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2205双相ManBetx表面起皮缺陷分析报告

来源:至德钢业 日期:2020-10-20 21:37:38 人气:92

 浙江至德钢业有限公司对2205双相ManBetx表面起皮缺陷进行扫描电镜和能谱分析,并结合其冶炼-热轧-退火酸洗整个生产工艺,得出:缺陷的实质是热轧过程中咬入氧化铁皮经过退火酸洗后的表现形式。通过对2205双相ManBetx坯加热后金相组织、热塑性、热轧板金相组织以及热轧板氧化铁皮结构的分析,得出:板坯边部柱状晶的存在以及热轧加热炉加热温度过高会影响材料的热塑性,导致轧制过程边部出现微裂纹,热轧完成后演变为咬入式氧化铁皮缺陷。提高2205双相ManBetx等轴晶率、控制加热温度在1260℃以下可以有效避免起皮缺陷的发生。


 双相manbetx998是一个集优良的耐腐蚀、高强度和良好的焊接性能等诸多优异性能于一身的钢种。2205双相manbetx998作为第二代双相manbetx998,被广泛应用于造纸、石油化工和海洋工程等领域。但是2205双相ManBetx在热轧生产过程中,始终处于两相区,铁素体和奥氏体两相变形不协调导致热塑性较差,尤其是NO.1板表面的缺陷发生率较高,且缺陷经研磨无法去除,严重影响其推广和应用。由于起皮缺陷发生在退火酸洗后的表面,而在热轧黑卷表面无法发现。至德钢业选用2205双相ManBetx作为研究对象,并结合其冶炼-连铸-修磨-加热-高压水除鳞-粗轧-精轧-退火酸洗整个生产工艺,对2205双相ManBetx起皮缺陷采用扫描电镜和能谱分析方法进行观察,并通过对2205ManBetx坯加热后进行金相组织、板坯热塑性、热轧板金相组织以及热轧板氧化铁皮结构的分析,找出该缺陷形成原因,对提高产品质量将会有重大意义。


一、缺陷特征及检验分析


 1. 起皮缺陷形貌


 2205双相ManBetx产生起皮缺陷的方向与带钢的轧制方向一致,在钢管两边部200mm内断续出现,中部没有,其尺寸较小,上表面发生较多,图为2205双相manbetx998起皮缺陷照片。


 2. 扫描电镜和能谱分析


 图为起皮缺陷的扫描电镜形貌。从图中可以看出,起皮缺陷处的显微形貌有明显的分层,而且疏松、不致密,有明显的脱落痕迹。随着放大倍数的提高,边界处分层更加严重。坑内组织细小,组织呈颗粒状,其他部位组织连续呈片状分布,如图所示。表为起皮缺陷中A、B处的化学成分,从表中可以看出,A处的铬、氧的质量分数明显高于B处,而B处的化学成分基本上与2205双相ManBetx基体化学成分相近,未见异常。


 从对起皮缺陷的扫描电镜和能谱分析来看,缺陷处氧化铁皮的成分和形态有明显的差别。在A处,氧化铁皮的氧含量高达26.99%,因此这里的氧化铁皮是经过了较长时间氧化形成的,说明不是退火酸洗过程形成的表层氧化铁皮,而是热轧加热过程中形成的咬入式氧化铁皮;而在B处,氧化铁皮很薄,氧含量相对较低(2.05%),为典型的退火酸洗过程形成的表层氧化铁皮。


二、起皮缺陷形成机理分析


 经过以上对起皮缺陷的分析,判定此缺陷的实质是热轧过程中咬入的氧化铁皮经过退火酸洗后的表现形式。奥氏体加铁素体双相组织在赋予2205双相ManBetx优异性能的同时也带来了不容易热轧的缺点。在热轧过程中铁素体和奥氏体两相的再结晶机制不同,导致两相变形不协调,恶化了热塑性,容易出现微裂纹。通过对2205双相ManBetx坯加热后金相组织、板坯热塑性、热轧板金相组织以及热轧板氧化铁皮结构相关的试验研究,将进一步分析2205双相ManBetx起皮缺陷在热轧工序形成的原因。


 1. 热塑性


 为了研究2205双相ManBetx坯边部和中部的热塑性,对铸坯进行低倍组织侵蚀,侵蚀剂为三氯化铁加盐酸溶液,如图所示。分别选取边部柱状晶区试样和中部等轴晶区试样。将试样加工成5mm×69mm的高温拉伸标准试样。试样两端加工成M10普通螺纹,便于试样的固定。利用WL-015微机控制电子万能试验机进行2205双相ManBetx连铸坯的高温拉伸试验。将试样以10℃/s的升温速度快速加热到不同温度(950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃),保温60秒后以1s-1的应变速率拉伸,直至断裂。试验后人工测得2205双相ManBetx连铸坯的断面收缩率,如图所示。


 断面收缩率是衡量铸坯塑性好坏的重要指标,断面收缩率越大,表明铸坯在外力作用下发生塑性变形的能力越强,抵抗裂纹发生的能力越好。从图中可以看出,在950~1150℃温度范围内,2205双相ManBetx坯边部试样断面收缩率都要比中部试样低。中部试样在950~1150℃温度范围内,断面收缩率都大于65%,表现出热塑性。边部试样在1050℃以下,热塑性变差,950℃时断面收缩率最低,为50.4%。


 2. 边部试样加热后金相组织


 选取2205双相ManBetx坯柱状晶区试样,试样大小为20mm×20mm×20mm,在1220℃、1240℃、1260℃不同温度下保温20分钟进行加热处理,处理完后进行水淬。将热处理后的铸坯试样经预磨、抛光和腐蚀(偏重亚硫酸钾+盐酸溶液)后采用金相显微镜观察金相组织,如图所示。从图片中可以看出,2205双相ManBetx连铸坯试样在1220℃、1240℃加热温度下,奥氏体相以块状为主,1260℃时奥氏体晶粒明显变得粗大。奥氏体组织粗大,热变形时某些部位的铁素体受到相邻粗大奥氏体的阻碍,这样就容易在奥氏体和铁素体的晶界形成微裂纹。2205双相ManBetx在加热炉的加热温度设定在1245~1260℃之间,由于板坯在加热过程中受加热炉内烧嘴的布置及气流的影响,管坯边部的温度要高于板坯设定的加热温度。边部温度达到1260℃时,奥氏体晶粒变粗大,导致板坯边部的热塑性比中部差,在后续热轧过程中边部出现微裂纹。


 3. 热轧板金相组织


 至德钢业对加热温度1260℃、在炉时间200分钟工艺条件下生产的2205双相ManBetx边部和中部分别取样观察金相组织,见图所示。双相manbetx998组织特征是铁素体基体中分布着奥氏体岛,通过轧制后,奥氏体岛沿着轧制方向呈长条状排列,如图中部试样组织所示。从图中可以看出,边部试样奥氏体晶粒明显比中部粗大。2205双相ManBetx中奥氏体和铁素体两相存在力学性能的差异,热轧生产过程中的应变通过晶界在两相中进行分配,过多分配给铁素体相有可能导致两相边界区域应力集中,产生微裂纹。奥氏体晶粒粗大更容易造成上述现象的发生。


 4. 热轧板边部氧化铁皮结构分析


 至德钢业对2205双相ManBetx边部氧化皮结构进行观察,如图所示。从图中可以看出,边部不同部位的氧化铁皮成分和形态有明显的差别。红色箭头所指的铬、氧的质量百分数明显高于黑色箭头所指处。说明红色箭头所指处的表层氧化铁皮是热轧加热过程中形成的咬入式氧化铁皮,这和起皮缺陷处扫描电镜能谱分析方法得出的结论是一致的。黑色箭头所指部位氧化铁皮为典型的热轧态表层氧化铁皮。在正常的酸洗条件下,无法去除咬入热轧板基体的氧化铁皮,咬入的氧化铁皮经过退火酸洗后便成为表面起皮缺陷。


 从上面的分析来看,2205双相ManBetx起皮缺陷主要是热轧板边部组织异常、热塑性差所引起的。2205双相ManBetx坯中边部为柱状晶,中部为等轴晶,在950~1150℃热轧温度范围内,2205双相ManBetx坯边部试样断面收缩率都要比中部试样低。此外,2205双相ManBetx坯在加热炉的加热温度设定在1245~1260℃之间,由于管坯在加热过程中受加热炉内烧嘴的布置及气流的影响,管坯边部的温度要高于板坯设定的加热温度。当边部温度达到1260℃时,奥氏体晶粒变粗大,导致板坯边部的热塑性比中部差。在加热温度1260℃、在炉时间200分钟工艺条件下生产的2205双相ManBetx底部金相组织中也可以观察到,边部试样的奥氏体晶粒明显比中部粗大。上述不利因素,导致2205双相ManBetx坯边部在热轧过程中,在两相界面处产生微裂纹,热轧完成后演变为咬入式氧化铁皮缺陷,咬入的氧化铁皮经过退火酸洗后便成为表面起皮缺陷。通过以上分析,针对起皮缺陷制定如下措施,可有效避免起皮缺陷的发生。


   a. 提高2205双相ManBetx坯等轴晶率,通过提高电磁搅拌强度和降低过热度使2205双相manbetx998等轴晶率达到95%以上。


    b. 严格控制2205双相ManBetx坯边部加热温度在1260℃以下,防止边部奥氏体晶粒粗大。


三、结论


 1. 结合2205双相ManBetx冶炼-热轧-退火酸洗整个生产工艺,得出其ManBetx表面起皮缺陷是由热轧过程中咬入的氧化铁皮经过退火酸洗后造成的。


 2. 管坯边部柱状晶的存在以及热轧加热炉加热温度过高会影响2205双相ManBetx坯边部的热塑性,导致轧制过程边部出现微裂纹,热轧完成后演变为咬入式氧化铁皮缺陷。


 3. 提高2205双相ManBetx等轴晶率、控制加热温度在1260℃以下可以有效避免起皮缺陷的发生。


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