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鐵素體不銹鋼中非金屬夾雜物控制關(guān)鍵技術(shù)

鐵素體不銹鋼作為一種以鉻為主要合金元素的鋼種，具有含鎳不銹鋼所具有的成型性、耐蝕性、抗氧化性等性能，同時(shí)由于成本低、耐應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)異等顯著特點(diǎn)，被稱為經(jīng)濟(jì)型不銹鋼，而被廣泛的應(yīng)用于電梯面板、建筑裝飾和汽車排氣系統(tǒng)等領(lǐng)域。在超純鐵素體不銹鋼生產(chǎn)過(guò)程中，為了有效固定不銹鋼中的 C、N 元素，Ti 元素常常作為合金元素而被大量加入。如果控制得當(dāng)，生成的 TiN夾雜物將作為鐵素體異質(zhì)形核的核心，促進(jìn)等軸晶的生長(zhǎng)，同時(shí)還能起到細(xì)化晶粒、沉淀強(qiáng)化等作用。然而，如果控制不當(dāng)，在連鑄坯表面生成大量的 TiN 夾雜物，將嚴(yán)重影響冷軋板的表面質(zhì)量，如導(dǎo)致白色條紋缺陷等。因此，很有必要開展鐵素體不銹鋼中非金屬夾雜物控制關(guān)鍵技術(shù)研究。（1）鐵素體不銹鋼冶煉 Ti-N 積控制技術(shù)。在超純鐵素體不銹鋼冶煉過(guò)程中，常常加入 Ti 元素固定不銹鋼中的 C、N 元素，形成的 TiN 夾雜物能夠促進(jìn)等軸晶的生長(zhǎng)，起到細(xì)化晶粒、沉淀強(qiáng)化等作用。然而 Ti-N 積如果控制不當(dāng)，會(huì)在連鑄坯中形成分布不均勻的 TiN 夾雜物，軋制過(guò)程中密集分布的 TiN 夾雜物將沿軋制方向延展，最終在冷軋板表面形成白色條紋缺陷。圖 1 所示為不同 Ti-N 積條件下對(duì)應(yīng)的冷軋板表面白色條紋缺陷發(fā)生率：當(dāng) Ti-N 積大于 0.0025 時(shí)，白色條紋缺陷率急劇增加同時(shí)也將大于 20%。因此需要將 Ti-N 積控制在 0.0025 以下。（2）氧化物異質(zhì)形核技術(shù)。鐵素體不銹鋼連鑄坯中 TiN 夾雜物的形核主要包括兩種方式，即均質(zhì)形核與異質(zhì)形核。異質(zhì)形核可以影響 TiN 夾雜物在連鑄坯中的數(shù)量、尺寸以及分布，更有利于 TiN 夾雜物均勻地分布在連鑄坯中。對(duì)由 Mg、Al、Si、Ca 四種元素組成的共 15 種氧化物進(jìn)行異質(zhì)形核核心的考察發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)TiN 形核的氧化物主要包括五種，分別為 CaO、Al 2 O 3 、Al-Ca 氧化物、Mg-Al 氧化物和 Mg-Al-Ca 氧化物，而這其中又以含 Ca 的氧化物，即 CaO、Al-Ca 氧化物和Mg-Al-Ca 氧化物為主。值得注意的是，鋼中的含 Si 氧化物，即 SiO 2 、Si-Ca 氧化物、Al-Si 氧化物、Mg-Si 氧化物、Mg-Al-Si 氧化物、Mg-Si-Ca 氧化物、Al-Si-Ca氧化物以及 Mg-Al-Si-Ca 氧化物均不能有效的促進(jìn) TiN 夾雜物異質(zhì)形核。而鋼中未發(fā)現(xiàn)MgO作為TiN夾雜物的異質(zhì)形核核心的原因可能為鋼中沒(méi)有純的MgO夾雜物。（3）連鑄坯表面精準(zhǔn)扒皮技術(shù)。采用 Aspex 觀測(cè)和統(tǒng)計(jì) TiN 夾雜物在鐵素體不銹鋼連鑄坯表層的分布情況，結(jié)果表明：越遠(yuǎn)離連鑄坯的表面，TiN 夾雜物的數(shù)量密度呈減小的趨勢(shì)，平均尺寸呈增大趨勢(shì)。尤其是在連鑄坯表層下 4mm 范圍內(nèi)，TiN 夾雜物的數(shù)量密度很大并且由表層向內(nèi)呈快速遞減的趨勢(shì)。同時(shí)在連鑄坯表層 10mm 內(nèi)，TiN 夾雜物的數(shù)量在平行于內(nèi)弧面的分布是不均勻的，尤其是在連鑄坯表層 4mm 內(nèi)，TiN 夾雜物的數(shù)量密度很大并且分布極不均勻。因此，為了避免在超純鐵素體不銹鋼冷軋板表面生成白色條紋，建議將連鑄坯表層的扒皮厚度為 4mm。

北京科技大學(xué) 2021-04-13

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