超纯铁素体不锈钢表面白色条纹缺陷形成机理研究
文章来源：不锈钢管
作者：外链代发
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2022-06-13 08:28:34
超纯铁素体不锈钢中的白色条纹缺陷是指在含Ti超纯铁素体不锈钢冷轧板表面出现的大量宽0.5~1.5mm、长0.2~1.0m的白亮色条纹。本文通过SEM-EDS检测手段对白色条纹缺陷进行了观测，发现白色条纹缺陷的产生与冷轧板表面形成的大量TiN夹杂物富集有关。通过自动扫描电镜Aspex观测与统计连铸坯、热轧板和冷轧板表面TiN夹杂物的分布，发现在连铸坯、热轧板和冷轧板表面均有TiN夹杂物沿拉坯方向或轧制方向的局部富集现象，并且在冷轧板表面白色条纹缺陷位置与TiN夹杂物的富集位置相一致。由此认为超纯铁素体不锈钢中的白色条纹缺陷的形成机理为：在连铸坯表面生成的大量TiN夹杂物在局部富集，在热轧过程中局部富集的TiN夹杂物将被轧制延伸，而冷轧过程中富集的TiN夹杂物将暴露于冷轧板表面，并且促使冷轧板表面形成凹坑和褶皱状的轧制痕迹，从而使得在含Ti超纯铁素体不锈钢冷轧板表面出现大量的白亮色条纹，即形成白色条纹缺陷。
超纯铁素体不锈钢作为一种以铬为主要合金元素的钢种，具有含镍不锈钢所具有的成型性、耐蚀性、抗氧化性等性能，同时由于成本低、耐应力腐蚀性能优异等显著特点，被称为经济型不锈钢，而被广泛的应用于电梯面板、建筑装饰和汽车排气系统等领域。
在超纯铁素体不锈钢生产过程中，为了有效固定不锈钢中的C、N元素，Ti元素常常作为合金元素而被大量加入。如果控制得当，生成的TiN夹杂物将作为铁素体异质形核的核心，促进等轴晶的生长，同时还能起到细化晶粒、沉淀强化等作用。然而，如果控制不当，在连铸坯表面生成大量的TiN夹杂物，将严重影响冷轧板的表面质量，如导致白色条纹缺陷等。对超纯铁素体不锈钢连铸坯中TiN夹杂物分布的研究结果表明，沿连铸坯厚度方向由表层到内部TiN夹杂物的数量密度减少而平均尺寸增大，特别是在连铸坯的表层有大量的小尺寸TiN夹杂物。本文通过对超纯铁素体不锈钢连铸坯、热轧板和冷轧板表层TiN夹杂物分布进行观测分析，研究了白色条纹缺陷的形成机理。
1白色条纹缺陷的表征
超纯铁素体不锈钢表面的白色条纹缺陷是指在含Ti超纯铁素体不锈钢冷轧板表面出现的大量白亮色条纹，其尺寸大约为宽0.5~1.5mm、长0.2~1.0m，由于白亮色条纹的产生，将严重影响含钛超纯铁素体不锈钢产品的表面质量，其宏观形貌如图1所示。
通过SEM-EDS检测手段，对白色条纹缺陷进行了观测，图2和图3分别为含Ti超纯铁素体不锈钢冷轧板表面白色条纹缺陷处和无条纹缺陷处的电镜形貌，其中白色颗粒状物质由EDS检测为TiN夹杂物，同时图中的水平方向为轧制方向。对比图2和图3，发现在白色条纹缺陷处富集有大量的TiN夹杂物，并且在冷轧板表面平行于轧制方向出现高低不平褶皱状轧制痕迹，而在无缺陷处TiN夹杂物为分散分布，并且冷轧板表面较为平整。由此认为含Ti超纯铁素体不锈钢冷轧板表面的白色条纹缺陷与冷轧板表面形成的大量TiN夹杂物富集有关。
2连铸坯、热轧板和冷轧板表面TiN夹杂物分布
本研究通过对含Ti超纯铁素体不锈钢生产过程的连铸坯、热轧板和冷轧板表面的TiN夹杂物通过自动扫描电镜Aspex进行观测与统计，探讨了白色条纹缺陷的生成机理。
2.1连铸坯表面TiN夹杂物的分布
在连铸坯表面取一试样，经过粗磨、抛光后，通过自动扫描电镜Aspex观测与统计其中的TiN夹杂物，其结果如图4所示。图中，X轴为连铸坯的宽度方向，Y轴为连铸坯的拉坯方向，不同的颜色代表在不同位置处TiN夹杂物数量密度的不同，红色与橙色代表在该处有TiN夹杂物的富集。可以看到，在X轴为X=12~15的位置出现了TiN夹杂物沿拉坯方向的局部富集现象。
图5所示为通过非水溶液电解方法提取到的铸坯表层TiN夹杂物的三维形貌，可以看到，在铸坯表层含有大量的尺寸约为2~5μm的TiN夹杂物，其形貌多为规则的立方体。这与冷轧板表面的TiN夹杂物相对于，如图2、图3所示。说明冷轧板表面的TiN夹杂物是由连铸坯表面残留的。
2.2热轧板表面TiN夹杂物的分布
同样，取热轧板试样，经过粗磨、抛光后，通过自动扫描电镜Aspex观测与统计其中的TiN夹杂物，其结果如图6所示。图中，X轴为热轧板的宽度方向，Y轴为热轧板的轧制方向，与图4中的X轴、Y轴方向相对应。同样也可以看到，在X轴为X=7~11的位置，TiN夹杂物依然沿轧制方向局部富集。
2.3冷轧板表面TiN夹杂物的分布
取含有白色条纹缺陷的冷轧板试样，并标记其中白色条纹缺陷的位置，经过粗磨、抛光后，通过自动扫描电镜Aspex观测与统计其中的TiN夹杂物，其结果如图7所示。图中，X轴为冷轧板的宽度方向，Y轴为冷轧板的轧制方向，即白色条纹缺陷的延伸方向，同时与图4和图5中的X轴、Y轴方向相对应，标记“白色条纹缺陷的位置为X=4~6的位置，可以看到，在白色条纹缺陷位置附近依然会有TiN夹杂物沿轧制方向局部富集。这与图2所示白色条纹缺陷处有大量TiN夹杂物富集相对应，进一步验证了含Ti超纯铁素体不锈钢冷轧板表面的白色条纹缺陷与冷轧板表面形成的大量TiN夹杂物富集相关。
3形成机理
通过对含Ti超纯铁素体不锈钢生产过程中的连铸坯、热轧板和冷轧板表面TiN夹杂物分布的观测和统计发现，在连铸坯、热轧板和冷轧板表面均有大量的TiN夹杂物沿拉坯方向和轧制方向的局部富集，这是导致含Ti超纯铁素体不锈钢中白色条纹缺陷产生的主要原因。其形成机理为：
（1）在连铸过程中，一方面由于结晶器内的快速冷却，将会在连铸坯表面生成大量的TiN夹杂物，另一方面由于在结晶器内气隙的不均匀分布，使得结晶器内的冷却不是完全均匀的，从而使得TiN夹杂物在连铸坯表面产生局部的大量富集，如图4所示。
（2）富集在连铸坯表面的大量的TiN夹杂物如果不能得到恰当的控制，在热轧过程中将会继续沿着轧制方向富集，并且呈长条状分布，如图5所示。
（3）在冷轧过程中，热轧板表面沿轧制方向富集的TiN夹杂物继续沿轧制方向延伸和富集，如图6所示，富集的TiN夹杂物一方面将暴露于冷轧板表面，形成凹坑，另一方面将导致冷轧过程轧板表面的受力不均，从而形成明显的褶皱状轧制痕迹，如图2所示。
（4）由于冷轧板表面出现大量TiN夹杂物、凹坑以及的明显的褶皱状轧制痕迹，将使得在含Ti超纯铁素体不锈钢冷轧板表面出现大量的白色条纹，即形成白色条纹缺陷。图8显示了白色条纹缺陷的形成机理。
超纯铁素体不锈钢作为一种以铬为主要合金元素的钢种，具有含镍不锈钢所具有的成型性、耐蚀性、抗氧化性等性能，同时由于成本低、耐应力腐蚀性能优异等显著特点，被称为经济型不锈钢，而被广泛的应用于电梯面板、建筑装饰和汽车排气系统等领域。
在超纯铁素体不锈钢生产过程中，为了有效固定不锈钢中的C、N元素，Ti元素常常作为合金元素而被大量加入。如果控制得当，生成的TiN夹杂物将作为铁素体异质形核的核心，促进等轴晶的生长，同时还能起到细化晶粒、沉淀强化等作用。然而，如果控制不当，在连铸坯表面生成大量的TiN夹杂物，将严重影响冷轧板的表面质量，如导致白色条纹缺陷等。对超纯铁素体不锈钢连铸坯中TiN夹杂物分布的研究结果表明，沿连铸坯厚度方向由表层到内部TiN夹杂物的数量密度减少而平均尺寸增大，特别是在连铸坯的表层有大量的小尺寸TiN夹杂物。本文通过对超纯铁素体不锈钢连铸坯、热轧板和冷轧板表层TiN夹杂物分布进行观测分析，研究了白色条纹缺陷的形成机理。
1白色条纹缺陷的表征
超纯铁素体不锈钢表面的白色条纹缺陷是指在含Ti超纯铁素体不锈钢冷轧板表面出现的大量白亮色条纹，其尺寸大约为宽0.5~1.5mm、长0.2~1.0m，由于白亮色条纹的产生，将严重影响含钛超纯铁素体不锈钢产品的表面质量，其宏观形貌如图1所示。
通过SEM-EDS检测手段，对白色条纹缺陷进行了观测，图2和图3分别为含Ti超纯铁素体不锈钢冷轧板表面白色条纹缺陷处和无条纹缺陷处的电镜形貌，其中白色颗粒状物质由EDS检测为TiN夹杂物，同时图中的水平方向为轧制方向。对比图2和图3，发现在白色条纹缺陷处富集有大量的TiN夹杂物，并且在冷轧板表面平行于轧制方向出现高低不平褶皱状轧制痕迹，而在无缺陷处TiN夹杂物为分散分布，并且冷轧板表面较为平整。由此认为含Ti超纯铁素体不锈钢冷轧板表面的白色条纹缺陷与冷轧板表面形成的大量TiN夹杂物富集有关。
2连铸坯、热轧板和冷轧板表面TiN夹杂物分布
本研究通过对含Ti超纯铁素体不锈钢生产过程的连铸坯、热轧板和冷轧板表面的TiN夹杂物通过自动扫描电镜Aspex进行观测与统计，探讨了白色条纹缺陷的生成机理。
2.1连铸坯表面TiN夹杂物的分布
在连铸坯表面取一试样，经过粗磨、抛光后，通过自动扫描电镜Aspex观测与统计其中的TiN夹杂物，其结果如图4所示。图中，X轴为连铸坯的宽度方向，Y轴为连铸坯的拉坯方向，不同的颜色代表在不同位置处TiN夹杂物数量密度的不同，红色与橙色代表在该处有TiN夹杂物的富集。可以看到，在X轴为X=12~15的位置出现了TiN夹杂物沿拉坯方向的局部富集现象。
图5所示为通过非水溶液电解方法提取到的铸坯表层TiN夹杂物的三维形貌，可以看到，在铸坯表层含有大量的尺寸约为2~5μm的TiN夹杂物，其形貌多为规则的立方体。这与冷轧板表面的TiN夹杂物相对于，如图2、图3所示。说明冷轧板表面的TiN夹杂物是由连铸坯表面残留的。
2.2热轧板表面TiN夹杂物的分布
同样，取热轧板试样，经过粗磨、抛光后，通过自动扫描电镜Aspex观测与统计其中的TiN夹杂物，其结果如图6所示。图中，X轴为热轧板的宽度方向，Y轴为热轧板的轧制方向，与图4中的X轴、Y轴方向相对应。同样也可以看到，在X轴为X=7~11的位置，TiN夹杂物依然沿轧制方向局部富集。
2.3冷轧板表面TiN夹杂物的分布
取含有白色条纹缺陷的冷轧板试样，并标记其中白色条纹缺陷的位置，经过粗磨、抛光后，通过自动扫描电镜Aspex观测与统计其中的TiN夹杂物，其结果如图7所示。图中，X轴为冷轧板的宽度方向，Y轴为冷轧板的轧制方向，即白色条纹缺陷的延伸方向，同时与图4和图5中的X轴、Y轴方向相对应，标记“白色条纹缺陷的位置为X=4~6的位置，可以看到，在白色条纹缺陷位置附近依然会有TiN夹杂物沿轧制方向局部富集。这与图2所示白色条纹缺陷处有大量TiN夹杂物富集相对应，进一步验证了含Ti超纯铁素体不锈钢冷轧板表面的白色条纹缺陷与冷轧板表面形成的大量TiN夹杂物富集相关。
3形成机理
通过对含Ti超纯铁素体不锈钢生产过程中的连铸坯、热轧板和冷轧板表面TiN夹杂物分布的观测和统计发现，在连铸坯、热轧板和冷轧板表面均有大量的TiN夹杂物沿拉坯方向和轧制方向的局部富集，这是导致含Ti超纯铁素体不锈钢中白色条纹缺陷产生的主要原因。其形成机理为：
（1）在连铸过程中，一方面由于结晶器内的快速冷却，将会在连铸坯表面生成大量的TiN夹杂物，另一方面由于在结晶器内气隙的不均匀分布，使得结晶器内的冷却不是完全均匀的，从而使得TiN夹杂物在连铸坯表面产生局部的大量富集，如图4所示。
（2）富集在连铸坯表面的大量的TiN夹杂物如果不能得到恰当的控制，在热轧过程中将会继续沿着轧制方向富集，并且呈长条状分布，如图5所示。
（3）在冷轧过程中，热轧板表面沿轧制方向富集的TiN夹杂物继续沿轧制方向延伸和富集，如图6所示，富集的TiN夹杂物一方面将暴露于冷轧板表面，形成凹坑，另一方面将导致冷轧过程轧板表面的受力不均，从而形成明显的褶皱状轧制痕迹，如图2所示。
（4）由于冷轧板表面出现大量TiN夹杂物、凹坑以及的明显的褶皱状轧制痕迹，将使得在含Ti超纯铁素体不锈钢冷轧板表面出现大量的白色条纹，即形成白色条纹缺陷。图8显示了白色条纹缺陷的形成机理。
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