409L铁素体不锈钢方管表面缺陷处理工艺方法

 浙江至德钢业有限公司研究人员针对409L铁素体不锈钢方管表面线鳞缺陷，采用扫描电镜能谱分析方法对缺陷形貌和成分进行检测。结果表明：线鳞缺陷是由夹杂物和夹渣物共同引起的。在研究基础上提出了生产工艺改进措施，有效降低了409L不锈钢方管表面线鳞缺陷发生率。

 409L不锈钢铬质量分数约为11%，是一种低碳氮、钛稳定化处理的铁素体不锈钢，具有优异的耐蚀性、抗氧化性、成型性和良好的焊接性，价格低廉，广泛应用于汽车排气系统中，如消音器、尾气管、触煤转换器的壳等。工业生产409L铁素体不锈钢方管时，稳定化元素钛极易与氧、氮结合生成二氧化钛、氮化钛等高熔点夹杂物，连铸过程易发生水口结瘤、保护渣恶化卷渣，铸坯表面缺陷多，钢种生产难度大。

 浙江至德钢业有限公司针对409L铁素体不锈钢方管表面发生的线鳞缺陷，采用扫描电镜对缺陷处形貌和成分进行分析，查找线鳞缺陷的产生原因，制定合理的改进措施，对提高409L不锈钢方管的产品质量具有十分重要的指导意义。

一、缺陷分析

  线鳞缺陷位于热轧板带宽度方向中间部位，沿着轧制方向延伸，端部呈尖状，局部已经呈现“起皮”状态，且皮下呈现白色粉末状，缺陷长度约1100mm，宽度约20mm。从生产的409L不锈钢方管中挑选代表性线鳞缺陷样品，缺陷宏观形貌见图所示。

  用扫描电镜能谱分析方法对409L不锈钢方管表面线鳞缺陷进行微观形貌观察和成分分析，结果见图所示。从图可以看出，缺陷处的元素主要为O、Al、Mg、Si、Ca、Ti和Na。通过对比可以看出，缺陷处O、Al、Si、Ca、Ti、Na为非基体元素。由于组分中含有Na，而Na是连铸结晶器保护渣的主要成分之一，认为线鳞缺陷中包含保护渣连铸过程结晶器内发生卷渣行为。此外O、Al、Mg、Si、Ca、Ti等组分表明存在夹杂物，来源于炼钢过程。从线鳞缺陷的面扫描EDS图谱，也可以得出同样结论。对409L不锈钢方管表面线鳞缺陷处细小颗粒状物质进行微观形貌观察和成分分析如图所示，夹杂物成分主要由O、Al、Mg、Si、Ca、Ti组成，为含钛型复合夹杂物。因此，409L不锈钢方管表面线鳞缺陷是由夹杂物和夹渣物共同引起的。409L不锈钢方管表面线鳞缺陷的形成主要和炼钢过程控制有关，稳定化元素Ti与O、N结合生成二氧化钛、氮化钛等高熔点夹杂物，炉处理过程中如不能充分上浮，连铸过程会恶化保护渣引起卷渣，最终导致热轧板表面线鳞缺陷的产生。

二、控制措施

   由于钛与氧、氮极易结合生成二氧化钛、氮化钛等高熔点夹杂物，在冶炼过程中与其他类型夹杂物进一步结合形成三氧化二铝-氧化镁-氮化钛、CaO-SiO2-TiO2复合型夹杂物，为此，分别研究409L含钛不锈钢中二氧化钛、氮化钛、三氧化二铝-氧化镁夹杂物的形成条件和变化规律，有助于解决409L铁素体不锈钢冶炼过程的卷渣现象及热轧板表面的线鳞缺陷。

  1. 二氧化钛型夹杂物的控制

   含钛钢在生产过程中易产生大量氧化钛夹杂物，降低氧化钛夹杂物从本质上讲首先必须降低钢中氧含量。

   钢液中同时存在铝和钛时，两者之间竞争与氧反应，分别生成二氧化钛和三氧化二铝。从图中可以看出，曲线之上钢液中优先生成二氧化钛，曲线之下钢液中优先生成三氧化二铝。

  冶炼409L铁素体不锈钢过程中，控制TiO2型夹杂物形成的具体措施如下：

（1）AOD还原阶段采取铝还原工艺，控制钢液中铝质量分数大于0.005%，减少冶炼过程中二氧化钛夹杂物的形成。

  (2)  控制炉渣中氧化铁含量，减少炉渣对钛的氧化。

  (3)  控制合理的炉渣成分，使其具有较高的三氧化二铝、二氧化硅，以提高渣中二氧化钛的溶解度。

  (4)  LF炉吹Ar搅拌时避免钢水裸露，防止钢水二次氧化。

  (5)  连铸严格采取保护浇铸措施，防止二次氧化。

  2. 钙处理对氧化镁和三氧化二铝夹杂物的控制

   氧化镁和三氧化二铝夹杂物熔点较高、硬度大，属于D类点状不变形夹杂物，这类夹杂物容易沉积在浸入式水口内部造成水口堵塞。此外，钢中生成大量氧化镁和三氧化二铝夹杂物，会增加含芯氮化钛的生成。409L不锈钢冶炼过程中，为了防止二氧化钛夹杂物形成和降低钢水中氧含量，采用铝脱氧，钢水中很容易形成三氧化二铝夹杂物，三氧化二铝夹杂物与钢水中的氧化镁结合形成氧化镁和三氧化二铝夹杂物，不易被炉渣吸附，因此有必要对其进行钙处理。

  随着置换反应的不断进行，内部氧化镁-三氧化二铝越来越小，外面的xCaO－yAl2O3变得越来越厚。xCaO－yAl2O3型夹杂物熔点较低，容易被炉渣吸附。冶炼409L铁素体不锈钢过程中，控制氧化镁·三氧化二铝型夹杂物形成的具体措施如下：

（1）LF炉喂入硅钙线对氧化镁-三氧化二铝夹杂物进行变性处理。

（2）LF炉增加弱吹时间，促进钢水中夹杂物充分上浮。

  3. 氮化钛型夹杂物的控制

  氮化钛的熔点为1900℃，能够在钢液中析出，氮化钛的析出与钢中钛，氮含量，钢液温度和其他夹杂物的数量等因素有关。氮化钛的析出主要取决于钢中钛及氮含量。

  计算409L不锈钢液中不同温度氮与钛的平衡关系如图所示。从图中可以看出，降低钛、氮含量，可以明显减小氮化钛夹杂物的形成区域。LF炉处理过程中的温度范围一般为1580～1650℃，要避免在LF炉处理过程中产生大量氮化钛夹杂物，就要降低氮含量，从而降低钢水中钛含量。

  409L不锈钢方管原料冶炼过程控制氮含量的具体措施如下：

 （1）AOD冶炼过程全程吹氩。

 （2）AOD出钢前采用氩气清洗钢包。

 （3）LF炉升温过程埋弧操作，防止钢液增氮。

 通过上述措施的实施，409L不锈钢方管表面线鳞缺陷得到了有效控制，线鳞缺陷发生率从改进前的30％降低到了5.5％。

三、结论

（1）409L铁素体不锈钢方管表面发生的线鳞缺陷，是由夹杂物和夹渣物共同引起的。稳定化元素钛与极易氧、氮结合生成二氧化钛、氮化钛等高熔点夹杂物，如在LF炉处理过程中不能充分上浮，连铸过程会恶化结晶器保护渣引起卷渣，导致热轧板表面线鳞缺陷的产生。

（2）通过研究409L含钛不锈钢中二氧化钛、氮化钛、三氧化二铝-氧化镁夹杂物的形成条件和变化规律，提出了具体的改进措施。改进措施实施后，409L不锈钢方管表面线鳞缺陷得到了有效控制，缺陷发生率从改进前的30％降低到了5.5％。