亓欣華，李 峰，王俊海，吳月龍，郭燕喜

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 271100）

隨著市場對不銹鋼品種多元化、品質(zhì)高端化的需求，高端不銹鋼刀具越來越受青睞，刀具鋼具有色澤光亮、硬度高、良好耐磨性和耐蝕性等特點(diǎn)，成為高端刀具的主要原材料之一，但在連續(xù)酸洗線進(jìn)行生產(chǎn)時易發(fā)斷帶事故而導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，嚴(yán)重制約生產(chǎn)效率的提升。

1 斷帶原因分析

1.1 斷帶缺陷宏觀描述

罩式退火后的刀具鋼鋼帶在連續(xù)酸洗線進(jìn)行生產(chǎn)時易發(fā)生開裂缺陷，斷帶主要分為兩種：一種是鋼帶與鋼帶銜接的焊縫位置開裂導(dǎo)致斷帶；另一種是鋼帶母材位置處發(fā)生斷裂，該類斷裂一般出現(xiàn)在焊縫附近位置，開裂為不規(guī)則的斷裂形態(tài)。出現(xiàn)斷帶事故后需緊急停機(jī)進(jìn)行斷口對接、補(bǔ)焊，嚴(yán)重影響酸洗線的生產(chǎn)節(jié)奏，同時會導(dǎo)致酸洗槽停留的部分鋼帶出現(xiàn)過酸洗、酸斑等缺陷。

為查明缺陷原因，前往生產(chǎn)一線取得樣品2組。一組沿焊接的母材處開裂，并將焊縫補(bǔ)丁折斷，在焊縫處呈直線性裂開；另一組靠近焊縫位置的母材處發(fā)生不規(guī)則斷裂，斷裂沿著邊部向板寬脆斷，斷口形貌光滑，鋼帶中間部位未發(fā)現(xiàn)分層現(xiàn)象。

1.2 化學(xué)成分檢測結(jié)果

取樣后使用直讀光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分檢測，結(jié)果見表1。各元素成分含量均符合控制要求范圍，但碳含量處于控制范圍的上限。使用氧氮分析儀進(jìn)行氧氮?dú)怏w成分檢測，發(fā)現(xiàn)氧含量［O］為0.0186%、氮含量［N］為0.066%。

表1 化學(xué)成分檢測結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

1.3 夾雜物和金相分析結(jié)果

在斷口附近截取縱向樣品，磨制、拋光后進(jìn)行非金屬夾雜物檢測，結(jié)果見圖1。檢測面存在少量的B類和D類夾雜物，級別均為0.5級，夾雜物級別較低。

圖1 非金屬夾雜物檢測結(jié)果

分別在正常部位、撕裂斷口部位和剪切邊部位截取橫向樣品，磨制、拋光經(jīng)三氯化鐵溶液腐蝕后進(jìn)行顯微組織觀察，結(jié)果見圖2，基體部位組織為鐵素體＋碳化物組織，靠近端口位置處存在明顯的碳化物偏析條帶。

1.4 結(jié)果分析

化學(xué)成分檢測可知，碳元素含量接近控制范圍上限，碳含量偏高在連鑄過程中會造成碳化物析出，對鋼帶冷塑性變形不利，加大酸洗過程中冷彎和矯直變形難度。夾雜物檢測可知，檢測面僅存在少量、低級別的B 類和D 類夾雜物存在，無夾雜物聚集現(xiàn)象，因此，斷帶與夾雜物無直接關(guān)系。顯微組織檢測可知，基體組織為鐵素體+碳化物，斷裂位置附近存在明顯的碳化物條帶分布，因碳化物條帶的存在容易引起應(yīng)力集中，鋼帶在酸洗轉(zhuǎn)向輥、破鱗輥的張力作用下，極易在碳化物條帶部位出現(xiàn)裂紋造成酸洗斷帶。因此，組織中存在的碳化物條帶是造成斷帶的主要原因，需從消除碳化物條帶方向入手，優(yōu)化工藝，消除斷帶缺陷。

2 工藝過程追溯分析

2.1 連鑄工藝

追溯連鑄工藝參數(shù)，斷帶鋼卷對應(yīng)的鑄坯均為澆注第一爐次的鑄坯，拉速為0.8 m/min，中包溫度為1 495～1 515 ℃，比水量0.8～1.05 L/kg，鑄坯下線后，立即將板坯吊運(yùn)至緩冷區(qū)域進(jìn)行緩冷。經(jīng)統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)比水量低于0.9 L/kg 的爐次對應(yīng)鋼帶均出現(xiàn)不同程度的母材斷帶缺陷。

2.2 軋制工藝

追溯軋制工藝參數(shù)，軋制前緩冷鑄坯出坑轉(zhuǎn)序至軋制工序，轉(zhuǎn)序紅坯表面溫度不低于500 ℃，鑄坯轉(zhuǎn)序后直接入加熱爐，加熱溫度在1 220～1 240 ℃，出鋼溫度在1 210～1 230 ℃，駐爐時間在220 min，精軋開軋溫度≥980 ℃，精軋終軋溫度≥850 ℃，關(guān)鍵參數(shù)均在工藝控制范圍內(nèi)，同一批次軋制的鋼帶，沒有明顯斷帶規(guī)律。

2.3 罩退工藝

為提高刀具鋼的性能，罩式退火采取了不同退火工藝，退火溫度840～850 ℃，保溫時間23～26 h，檢測性能屈服強(qiáng)度500～550 MPa，抗拉強(qiáng)度690～730 MPa，伸長率25%～32%，硬度＜98 HRB，各項性能均符合標(biāo)準(zhǔn)。追溯斷帶鋼卷對應(yīng)的退火工藝，分布在不同退火溫度，認(rèn)為刀具鋼母材斷帶與罩退工藝沒有明顯的對應(yīng)關(guān)系。

2.4 酸洗焊接工藝

跟蹤刀具鋼焊接控制，選擇同等厚規(guī)格的06Cr13不銹鋼鋼帶與刀具鋼鋼帶穿插酸洗和銜接，按酸洗計劃編排實施鋼種交替酸洗的原則，用開卷機(jī)開卷剪去帶頭、帶尾，剪除長度≮300 m，將刀具鋼鋼帶與410S 不銹鋼鋼帶在焊接部位壓緊對接焊接，焊接電流控制在270～300 A，焊槍速度為600 mm/min，焊縫均勻無結(jié)瘤，焊縫表面平滑，焊縫連接部位再用304 材質(zhì)補(bǔ)丁將兩個鋼種的鋼帶進(jìn)行再次連接，采用補(bǔ)丁長度270～300 mm、寬度80 mm，補(bǔ)丁的焊接電流在220～260 A，補(bǔ)丁錯位焊接，補(bǔ)丁焊好先空冷4～5 min，再開啟霧化水冷卻模式至常溫，焊縫溫度在60～75 ℃時停止冷卻開始運(yùn)行沖套。

針對焊縫部位及補(bǔ)丁折斷形貌，結(jié)合焊接、冷卻等相關(guān)控制參數(shù)，焊縫斷裂位置處于刀具鋼母材與06Cr13焊接處，分析認(rèn)為焊縫斷裂是冷卻速度過快、冷卻強(qiáng)度大造成焊縫組織急冷，降低了鋼帶焊接部位的塑性。

3 改進(jìn)措施

3.1 優(yōu)化成分控制

鋼中碳、氮含量是影響鋼帶強(qiáng)度和塑性關(guān)鍵元素，鋼水成分的均勻和鋼水純凈度也是影響鋼帶質(zhì)量的重要因素。刀具鋼屬于中高碳鋼不銹鋼，碳含量偏差和鑄坯冷卻不當(dāng)極易造成鑄坯的碳化物析出，碳化物一旦形成，在后續(xù)的軋制和退火工序很難消除。為此，在冶煉方面提高鋼水純凈度和成分的均勻性，實施窄成分控制，提高GOR爐的出鋼碳成分一次命中率，減少GOR 爐出鋼和精煉過程補(bǔ)加碳粉的概率，LF 吹氬時間控制在20～25 min，均勻鋼水成分和溫度，為穩(wěn)連鑄生產(chǎn)創(chuàng)造好條件。

3.2 改善鑄坯冷卻制度

優(yōu)化電磁攪拌輥的控制參數(shù)來抑制鑄坯組織偏析，在不影響結(jié)晶器液面波動的情況下，電磁攪拌參數(shù)電流由250 A調(diào)整到300 A，頻率由4.0 Hz調(diào)整至5.0 Hz，提高鑄坯等軸晶比例，有效改善鑄坯組織偏析和碳化物的析出。

斷帶鋼卷對應(yīng)鑄坯主要是開產(chǎn)時的鑄坯，起步拉速慢，冷卻強(qiáng)度低。為此，逐步優(yōu)化開產(chǎn)爐次冷卻強(qiáng)度，在保證坯殼厚度的情況下，結(jié)晶器寬邊水量控制在2 500～2 600 L/min，窄邊水量控制在300～350 L/min，進(jìn)出水溫度控制在6～8 ℃，快速提升拉速，在提速的同時適當(dāng)加大一冷、二冷水比水量。結(jié)合鋼種凝固特點(diǎn)，在鑄坯凝固末端實施強(qiáng)冷，比水量控制在0.9 L/kg 以上，有效改善鑄坯中心疏松和中間偏析缺陷。

為提高鑄坯緩冷質(zhì)量，規(guī)范鑄坯的緩冷和修磨，生產(chǎn)中重點(diǎn)管控調(diào)度，紅坯下線后快速進(jìn)緩冷坑，坯溫控制在500 ℃以上，嚴(yán)格按照鋼種緩冷曲線實施。

3.3 降低焊縫冷卻強(qiáng)度

優(yōu)化鋼帶焊接，根據(jù)鋼帶厚度選擇合適的焊接電流和焊槍速度，焊縫、補(bǔ)丁的冷卻方法采用空冷5～6 min，再熱水霧化冷卻2～3 min降低冷卻強(qiáng)度，再冷水霧化間斷式冷卻2 min，然后用壓縮空氣吹干水分，焊縫緩慢冷卻至60～70 ℃開始運(yùn)行，有效地改善焊縫的冷卻強(qiáng)度。另外在焊縫和補(bǔ)丁的裂紋敏感區(qū)域打小孔等措施來消除焊接產(chǎn)生的熱應(yīng)力，阻止裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展。

3.4 實施效果

通過措施的實施，刀具鋼焊縫脆斷和母材開裂缺陷得到有效控制，檢測發(fā)現(xiàn)退火后的刀具鋼帶條帶明顯改善，鋼帶性能穩(wěn)定，酸洗得到持續(xù)運(yùn)行。

4 結(jié) 語

鋼帶組織中存在的碳化物條帶是刀具鋼在酸洗線生產(chǎn)時斷帶的主要原因，消除此類缺陷，應(yīng)采取以下措施：（1）提高冶煉出鋼一次成分命中率，實施窄成分控制，碳含量按鋼種的中限控制。（2）改善鑄坯冷卻制度，提高板坯內(nèi)部組織和等軸晶比例，優(yōu)化二冷配水，抑制鑄坯的碳化物析出。（3）降低焊縫冷卻強(qiáng)度，采取緩慢冷卻方式，消除焊接產(chǎn)生熱應(yīng)力。