1 前言

某厂2018年上半年质量异议退货重量合计2253t，按目前该厂每月平均5万t左右的产能估算，质量缺陷导致的退货重量占总产量的0.75%。其中冶炼连铸生产导致的退货重量合计952t，占比总退货重量的42%，主要为裂纹、脱皮、坑点、麻点、碎边等质量问题。

结合此次该厂冷轧横裂纹质量缺陷产生的原因分析，为减少钢液洁净度导致的热冷轧板带产品质量异议量，对该厂当前AOD精炼、LF精炼、连铸工序的生产工艺进行系统调研并对冶炼过程密集取样分析钢液成分中Al含量变化，研究氧化铝夹杂物的来源。进而提出降低氧化铝夹杂工艺优化措施，可望提高钢液洁净度和提升产品质量。本文进行总结。

2 生产工艺

该厂现采用新型一步法冶炼工艺：初炼炉低镍铁水（30t/每炉）+低镍生铁+高碳铬+废钢+其他合金料→AOD精炼（化钢、脱碳、脱硫、合金化）→LF炉（升温、脱氧、均匀温度成分）→连铸，冶炼周期约90分钟。连铸为双流板坯连铸机6m弧形连铸机，常规生产断面为：640×150mm和715×150mm，铸机设计最大生产段面为800×150mm。

黑皮卷客户轧制工艺为黑皮卷→固溶处理连续退火酸洗线→白皮卷→压延（2至3台单机架冷轧机）→光亮退火→分条重卷→外销或制管（方管或圆管）。严重的在第一、二道次（压下率约30%）压延时即开裂，轻微的在第四、五道次压延时裂纹慢慢暴露。

3 缺陷分析

针对该厂冷轧板横裂纹缺陷，对缺陷样品进行宏观分析、化学成分、金相组织、断口扫描电镜能谱分析及X射线衍射分析。

3.1 宏观分析

冷卷表面存在数量较多的裂纹，部分裂纹尺寸较大，部分裂纹尺寸较小，单个裂纹扩展方向呈横向。横裂纹分布于钢卷的头中尾各位置，中间部位产生裂纹数量较多，裂纹呈密集状，裂纹长度10～100mm，均为横向扩展裂纹，较大尺寸横裂纹的宏观形貌如图1所示。

图1 缺陷样品裂纹宏观形貌

3.2 成分化验

对出现横裂纹的钢卷，在正常部位取样做光谱成分分析，结果如表1所示，化学成分均符合内控标准控制要求。

表1 化学成分，w/%

3.3 微观分析

在裂纹处取样进行金相检测，裂纹两侧及延伸位置均可观察到很多极为细小的夹杂物，近裂纹表面可观察到较多未扩展的微小裂纹，微裂纹处存在较多细小的夹杂物，如图3、图4所示。试样基体可观察到尺寸较大的B类夹杂物，如图5所示。用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对试样缺陷截面形貌分别进行观察和能谱分析^[1]。裂纹缺陷区域细小夹杂物的能谱分析结果含有较高的O、Al元素，如表2所示，夹杂物为大颗的氧化铝夹杂物。

 图2 裂纹截面深度及形貌                         图3 裂纹处细小夹杂物

图4 裂纹处细小夹杂物                        图5 裂纹处夹杂物能谱结果

表2 夹杂物能谱分析

通过横裂纹缺陷试样的微观分析，横裂纹产生的主要原因为钢水不纯净，氧化铝夹杂易在夹杂物与钢基体界面形成微裂纹，在轧制过程中裂纹慢慢扩展长大，从而导致钢卷出现横裂纹缺陷。

4 夹杂物来源分析

该厂目前采用硅脱氧冶炼，严格避免铝的来源，为研究分析此次造成钢卷横裂纹的氧化铝夹杂物的来源，对201奥氏体不锈钢冶炼生产过程密集取样，利用光谱仪分析钢液成分中Al含量的变化^[2]。

冶炼生产过程分别在 AOD化钢结束、AOD 氧化脱碳结束、AOD还原结束，LF 进站，中间包位置取样，分析钢液中w[Al]s的变化。同时，对生产奥氏体不锈钢所用的镍铁水、低镍生铁、石灰、高铬锰铁、硅铁及硅锰合金等物料进行了取样分析。通过对合金取样化验分析可得，AOD入炉原料中含铝物料主要为硅铁、硅锰合金，其中硅铁合金中Al含量为1.89%，硅锰合金中Al含量为0.68%。

60tAOD炉冶炼化钢过程中硅铁合金加入量为266Kg，相对于加入了5Kg的金属铝，可使钢液增Al量达84×10^－4 %。AOD还原开始时，硅锰合金加入量为2303Kg，相对于加入了15.7Kg的金属铝，可使钢液增Al量达262×10^－4 %。

图6 冶炼过程中钢液w[Al]s的变化

整个冶炼过程钢液中的w[Al]s成分变化如图6 所示。冶炼过程中，钢液中[Al]s含量整体呈上升趋势。由于化钢过程加入发热剂硅铁合金，化钢结束后，钢液中[Al]s含量达 25×10^－4 %；氧化脱碳结束后，钢液中[Al]s含量略有增加；还原期开始后为脱氧合金化加入大量的硅锰合金，钢液中[Al]s含量出现较大幅度的增加达40×10^－4%；AOD出钢至LF精炼结束过程，由于出钢过程钢水二次氧化，钢液中[Al]s含量略有降低为36×10^－4%，此后基本保持不变。由此可知，含铝合金硅铁、硅锰的加入可能是钢中[Al]s含量上升的主要原因^[3]。

5 结论

通过对该厂冷轧板横裂纹缺陷和冶炼过程氧化铝夹杂物来源的分析，同时结合冶炼生产工艺实际，为控制钢中氧化铝夹杂物数量，提高钢液洁净度，提升产品质量，得出以下结论并提出几点工艺优化措施：

(1) 冷轧板带横裂纹产生的主要原因为炼钢工序钢液不纯净，高熔点不易变形的氧化铝夹杂物较多，同时钢液未进行钙处理，钢液吹氩镇静时间不足，造成大颗粒氧化铝进入铸坯，在轧制过程中裂纹扩展造成大尺寸横裂纹。

(2) 加强铁合金原料的检化验，增加单车抽检份样，从不同包装件逐一采取，每袋分层次、分层面的方式布点采样，从原料上降低铝入炉量，控制钢中氧化铝夹杂物数量。

(3) 出钢过程强化钢液脱氧，硅钙粉由0.55kg/t增加到1.2kg/t，增加钢水钙处理工艺对夹杂物进行变性改善夹杂物形态，同时加强LF吹氩控制确保钢水足够镇静时间10min以上，促进夹杂物上浮和去除。

(4) 连铸过程采用全程保护浇铸工艺，钢包套管与浸入式下水口进行吹氩保护，中间包用覆盖剂完全覆盖钢液面，防止钢液污染和二次氧化。拉速稳定控制在1.0~1.2m/min，结晶器液面波动控制在±2mm范围内，有效降低卷渣风险，保证钢液洁净度。

参考文献

1 陈茂敬，岳好明，亓俊鸿. J4不锈钢热轧板冷轧横裂原因分析. 中国重型装备，2010（01）：41-43+462 

2 潘世华，任英. 奥氏体不锈钢中Al2O3夹杂物的控制. 宝钢技术，2016（01）：9-13

3 李双江，李阳，姜周华，李伟坚. 304奥氏体不锈钢夹杂物的冶金行为. 东北大学学报(自然科学版)，2010，31（03）：402-405