2205双相不锈钢热轧裂边成因分析与改善

刘文华，徐向东，方剑锋

（鞍钢联众（广州）不锈钢有限公司，广东 广州 510000）

2205双相不锈钢兼具奥氏体和铁素体不锈钢特性，具有高强度、高耐蚀性以及焊接性良好的特点，广泛应用于石油化工、海洋工程、造纸、发电厂等领域[1]。2205双相不锈钢热轧裂边深度正常都在5 mm以内，但近期热轧生产的2205钢卷，出现了批量裂边问题，裂边降级率达到40%，普遍裂边深度超过10 mm，严重裂边深度可达30~50 mm，缺陷形态如图1所示，裂边缺陷严重影响了产品质量，增加后续处理成本。通过分析热轧裂边缺陷原因，提出相应改善措施，2205热轧裂边问题得到了有效解决。

图1 2205钢种裂边缺陷形态

1 热轧裂边原因分析

1.1 裂边样品分析

取2205钢种裂边样品进行试验分析，如图2所示，由裂边金相图看以看出，裂纹横穿两相组织。同时在裂边处进行扫描电镜分析，仅发现锈皮成分，未发现有夹杂物，如图3及表1所示，排除因夹杂物导致裂边产生。

图2 2205钢种裂边金相图

图3 2205钢种裂边扫描电镜形貌

表1 2205钢种裂边缺陷扫描电镜分析 %

1.2 制程分析

通过比对裂边率高的炉次与裂边率低的炉次在主要化学成分管控、炼钢连铸工艺以及热轧工艺参数，并未发现存在明显差异，但是在对比其他有害微量元素上，发现了铅含量有较大差异：裂边率高的炉次铅含量较高。为了解铅含量在冶炼过程哪个环节升高，调取炼钢各环节铅含量数据，通过比对可知，铅含量在精炼炉冶炼过程中有明显升高，数据如下页表2所示。

表2 主要化学成分及铅含量比较 %

1.3 铅含量升高原因分析

2205双相不锈钢在精炼炉冶炼过程中会添加萤石、石灰以及其他合金物料，为找到哪种物料导致铅含量偏高，对比了这些裂边率高的炉次精炼炉物料添加数据，如表3所示，通过比对，这些炉次合金物料添加与否与铅含量升高并没有一一对应关系，但是每炉次都会添加石灰和萤石，并且添加量较多，故石灰、萤石含有铅元素的可能性极大，为此针对石灰、萤石物料进行测试，在430钢种中比照2205钢种石灰、萤石添加量，精炼炉分别单独添加石灰和萤石，取样分析添加前后钢液中铅含量变化，发现单独添加萤石后铅含量有明显上升，数据如下页表4所示，故确定铅元素为萤石物料带来，针对厂内现有批次的萤石进行检测分析铅元素，相关萤石批次铅元素检测数据如下页表5，厂家A供货的萤石都普遍存在铅含量很高的情况，而厂家B供货的萤石铅含量非常低，而这批2205裂边严重的这几炉次精练炉所添加的萤石正是厂家A供货的批次。

表3 精炼炉物料添加数据对比

表4 石灰、萤石添加量与铅增量的关系

表5 萤石中铅含量分析

1.4 铅元素导致热轧裂边机理探讨

由氧势图可知，铅元素先于铁被氧化，在冶炼过程中可以通过吹氧来去除，但是由于精炼炉属于精炼工序，没有吹氧功能，故精炼炉添加的萤石中所带来的铅元素很难完全去除而进入钢液，同时铅元素由于熔点低、密度大，在铁中仅能有限溶解，极易在晶界析出、富集，降低了晶界结合力，另外2205双相不锈钢由于热轧过程处于双相轧制，本身材料热塑性一般，再加上铅元素在晶界处偏析、富集，2205钢种热塑性急剧恶化，导致热轧过程中出现裂边情况。

通过以上管控措施，2205双相不锈钢热轧裂边问题得到明显改善，裂边降级比例恢复至正常水平，如表6所示。

表6 2205钢种裂边改善效果%

2 管制措施及改善效果

经与萤石供货商了解，有些萤石原矿半生有铅矿，如图4所示，在后续的处理中无法将铅矿进行分离，导致萤石中铅含量较高，为避免后续2205双相不锈钢等钢种再出现批量裂边情况，制定了以下措施：

图4 半生有铅矿的萤石

1）修订萤石采购规范，把铅含量的要求加入新的采购规范，并将萤石中铅含量分析列入萤石物料验收例行作业。

2）管制2205钢种精炼炉所添加的萤石中铅含量不得超过100×10-6。

3 结论

1）2020年9月份2205双相不锈钢突发批量热轧裂边缺陷，经追踪分析为精炼过程所添加的萤石中铅含量较高，钢液中铅含量由明显升高，由于铅为低熔点物质，易在晶界析出并降低晶界结合力，恶化了2205钢种热塑性，导致在热轧过程出现裂边缺陷。

2）通过管控精炼炉所添加的萤石中铅含量不得超过100×10-6等措施，2205双相不锈钢热轧裂边问题得到有效改善。