(1.西安航空职业技术学院 科研处，陕西 西安 710089； 2.酒泉钢铁(集团)有限责任公司 不锈钢研究所，甘肃 嘉峪关 735100)

铁素体不锈钢是指铬质量分数在11%～30%，含有微量或不含镍，在高温和室温下组织均为体心立方晶体结构一类不锈钢[1]。409 L铁素体不锈钢作为一种典型的低碳氮节镍的铁素体不锈钢，钢中Cr元素的质量分数约为12%，具有成本低、耐蚀性能优异的特点，在汽车、家电等领域有广泛应用[2]。通常在409 L铁素体不锈钢生产过程中，为了尽量避免在晶界处形成Cr的碳氮化物而出现贫Cr现象，在降低钢中C、N含量的同时，需加入Ti元素以固定钢中溶解的C和N元素[3]。但是由于钛元素的加入，409 L铁素体不锈钢板经冷轧酸洗后，板材表面经常会出现点状色差缺陷，严重影响了板材的表观质量。

本文针对409 L铁素体不锈钢冷轧酸洗板表面出现的点状色差缺陷，采用光学显微镜对缺陷形貌进行观察，并结合实验室模拟试验，根据该钢种在退火加热时发生的化学过程进行理论分析，确定点状色差缺陷的发生机理，查找该缺陷的产生原因，为实际生产提供一定的理论依据及合理的控制措施。

1 缺陷形貌及组织分析

某不锈钢厂生产的409 L铁素体不锈钢冷轧板，其化学成分如表1所示，经退火酸洗后，钢板表面经常会出现直径在0.5～2 mm的点状色差缺陷，如图1所示。该色差缺陷在直射光观察下为明显不同于正常银灰色板面的深灰色；在侧光反射下观察时，缺陷位置却呈现具有高反射度的亮白色；在光学显微镜(×50)下观察，发现该缺陷表现出圆形轮廓，缺陷位置的粗糙度相比较周围的正常表面明显降低，缺陷区域较正常基体表面有一定程度的下陷。

409 L铁素体不锈钢点状色差缺陷的显微组织如图2所示。从图2中可以明显地发现，相对于无缺陷位置，点状色差缺陷处的晶粒尺寸减小，且这些细小的晶粒团聚成圆形轮廓。

表1 409 L铁素体不锈钢的化学组成 %

图1 409 L铁素体不锈钢点状色差缺陷的形貌

图2 409 L铁素体不锈钢点状色差缺陷的金相组织(×200)

2 缺陷的实验室模拟

由于409 L铁素体不锈钢生产过程中，带钢表面频繁发生了点状色差缺陷，而在304、430、316 L、410 L等常规不锈钢板材上未明显地发现该缺陷。分析其原因，409 L铁素体不锈钢在元素种类与上述钢种的最大区别就是较高钛元素含量，所以钛元素有可能是造成点状色差缺陷的基本原因之一。

从图1中还可以看出，点状色差缺陷具有拖尾状现象，揭示了该缺陷是由于带钢表面有流动性较好的液态物质造成。分析其原因，在带钢较快的运行速度下，由于液滴在惯性的作用下，发生了其在带钢运行方向上的相对运动，最终形成了具有拖尾的点状色差缺陷。带钢在入退火炉后，有可能存在于带钢表面的液态物质只有轧制油和水两种物质，而水由于沸点非常低，在炉门处的带钢表面上冷凝后，一进入炉膛内便会迅速挥发，根本来不及与带钢发生相对运动，所以带钢上的液滴只能是轧制油滴，因此可以推断409 L铁素体不锈钢的点状色差缺陷必然与带钢表面的轧制油残留有关。

通过上述分析可知，409 L铁素体不锈钢带钢表面点状色差缺陷的出现是由于409铁素体不锈钢板带表面残留的轧制油滴和材料中的钛元素发生反应而造成。为了进一步证实点状色差缺陷的发生是轧制油与钛元素发生化学反应造成的，本文在实验室模拟409 L铁素体不锈钢板材的退火酸洗生产过程，通过试验手段制造出点状色差缺陷。在模拟实验中实施两种方案，方案一是首先对带轧制油的409 L轧硬态板材进行脱脂处理，然后进行退火后酸洗，观察板材表面状态；方案二是直接对带轧制油的409 L轧硬态板材进行退火酸洗，观察板材表面状态。具体实验流程如图3所示。

图3 模拟实验的实验流程

在模拟实验可发现，经退火后，脱脂和未脱脂的409 L铁素体不锈钢板材在外观上已呈现出明显的差异性，结果如图4所示。未脱脂的板材在退火后氧化皮极不均匀，局部区域甚至出现了疏松的红褐色氧化皮，如图4(a)所示；而在在脱脂后的409 L铁素体不锈钢板材在退火后呈现均匀光亮的氧化皮，如图4(b)所示。

对图4中未脱脂和脱脂的409 L铁素体不锈钢板材进行酸洗处理后，结果发现脱脂退火板材酸洗后其表面除了水渍外，未出现明显的表面色差现象，如图5(a)所示；而未脱脂板材果然出现了极其类似于亮点缺陷的圆点状色差，具体如图5(b)所示。

图4 未脱脂和脱脂409 L铁素体不锈钢板材退火后的表面

图5 经退火后未脱脂与脱脂的409 L铁素体不锈钢板材酸洗表面

应用光学显微镜对未脱脂409 L铁素体不锈钢板材在实验室退火酸洗后呈现出的圆点缺陷进行观察，结果如图6所示。从图6中观察到实验室模拟出的圆点缺陷与409 L铁素体不锈钢板材生产过程中表面点状色差缺陷具有很高的相似度，以此可以基本验证409 L铁素体不锈钢板材表面点状色差缺陷是由于轧制油残留造成的氧化皮不均匀而导致。

图6 未脱脂409 L铁素体不锈钢板材表面色差缺陷的显微形貌(×100)

3 缺陷的产生机理及消除措施

通过模拟实验分析结果可知，409 L铁素体不锈钢退火酸洗板材表面点状色差缺陷和轧制油存在关系。为了确定点状色差缺陷的发生机理，对板材表面残留的轧制油在退火加热中发生化学过程进行理论分析。

由于轧制油液滴在409 L铁素体不锈钢板材退火过程中未被挥发除去，板材下表面的油滴在重力的作用下能够较多的滴落，从而离开板材表面；而板材上表面的油滴则会受到板材本体的支持而无法滴落，且与板材一起进入退火炉加热。在960 ℃(1 233 K)加热过程中，轧制油滴中的烷烃碳会迅速与409 L不锈钢中的钛元素发生如下反应：

[Ti]+[C]→TiC

ΔrGθm(1233K)=-170.64 kJ/mol

(1)

从式(1)中可以看到，轧制油液滴覆盖下的板材表面生成一层碳化钛，并且使该碳化钛富集区域在宏观上呈现出与轧制油液滴类似的圆点形状。

而409 L铁素体不锈钢在退火加热时中也会发生正常的氧化反应，生成的氧化皮是具有铬系不锈钢特点的铁铬混合型氧化皮，碳化钛富集的圆点区域则会首先在960 ℃(1 233 K)下发生如下氧化反应：

TiC+2O2→TiO2+CO2

ΔrGθm(1 233 K)=-941.08 kJ/mol

(2)

从式(2)中可以看到，该反应的ΔrGθm相对较小，所以碳化钛富集区域将优先发生式(2)，此反应生成的TiO2将会为板材基体形成非常好的保护，使得该区域Cr和Fe的氧化反应严重受阻，造成该圆点区域形成比其他正常区域薄得多的氧化皮。在后续的酸洗处理中，圆点处的薄氧化皮首先被酸洗反应去除，而圆点周围正常区域的氧化皮则需要更多的时间才能完全洗净。由于酸洗时间的差异，会造成圆点区域的基体被酸洗反应过度侵蚀，最终造成该区域的基体表面较为光滑，且呈现下凹状，宏观上便呈现出点状色差缺陷。

综上所述，409 L铁素体不锈钢退火酸洗板表面点状色差缺陷的产生原因是板材表面残余的轧制油和板材中钛元素发生化学反应使表面生成富集碳化钛。为了有效地消除该缺陷的产生，可以采取一下措施：可在板材退火酸洗前，需要对轧硬态板材进行充分的脱脂处理；在板材退火过程中，可增加退火炉排废烟道的闸板开度和排废风机的功率，使板材表面的轧制油在辐射预热段产生类似于减压蒸馏的效果，从而更好地促进轧制油的挥发；在保证退火后力学性能的前提下，通过采取厚规格板材提速，薄规格板材降速的方式来遏制板材表面轧制油滴和钛元素的反应，以此来抑制点状色差缺陷的发生。

4 结 论

(1)409 L铁素体不锈钢经退火酸洗后，钢板表面经常会出现点状色差缺陷，该缺陷表现出圆形轮廓，缺陷位置的粗糙度相比较周围的正常表面明显降低，缺陷区域较正常基体表面有一定程度的下陷。

(2)通过模拟实验可知，409 L铁素体不锈钢的点状色差缺陷与该钢种较高钛元素含量和带钢轧制油的残留有关。

(3)在409 L铁素体不锈钢退火加热时，对残留轧制油与钛元素的化学反应分析可知，轧制油液滴覆盖下的带钢表面会生成富集的碳化钛，使之在宏观上呈现出与轧制油液滴类似的圆点形状。

(4)为了消除409 L铁素体不锈钢表面的点状色差缺陷，对该钢种轧硬态进行充分的脱脂处理；在退火过程中，应采取加强排风措施促进轧制油的挥发；也可采取厚规格带钢提速、薄规格带钢降速的方式来抑制缺陷的产生。