陳茂敬 岳好明 亓俊鴻

(山東泰山鋼鐵集團有限公司新材料研究所，山東271100)

某公司生產(chǎn)的規(guī)格為3.0 mm×1 250 mm的J4奧氏體不銹鋼熱軋板，經(jīng)1 020℃酸洗退火，縱向分切成3.0 mm×740 mm以及3.0 mm×510 mm后，客戶進行冷軋。當軋到1.23 mm×740 mm時表面出現(xiàn)大量橫裂紋，沿板寬橫向無規(guī)則分布。個別橫裂紋呈穿透狀，未穿透的橫裂紋部位背面有明顯的痕跡，橫裂形態(tài)如圖1所示。

圖1 J4冷軋板試樣橫裂形貌圖Figure 1 Transverse crack appearance of J4 cold rolled plate sample

1 試驗方法

1.1 觀察J4冷軋不銹鋼板表面橫裂紋宏觀形態(tài)。

1.2 截取小塊試樣，利用SPECTROLAB M9型光電直讀光譜儀進行化學成分分析。

1.3 在橫裂紋部位截取試樣，利用O-N分析儀測定O和N的含量。

1.4 分別在正常部位和橫裂部位截取試樣，磨制拋光后，進行夾雜物評級。用王水腐蝕后，觀察金相組織，進行晶粒度評級，并利用顯微硬度計測量基體的顯微硬度。

2 試驗結果

2.1 宏觀分析

從圖1看出，橫裂紋沿板寬方向無規(guī)則分布，個別橫裂紋呈穿透狀，未穿透的橫裂紋背面有明顯的痕跡。經(jīng)測量，橫裂紋最長達28 mm，寬度在1.1 mm左右。

2.2 化學成分分析

J4冷軋板化學成分實測值均處于該公司內(nèi)控標準的范圍內(nèi)，如表1所示。

2.3 O、N氣體分析

利用O-N分析儀測定O和N的含量，見表2。結果顯示N含量符合試制方案的要求，O含量稍高，一般應控制在40×10-6以下。

2.4 金相分析

2.4.1 正常部位金相分析

試樣正常部位的非金屬夾雜物主要以B類為主，2.0級，級別不是很高，對材料的影響不大。金相組織為奧氏體+少量鐵素體+少量顯微氣泡。見圖2和表3。

表 1 化學成分實測值與試制方案對照表

表 2 冷軋板試樣N、O氣體分析結果表

a) 非金屬夾雜物形貌 100×

b)正常部位金相組織 500×

2.4.2 橫裂部位金相分析

穿透的橫裂紋類似拉伸斷口，主裂紋兩側有大量次裂紋存在，裂紋兩側的金相組織差別不大。如圖3所示。

遠離裂紋的正常部位顯微氣泡成串珠狀分布，嚴重的地方，氣泡已貫穿起來形成微裂紋，如圖4a、4b所示；裂紋附近組織無異常，沿次裂紋顯微氣泡成串珠狀分布，如圖4c、4d所示。裂紋與顯微氣泡的存在關系主要有四種：裂紋兩端已形成，中間連接氣泡；兩端是顯微氣泡，中間已貫穿起來形成裂紋；裂紋尾端與顯微氣泡相連；嚴重的部位，氣泡已全部貫穿起來形成較寬的裂紋。

表 3 冷軋板試樣正常部位非金屬夾雜物、組織、晶粒度評級表

a)橫裂紋(穿透)整體形貌 50×

b)主裂紋一端基體組織形貌 200×

c)主裂紋另一端基體組織形貌 200×

圖3 冷軋橫裂(穿透)試樣形貌圖
Figure 3 The appearance of transverse cracks (penetrated) during cold rolling

2.4.3 顯微硬度分析

冷軋板橫裂試樣顯微硬度值表見表4，頭尾較中部數(shù)值高，整體來看低于GB/T4239—1991冷軋鋼帶硬度值要求，但從硬度來看塑性應該沒有問題。

3 分析討論

現(xiàn)場調查及詢問用戶相關技術人員，結合試驗結果分析認為，酸退及軋制工藝問題不大，并且同樣的軋制工藝軋制其他廠家的產(chǎn)品時問題不大，因此應從材料的塑性、材料本身的缺陷方面考慮，J4熱軋板產(chǎn)生冷軋橫裂的主要原因。

圖4 試樣裂紋、顯微氣泡與組織間關系 500×Figure 4 The relationship among the cracks, micro bubbles and structures in the sample(500×)

3.1 試樣橫裂紋、顯微氣泡與組織間關系

試樣在軋制力作用下，橫裂紋(穿透)試樣類似拉伸斷口，裂紋兩端組織差別不大，主裂紋兩側有大量次裂紋存在。

表 4 試樣顯微硬度值/HV0.2

試樣遠離裂紋的正常部位及裂紋附近均有大量的顯微氣泡存在。遠離裂紋正常部位顯微氣泡成串珠狀分布，嚴重部位已貫穿起來形成裂紋。裂紋附近組織無異常，沿次裂紋顯微氣泡成串珠狀分布，裂紋與顯微氣泡相連。

3.2 顯微氣泡缺陷對材料的影響

鋼中的顯微氣泡屬冶煉缺陷很難去除，會使材料留有一些微孔或微裂紋源，會破壞基體的連續(xù)性，嚴重降低材料的塑性。在冷軋過程中遇加工硬化，特別是形變誘導馬氏體產(chǎn)生的應力集中，會使顯微氣泡貫穿起來并發(fā)生裂紋擴展。當應力集中超過了材料斷裂強度，就會出現(xiàn)開裂。材料中顯微氣泡分布位置、數(shù)量不同，產(chǎn)生橫裂的嚴重程度就不同。

3.3 預防措施

鋼中氣體主要是N、H、CO。固溶體能溶解N，H在鋼中的固溶度很低，破壞鋼的連續(xù)性，基本不溶CO。溶解不了的N、H會同CO形成氣泡。分析發(fā)現(xiàn)試樣內(nèi)顯微氣泡較多，同時O含量較高，說明脫氧不充分，需加大脫氧、脫氣力度。

4 結論

J4熱軋板冷軋橫裂(穿透)形成的主要原因是：鋼中大量的顯微氣泡破壞了基體的連續(xù)性，嚴重降低材料的塑性，在冷軋過程中形成裂紋。解決措施是加大脫氣力度。

[1]徐飆，王龍妹，朱京希，王福，徐軍，戚國平. 節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼冷軋斷帶的影響因素. 金屬熱處理，2007年，32(6).

[2]肖紀美. 不銹鋼的金屬學問題 . 北京：冶金工業(yè)出版社，1983，41-62.

[3]王肇愉. 鉻錳氮鋼中氣體問題的探討[J]. 鑄工，1981(3)： 32-35.