯速度，导致加工终产品质量难以得到充分保障。

相比于普通碳钢材料，不锈钢连铸结构具有如下性能优势：首先，其成分范围相对较宽，且有着十分广泛的液相线及固相线温度范围，同时，钢水的过热度相对较高，可以有效便利夹杂物上浮及浇铸作业；其次，不锈钢导热系数一般较小，且难以在较短时间内发生凝固，且需要经历较长的凝固时间，要求高度关注二冷区域，保持该区域内水量配置的合理性和分布均匀性；第三，待冷却到700℃时，若奥氏晶体中析出了大量的硫化物、氮化物或碳化物，导致奥氏体出现了相变，同时，也可能导致材料结构的体积出现大幅膨胀，进而带来十分严峻的表面裂缝问题；第四，待马氏体不锈钢的冷却温度达到了200℃，则可能因为相变影响而导致结构体积膨胀，进而引发严重的表面裂纹。

2.1.1 连铸坯的质量影响因素

造成不锈钢连铸坯表面缺陷问题的主要原因在于钢水难以在结晶器中实现均匀凝固，导致此类问题的主要因素为保护渣性能、钢水洁净度及浇铸温度等。如果不锈钢的连铸过热度相对较高，则可能导致中间包温度过高，导致铸坯难以实现充分凝固，同时，由于二冷区内的坯壳厚度较低，则可能产生严重的漏钢问题，此外，连铸坯内部也会产生缩孔、中心疏松等各类质量问题。若钢水的浇铸温度相对较低，则可能导致中包包底位置处的凝结钢及拉速过快，影响保护渣的熔化性能，导致卷渣及铸坯，同时，也可能由于处于脆性温度区而导致铸坯产生表面裂纹或凹陷问题。

首先，若无法保持均匀稳定的初生坯壳厚度，便可能相应影响坯壳局部应力，导致坯壳过薄位置处的应力难以实现高度集中；其次，因为受到钢种种类的影响，可能相应增加坯壳和结晶器之间的摩擦力值，导致碳钢中的凝固坯壳在持续冷却的过程中发生不同程度的包晶反应。此外，因为，结铸坯结构常表现出较大的体积收缩度，可能相应影响坯壳和结晶器壁的结构，导致结构件产生不同程度的裂纹及气隙问题；最后，因为难以实现均匀传热，可能相应影响结晶器和铸坯间隙的润滑力，由于受到内力和外力的综合作用，可能直接影响铸坯表面的施工质量，导致其中常常发生凹陷及裂纹缺陷问题。

2.1.2 连铸坯的质量管控措施

1、为了让连铸机得以实现充分凝固，要求在钢水中充分聚集［S］和［P］，并将其统一汇聚在钢液中，以确保可以在局部晶界位置处形成FeS及磷化物等液膜物质，而此类液膜的熔点一般相对较低，可以相应催化晶界的反应，以降低不锈钢的塑性，同时，避免影响不锈钢的高温强度性能。钢水中的［S］和［P］含量越高，则对不锈钢连铸的性能影响也就越大，也会因此带来严重的连铸坯表面凹陷及裂纹问题。为此，为优化提升不锈钢铸坯表面质量，要求针对钢中的［S］含量实施严格管控。

2、钢水的过热度性能越好，浇筑温度越高，则结晶器中的坯壳厚度便会相应降低，也可能因此影响铸坯结构的外力承受性能，导致坯壳薄弱处常常出现不同类型的缺陷问题，如坯壳裂纹及凹陷问题。若结晶器设备中的铸坯结构收缩量过低，便可能相应影响坯壳和结晶器，使其间隙减小，也相应增加了保护渣流入的难度，甚至可能相应堵塞装置结构，使其局部被保护渣所堵塞，影响结晶器设备的传热均匀性，进而造成了严重的坯壳凹陷及纵裂问题。为此，需要积极利用低过热度浇铸的处理模式，将钢种的过热度控制在50~60℃以内，使其得以保持在工艺允许的范围内。

3、为争取良好的铸坯空冷表面回温状态控制效果，需要积极关注二冷区的空冷段状态，针对铸坯结构的表面温度实施全面管控，以达到良好的升温速度控制效果，使其得以始终保持在100℃/m上下，进而降低结构裂纹的风险，避免因为凝固前沿面拉应力作用有限而增加结构质量隐患。此外，要求针对铸坯矫直处理的温度环境进行合理管控，将其限制在脆性温度范围内，以促进铸坯表面温度提升，使其得以始终保持在900℃以上^[2]。

2.2 不锈钢加热温度控制

如果连铸坯的温度相对较低，则往往难以充分确保连铸坯轧制过程中的塑性变形水平，如果连铸坯的温度相对较高，则可能导致组织中的铁素体含量大幅增加，带来严重的成品表面缺陷问题，影响结构冷加工性能相对较差。

不锈钢材料普遍不具有良好的导热性能，可能带来十分严重的热量消耗，使得连铸坯体机构的表面热量散发时间较长，进而影响结构表面的热量传递效果，导致钢坯结构内外温差过大，引发钢坯内部裂纹。基于此，要求积极采取合理的加热速度管控措施，如果不锈钢加热过程中产生了过热或过烧等问题，或其中的晶粒结构过于粗大，便可能相应增加晶界氧化风险，进而影响钢结构的塑性变形性能^[3]。

4.3不锈钢轧制温度控制

为达到良好的缺陷控制效果，要求合理控制钢结构高温塑形性能。以410S不锈钢为例，若其温度大于1100℃，则可能导致钢铁中的铁素体比例大幅增加，为此，要求针对铁素体含量实施严格管控，以实现高效的加热温度控制。若其中的加热温度相对较低，则要求在轧制钢中析出大量的Cr、N等相。

相比于马氏体不锈钢而言，铁素体不锈钢的适应性较强，其晶粒可以在高温环境中长大，且不同晶粒间均有着较小的抗拉强度性能，如果受到了拉应力影响，则可能导致钢结构发生断裂。与奥氏体不锈钢相比，其有着较低的高温变形抗力性能，且所承受的轧制压力相对较小，不会对产品表面造成过大的损伤^[4]。

结语：综上所述，本文简要分析了不锈钢热加工中的质量缺陷问题，同时，基于连铸、加热及轧制特性等多个角度展开对于质量缺陷问题的分析，并提出针对性的缺陷控制方法，最终表明，采取积极的温度管控措施，可以让不锈钢热加工中的产品缺陷问题得到充分优化，以促进产品质量提升。

参考文献：

[1]巢昺轩, 蒋克全, 王宝龙. 马氏体不锈钢真空热处理表面质量优化研究[J]. 热处理技术与装备, 2019, 40(3):6.

[2]雷武军. 水洗生产线产品质量缺陷及控制要点[J]. 工程技术研究, 2021, 6(15):2.

[3]陈亚军, 张汛涛, 柳思成,等. 热处理工艺对17-4PH不锈钢氧化皮结构及其腐蚀行为的影响[J]. 热加工工艺, 2019(8):5.

[4]权芳民, 何成善. 不锈钢热加工中质量缺陷控制的研究[J]. 酒钢科技, 2019(1):7.