1、 316L不锈钢板坯金相组织和夹杂物分析收稿日期： 2012 -10 -14 收到初稿， 2012 -12 -10 收到修订稿 。作者简介： 田矫健 （ 1977 -），男，工程师，主要从事 316L 不锈钢产品的开发工作 。E-mail ： 通讯作者： 陈兴润，男，硕士 。E-mail ： 田矫健，潘吉祥，陈兴润，王建新（酒钢集团天风不锈钢有限公司，甘肃嘉峪关 735100）摘要： 不锈钢铸坯内部质量直接影响着最终产品的表面质量和力学性能 。对 316L 奥氏体不锈钢板坯中金相组织和夹杂物进行了检测分析 。结果表明： 316L 不锈钢铸坯的表层残留铁素体呈骨骼状分布，角部晶粒细小；铸坯中心残
2、留铁素体相比较分散，呈条状或不连续骨架形式分布；铸坯三角区铁素体含量最高为 15.17% ，明显高于其他部位；铸坯中夹杂物都呈现为球状，类型为 A12O3-MgO-CaO-SiO2；三角区 510 m的夹杂物数量多，心部试样以 05 m的夹杂物为主 。关键词： 316L 奥氏体不锈钢；金相组织；夹杂物；残留铁素体中图分类号： TF771 文献标识码： A 文章编号： 1001 -4977 （ 2013 ） 03 -0199 -04TIAN Jiao-jian, PAN Ji-xiang, CHEN Xing-run, WANG Jian-xin（ Jiuquan Iron and Steel
3、Group Corporation, Tianfeng Stainless Steel Co., Ltd., Jiayuguan 735100, Gansu, China ）Analysis on Microstructure and Inclusions of 316LAustenitic Stainless Steel SlabA b s t r a c t ： The internal quality of stainless steel slab is an important factor that influences surface quality andmechanical p
4、roperties of cold rolled products. A comparison analysis was made on the microstructure andinclusions of316Laustenitic stainless steel slab. The results show that the morphologyof residual ferrite in thesurfacelayerisskeletal,thecornerspecimenhavesmallgrain.Themorphologyofresidualferriteinthecenteri
5、sstriation or discontinuous skeletal shape, distributing dispersedly. The ferrite amount of the triangle area issignificantlyhigherthantheotherpartsoftheslabupto15.17%.ThesphericalA12O3-MgO-CaO-SiO2inclusionisthe main inclusion in the 316Laustenitic stainlesssteel slab. The triangle area have more 5
6、-10 m inclusionsthanotherpartsoftheslab,andtheinclusionsizeofthecoresectionismostly0-5 m.K e y w o r d s ： 316L austenitic stainless steel; microstructure; inclusions; residual ferrite316L 是含 Mo 奥氏体不锈钢，与 304 不锈钢相比，Mo 合金的加入使 316L 不锈钢具有良好的耐稀硫酸 、磷酸以及耐各种有机酸的性能，广泛应用于石油化工 、压力容器等行业1 -3。316L 不锈钢铸坯内部质量直接影响最终
7、产品的表面质量和力学性能 。其中，凝固组织铁素体含量多少直接决定其热加工性能和表面质量 。若铁素体含量控制不佳，会直接造成热加工过程中的边裂和表面线缺陷4；而板坯中夹杂物形貌和分布直接影响到后续冷轧产品表面线鳞缺陷的发生5。因此，对316L 奥氏体不锈钢板坯中金相组织和夹杂物进行检测分析，了解板坯中不同部位铁素体含量和夹杂物形貌及分布，以期为 316L 奥氏体不锈钢产品质量的控制提供参考 。1 试 验 方 法316L 奥氏体不锈钢的化学成分见表 1 。对 316L 奥氏体不锈钢连铸坯进行低倍组织观察，侵蚀剂为稀盐酸溶液，见图 1 。在低倍组织上按图 1 切取试样，试样尺寸 20 mm 20 m
8、m 20 mm 。试样经预磨 、抛光后采用金相显微镜观察夹杂物形貌和大小；观察完夹杂物后，对试样进行腐蚀 （稀盐酸加三氯化铁水溶液），用光学显微镜观察金相组织，并用其测量软件对钢中铁素体含量进行测定 。2 试 验 结 果2 . 1 板 坯 中 不 同 部 位 金 相 组 织316L 奥氏体不锈钢连铸坯不同部位金相组织如图 2表 1 316L奥氏体不锈钢的化学成分Table 1 Chemical composition of 316L austenitic stainless steelwB/%C0.03Si0.40.6Mn1.31.5P0.035S0.002Ni10.010.2Cr16.416
9、.8Mo2.02.2N0.03Mar. 2013Vol.62 No.3铸 造FOUNDRY 199 所示，从图中可以看出不同部位铁素体含量和形貌不同 。1 号试样中的铁素体晶粒呈骨架状分布，晶粒细小，用光学显微镜自带的测量软件测得铁素体含量为15.17% 。2 号试样和 3 号试样中铁素体呈条状或不连续骨架形式分布，高温铁素体分布比较分散，铁素体含量分别为 14.22% 和 11.80% 。4 号试样中的铁素体晶粒呈骨架状分布，测得铁素体含量最低为 10.483% ，见图 3 。316L 在凝固的过程中首先析出铁素体，即为先铁素体凝固模式 。不同部位铁素体含量和形貌跟冷却速度有很大关系 。1
10、号试样为铸坯的角部，冷却速度最图 1 316L 奥氏体不锈钢连铸坯的低倍组织Fig. 1 Macrostructure of 316L austenitic stainless steel slab（ a） 1 号试样（ b） 2 号试样（ c） 3 号试样（ d） 4 号试样图 2 316L 连铸坯不同部位金相组织：Fig. 2 The microstructures of 316L slab in different positionFOUNDRYMar. 2013Vol.62 No.3200 大 ，晶粒以柱状晶形式迅速生长，晶粒尺寸较小 。首先析出的高温铁素体来不及相变，大部分保留下来，
11、因此铁素体含量最高 。远离表面的 2 号试样和 3 号试样冷却速度慢，冷却过程中一部分高温铁素体发生相变转变为奥氏体；而另一部分则反应不能充分完成，仍然有少量高温铁素体相保留到室温 。因为它原为树枝晶主轴或二 、三次轴中心部位，保留下来的高温铁素体相就呈条状或不连续骨架形式分布6。2 号试样铁素体含量比 3 号试样高，主要原因为 316L 板坯中柱状晶十分发达，而柱状晶生长过程中是以逐层凝固的方式，固液界面几乎呈平面方式向前推进，金属凝固不断地排出溶质元素，因为铬的偏析系数为正值，在开始结晶的固相中铬含量低，后凝固的固相中铬含量高，这样导致连铸坯中铁素体分布不均匀 。2 号试样为连铸板坯窄边和
12、宽边两个方向生长的柱状晶交接处， 3 号试样为连铸板坯宽边柱状晶的交接处，因此 2 号试样组织中铁素体含量比 3 号试样高 。2 . 2 板 坯 中 不 同 部 位 夹 杂 物对板坯中不同部位典型夹杂物的类型和成分进行分析，如图 4 和表 2 所示 。从图 4 中可以看出，所观察到的夹杂物都呈现为球状，这说明夹杂物在钢液的凝固过程中已经形成，由于钢液表面张力的作用而呈现球状 。所有夹杂物尺寸都小于 10 m 。对连铸坯中存在的夹杂物进行了能谱分析，发现夹杂物主要包含 Si 、Ca 、Al 、Mg 和 O 元素，因此夹杂物类型为 A12O3-MgO-CaO-SiO2。这种夹杂物的产生主要是由于在
13、 316L 冶炼过程中采用硅铁和少量铝脱氧，产生的夹杂物在比较粘稠的 316L钢液中没有充分时间上浮而存留于钢液中 。在光学显微镜下观察上述 4 个试样，每个试样看 30个视场，统计视场中夹杂物数量和大小，结果如图 5 所示 。从图中可以看出， 316L 板坯三角区 510 m 的夹杂物比较多，中部试样以 05 m 的夹杂物为主 。3 分 析 讨 论316L 板坯中局部铁素体含量高，导致其局部塑性降低，在热轧过程中容易产生微裂纹 。当这种微裂纹裸露轧制坯料的表面上，微裂纹的内表面将会发生氧化，生成氧化铬和氧化铁的氧化膜，而这种微裂纹中的氧化膜在热轧除鳞和酸洗过程中将不可能去除，因此在冷轧过程中
14、这种被氧化的表面微裂纹进一步被延伸，形成较长的缺陷 。同时， 316L 板坯中脆性夹杂物可以引起各种缺陷如降低表面质量 、抛光性变差 、降低抗腐蚀性能和一些异常情况 、线性以及分层缺陷 。从上面的试验结果可以看出，铸坯三角区铁素体含量最高为 15.17% ，明显高于其他部位 。三角区夹杂物类型主要为 A12O3-MgO-CaO-SiO2，三角区 510 m的夹杂物数量多 。因此，要提高 316L 奥氏体不锈钢最终产品质量，就要控制板坯三角区铁素体含量 、夹杂物类型和尺寸 。具体措施为： 优化成分，降低板坯中铁素体含量，主要从提高奥氏体形成元素含量或者降低铁素体形成元素含量来控制； 投入电磁搅拌
15、，降低三角区长度和板坯中成分偏析； LF 炉喂入硅钙线，为有效去除钢中 A12O3-MgO-CaO-SiO2脆性夹杂物，可采用 Ca 处理技术，即添加硅钙线可将钢液中的高熔图 3 316L 不同试样中铁素体含量Fig. 3 The ferrite amount of different specimen图 4 316L 板坯中典型夹杂物形貌Fig. 4 Typical morphology of the inclusion in 316L slab表 2 316L不锈钢铸坯中夹杂物的成分Table 2 Chemical composition of inclusions in 316L sla
16、b wB/%夹 杂12O43.5952.02Mg17.7018.17Al8.4014.12Si16.8211.43Ca13.494.26图 5 316L 板坯中不同部位夹杂物尺寸和数量Fig.5 The size and quantity of the inclusions in different position铸造 田矫健等：316L不锈钢板坯金相组织和夹杂物分析2 01 （ 上接第 198 页 ）由上表可以看出，在 850 条件下， 001 取向薄壁圆管的拉伸性能比同条件圆柱试棒的拉伸性能高10.3% ；在 900 条件下， 001 取向薄壁圆管的拉伸性能比试棒的拉伸性能高 10.2%
17、 ；而在 980 下，薄壁圆管的拉伸性能比试棒高 8.9% 。这表明 001 取向薄壁圆管试样不同温度下的极限强度均高于圆柱试棒 。由此看来，试样结构对其力学性能的影响较小，而试验温度对其性能的影响更显著 。3 结 论（ 1） 在相同变形条件下， 001 取向 6.0 mm 薄壁圆管的极限强度比 7.0 mm 高 6.7% ；这表明温度对其性能的影响不显著 。（ 2） 在相同变形条件下， 001 取向薄壁圆管的拉伸性能比同条件圆柱试棒的拉伸性能高 9.8% ；这表明试样结构形状在一定程度上影响了其力学性能 。（ 3） 试样结构对其性能的影响不显著，而试验温度与拉伸速率对其力学性能的影响较为显著
18、 。参考文献：1 Merie L ， Poubanlie P ， Cailletaud G. Single crystal modeling ofstructural caleulations ： partl-model presentation J. ASME Journalof Engineering Material and Technology ， 1991 ， 113 ： 162 -170.2 Hou N X ， Wen Z X ， Yue Z F. Tensile and fatigue behavior ofthin-walled cylindrical specimens un
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24、晶粒细小；铸坯中心残留铁素体相比较分散，呈条状或不连续骨架形式分布；铸坯三角区铁素体含量最高为 15.17% ，明显高于其他部位 。（ 2） 铸坯中夹杂物都呈现为球状，类型为A12O3-MgO-CaO-SiO2；三角区 510 m 的夹杂物数量多，心部试样以 05 m 的夹杂物为主 。（ 3） 采取有效措施，可以控制板坯三角区铁素体含量 、夹杂物类型和尺寸 。参考文献：1 Venugopal S ， Mannan S L ， Prasad Y V R K. Optimization of coldand warm workabilityin stainlesssteel typeAISI316
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