前言
本文作者：颜慧成系钢铁研究总院博士，高级工程师，从事特殊钢冶炼与连铸工艺研究与开发。文章原题目为：奥氏体不锈钢薄带表面起皮分析。摘要：起皮是奥氏体不锈钢薄带常见和最有害的表面缺陷，通过研究不锈钢薄带生产工艺，对炼钢过程进行气体和夹杂物的取样跟踪与分析，认为连铸坯拌有夹渣的皮下孔洞是导致起皮缺陷的主要原因。提高钢水纯净度和浇注过程钢水防止卷渣，是解决该问题的有效途径。案例
冷轧薄带起皮缺陷分析
华南某不锈钢炼钢厂采用“感应炉熔炼--AOD精炼--水平连铸--连铸坯拔皮--加热--轧制卷取--并卷酸洗--修磨--冷轧--成品--退火--成材”工艺流程进行生产，带材规格为0.3~1.5mm厚，mm宽，投产初期，奥氏体不锈钢薄带表面起皮严重影响正常生产。
带材的表面质量一直是冶金工作者研究的重要课题，不锈钢带材的表面质量有大量的研究报道，但由于各企业工艺和设备的差异，使得这些问题有各自的特点。
本文结合该企业不锈钢生产工艺特点，剖析冷轧薄带起皮缺陷成因，跟踪分析炼钢与连铸过程的质量特征，指出坯料的准备工艺是解决薄带起皮缺陷的关键。
缺陷特征
MnSiAlCrZr等元素成分高
投产初期不锈钢，薄带的主要表面缺陷为起皮（如图1所示）最严重时月统计缺陷带占总量的34%，起皮缺陷长短不一，长达数米，短则数十毫米，宽窄不同，颜色发白，严重者能撕开。
图1：薄带表面起皮缺陷照片
将冷轧带起皮撕开后露出夹杂物，其形态及扫描电镜下EDS分析谱线（见图2半；定量成分见表1）其中Mn、Si、Al、Cr、Zr、等元素成分高，清洗后有时还保留铬的氧化物，表明夹杂物是起皮的重要原因。
表1：起皮位置夹杂物成分缺陷成因
起皮缺陷的成因分析
针对起皮缺陷下明显的夹杂特征，研究重点放在轧制原料即坯料质量上。首先对连铸坯进行质量分析；然后对炼钢生产工艺和过程取样进行跟踪分析，确定缺陷产生的原因。连铸坯质量剖析在国内当前水平下，不锈钢连铸坯修磨是轧制前的必要工序，该厂的不锈钢水平连铸坯经人工研磨后，发现皮下夹渣主要有两种：金属珠和夹渣，绝大多数出现在上表面，有时侧面也存在。
图2：表面起皮的分析
（图3）是皮下金属珠的典型照片，直径Φ2~6mm不等，研磨后的金属珠露出金属光泽，和基体存在明显的界限，界限处有时局部和基体相接，界限中夹杂主要为Mg、Fe的铝硅酸盐，Ca、Mg的铝硅酸盐，Cr、Fe硅酸盐等。
常存在伴有夹杂的孔洞，将（图3）试样超声清理，后进行扫描电镜分析，金属珠成分与基体成分一致，和基体相接处发现孔洞（图4）孔洞，孔洞边沿黑粒处夹杂主要为氧化铝成分（图5）
图3：连铸坯皮下的金属珠
图4：金属珠与基体间隙中的空洞与夹杂
图5：夹杂的SEM谱线
另一种夹渣呈白色，在取样、制样过程中容易脱落，剩下小圆形孔洞，这些夹杂基本为含有Ca、Al、Cr、Si等成分的复合夹杂，有时含有K、Cl、Zr等成分。
连铸坯皮下夹杂特征与薄带缺陷存在较大的一致性，为追究根源，对冶炼和连铸过程进行了跟踪取样分析。
炼钢过程取样分析根据薄带与连铸坯缺陷状况，对一个浇次（炉号~共7炉）取过程样，分析炼钢与连铸过程气体含量与夹杂物特点。
1
钢中气体
将吊桶处理干净后，取过程样，分析气体含量，结果见(表2)，表明:
1
每炉氧含量不稳定，但是总体较高，成品[O]含量在80~ppm之间，[N]含量没有异常；
2
从各工位结果表明，N含量从成品到中包增大，然后基本不变，说明大包浇注时钢水得不到有效保护；
3
从过程[O]含量分析，感应炉内样和兑钢样[O]低是因为C、Si高的原因；还原样[O]最高说明扩散脱氧没有完成，等待造精炼渣继续脱氧；成品样[O]比还原样降低，中包样有增加也有减少的，随后液面下降仍逐渐减少，说明钢水含有大量夹杂物，大包夹杂物的影响已经大于敞开浇注二次氧化对钢水的影响，并且中包内夹杂物一直处在缓慢上浮过程中。
（表2）气体分析结果ppm2
钢中夹杂物
在同一炉中，从感应炉出钢、还原期、成品出钢、中包、连铸坯各工序取样，采用扫描电镜分析夹杂物特征，分析结果见（表3）
表3炼钢过程夹杂物变化特征（图6）炉中包液面低于mm时钢液中夹杂物样（K、P、S、Cl高）
（图7）炉连铸坯典型Al2O3夹杂形状与成分
（图8）炉连铸坯大型夹杂（Cr、Mn、Si、Ca、高）
3
夹杂物分析结果表明
1
炉从兑钢、成品和连铸坯的夹杂物中都发现有Cl的存在。分析Cl可能来源于炼钢原料、返回料中。、、炉中成品样中包样夹杂中均发现Zr说明大包内钢水夹杂中含有Zr氧化物这些说明钢水有待进一步净化
2
中包连铸坯夹杂样中均发现K，K来源于中包覆盖渣，说明中包覆盖渣已经卷进了钢水。
3
过程取样连续存在颗粒大于50μm的大型夹杂，成分特点与薄带起皮缺陷下夹杂成分基本照应，薄带起皮缺陷与炼钢和连铸过程夹杂物关系密切。
工艺分析
形成夹杂与孔洞的工艺因素分析
皮下夹渣根据金属颗粒被镶嵌于皮下的形貌（大多表现为圆形颗粒）和金属颗粒周边的氧化物夹杂分析结果，分析缺陷产生原因为：1
钢水从AOD进入大包，进行钢、渣混冲，底吹氩弱搅拌时间严重不足，钢中渣在不到2分钟内难以上浮钢水液面上，部分钢渣被带进了中间包内。
2
当大包内钢水短时间内（3~5分钟）浇入中间包时，由于钢水不保护落差高，钢水内卷入空气，导致部分分散的钢水液滴表面形成一层Cr、Fe的氧化物，这种氧化物熔点高，由于包裹液滴并且周围吸附一层氧化物夹杂，使得这种夹渣密度大，难以上浮。
3
形成的渣粒在换包时的剧烈搅拌下，在较长一段时间内会影响连铸坯质量，并且越往后积累越多，尤其最后一包钢水在中间包低液位下基本上富集了这种颗粒，易导致本炉恶化。
皮下孔洞从实际操作与取样结果分析，这种与夹渣有关的孔洞产生原因有两种：换包期间卷气与浇注过程钢水增碳。1
由于矩形坯水平连铸采用圆形中包，中包液位在mm时大包短时间内阵性浇注。中包内夹杂没有上浮时间和条件，大包的底液位浇注更恶化了中包内钢水镇静状态，旋涡卷入气体和渣，造成质量恶化，这与出现的换包期间钢坯质量恶化的现象是相符的。
2
由于中间包覆盖渣使用炭化稻壳和含碳很高（黑渣含碳34%）的覆盖渣，大包换包时卷入的可能性极大，从抽样分析的、两炉成品样与连铸坯增碳情况（表4）说明碳确实混进了钢水，同时钢水氧含量较高，C-O反应生成CO形成气泡。
表4：过程增碳分析C%结论
1
跟踪取AOD出钢中包钢水、连铸坯缺陷样、发现含有S、Cl、Zr等元素的夹杂物与薄带起皮缺陷夹杂成分基本一致，坯料夹杂物是薄带起皮缺陷的基本原因；
2
连铸坯皮下富集夹杂的孔洞是造成不锈钢起皮的直接原因；
3
大包吹氩弱搅拌、中包液面控制与稳定是防止产生皮下带渣孔洞、防止薄带起皮缺陷的重要措施。
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