文章詳細分析了316L不銹鋼管表面出現“黑帶”和“白帶”的成因。從生產實踐中可能造成色帶的3個方面進行分析，排除了色帶是由化學成分、晶粒度、粗糙度等因素引起的原因，確定色帶主要的形成原因是連鑄坯的滲碳造成的晶間腐蝕。晶間腐蝕的嚴重程度從視覺上呈現“黑帶”和“白帶”的差異。根據色帶的產生原因，在生產中通過更換保護渣方案進行實踐論證。實踐表明，采用新型的無碳保護渣能夠從根本上解決色帶問題，對316L不銹鋼生產具有一定的指導意義。

316L(00Cr17Ni12Mo2)是低碳奧氏體不銹鋼，具有較好的耐晶間腐蝕和抗點腐蝕性能，主要用于制造化肥生產、石油化工、船艦等工業設備的管道，因此要求316L鋼不僅要有較好室溫性能，又要有較好的高溫性能，對管壁、表面質量要求極為嚴格。在實際生產過程中，316L荒管表面經常會出現螺旋狀的黑色或白色的條紋，簡稱為“黑帶”或“白帶”，其缺陷形貌如圖1所示。本文對生產過程可能造成色帶的環節進行排查，利用科學的實驗分析方法，確定了316L不銹鋼管“黑帶”和“白帶”的形成原因，并提出解決方法，進一步在生產實踐中進行了論證，對后續316L不銹鋼管的生產具有指導意義[1–4]。

工藝流程

f32 mm×3.0 mm規格的316L不銹鋼無縫鋼管以黑皮圓鋼作為原材料，其荒管生產工藝流程為：黑皮棒剝皮—加熱—穿孔—酸洗(f65 mm×5.5 mm)—冷軋—去油—退火—矯直—酸洗—潤滑—烘烤—冷拔(f32 mm×3.0 mm)—切管—去油—退火—矯直—切頭—酸洗—檢驗。

按照該工藝流程進行生產，發現中間品荒管(f65 mm×5.5 mm)酸洗后存在嚴重的“黑帶”和“白帶”缺陷，后續的冷拔成品管上也存在類似的缺陷，因此要想改善后續成品管的質量問題，解決中間品的色帶問題是重中之重。

成因探究

由于316L不銹鋼管中間管表面酸洗后的色帶呈現螺旋狀分布，并且沿著荒管的縱向向前延伸，為了探究色帶的具體成因，主要從316L不銹鋼管生產過程的3個方面進行探究[5–7]。

(1)連鑄坯的角部滲碳：316L不銹鋼管表面出現螺旋狀的色帶缺陷是由于在色帶區域晶界析出了Cr23C6型碳化物，產生了貪鉻區造成晶界腐蝕所致，文獻研究表明，這可能是連鑄坯表面滲碳造成的，特別是在連鑄坯的角部，在澆鑄的過程中液渣層過薄造成的鋼液與含碳的保護渣或富碳層接觸而滲碳。

(2)黑皮棒材的矯直：316L圓棒材經過熱軋生產后，棒材存在彎曲的現象，采用矯直設備，通過軋輥的旋轉，在黑皮棒材的表面產生螺旋狀的壓痕，特別是在較大的矯直壓力作用下，矯直壓痕深度更深，造成了部分晶粒破碎的現象，并且產生了應力集中現象，后續穿孔準備前，黑皮棒材的剝皮量不夠，對于產生應力變形的區域還沒有去除干凈，在后續的荒管表面出現細晶粒現象，可能是引起中間品荒管酸洗后呈現出色帶現象的原因。

(3)穿孔過程：目前大部分的鋼管廠家均采用二輥斜軋式穿孔設備，在穿孔的過程中，在穿孔前期是加速的，中后期穿孔線速度不斷的降低；并且在穿孔過程中與正常軋輥的接觸部位受力和變形是不均勻的，再配合穿孔導板與荒管表面的摩擦，容易造成穿孔荒管表面呈現螺旋狀條紋，其表面的粗糙度和晶粒大小可能是產生色帶缺陷。

綜上所述，316L荒管的3個生產過程都有可能造成荒管色帶，由于生產過程的復雜性，不可能對每個過程進行詳細的驗證，只能從每個生產過程造成色帶的表征方面進行探究。黑皮棒材的矯直和穿孔容易造成荒管表面的表面粗糙度和晶粒度有所差異，而連鑄坯的角部滲碳與晶間腐蝕有關，針對這些生產過程中可能造成色帶的原因，需要對316L成品荒管進行實驗分析。

原因分析

對316L不銹鋼中間荒管進行取樣，分析316L不銹鋼管表面產生螺旋狀色帶的原因：

(1)化學成分：借助于掃描電子顯微鏡等儀器，對“黑帶”、“白帶”和正常區域組織進行能譜分析，確定這3個區域的C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo等化學成分的含量，且對3個區域的成分差異進行對比。

(2)粗糙度：對不銹鋼管表面的“黑帶”、“白帶”和正常區域做粗糙度檢測，確定3個區域的粗糙度的差異情況[8]。

(3)晶粒度：對比“黑帶”、“白帶”和正常區域的晶粒度大小是否存在異常的情況，晶粒度越大，晶粒越細小，在荒管表面的視覺觀看上的呈現形式存在著差異，并且在不同區域上，其敏化處理(650℃/2 h)后的金相組織也存在著一定的差異。

實驗表明，“黑帶”、“白帶”和正常區域的化學成分都在標準要求的范圍內，沒有明顯的差異；表面的粗糙度測量后也具有相同的數值；3個區域的晶粒度基本上在6.0級左右，沒有出現超過0.5級的極差現象。因此基本可以排除316L不銹鋼管表面色帶區域的缺陷是由化學成分、晶粒度、表面粗糙度等原因引起的。通過敏化處理后缺陷處的金相表征表明“黑帶”區域呈現凹下狀，晶界處存在大量的碳化物聚集，晶粒以晶間腐蝕形式脫落，進而在視覺上呈現“黑帶”缺陷，“白帶”處的晶間腐蝕程度較弱，只有個別晶界處存在碳化物析出嚴重；而正常區域的金相組織均勻，沒有發現晶粒脫落的現象，如圖2所示。這一現象也從側面反映了色帶形成主要是由煉鋼連鑄過程中的滲碳造成的。

圖2金相微觀組織顯示，不管是“黑帶”或“白帶”，其本質特征都是晶間腐蝕，但是由于晶間腐蝕的嚴重程度不同，再加上光線的影響，造成了2種缺陷的產生。由此可以得出，造成不銹鋼表面“黑帶”、“白帶”不同的原因是由于不銹鋼表面存在不同程度的晶間腐蝕，與表面的粗糙度、化學成分、晶粒度大小沒有直接的關系。

不銹鋼表面條帶狀色差缺陷與晶間腐蝕有關，不同程度腐蝕的表面粗糙度與其光學性質也不同，從而在視覺上表現為色差，其原因有2點：

(1) C在奧氏體中的飽和溶解度小于0.02%，一般不銹鋼的含C量都高于這個數值。當不銹鋼從固溶溫度冷卻下來時，C處于過飽和狀態，當受到敏化處理時(427~816℃)，過飽和的C就要部分或全部從奧氏體中析出，形成C和Cr的碳化物(主要是Cr23C6型)在晶界析出。由于析出的Cr23C6含Cr量比奧氏體中的Cr含量高得多，而且在析出過程中C的擴散阻力小，并能較快到達晶界，而Cr在奧氏體中擴散速率很低，所以形成碳化物時必定要消耗晶界附近的Cr，從而在晶界兩側形成貧Cr區，其含Cr質量分數低于12%，因而鈍化性能與晶粒不同，即晶界區和晶粒本體有了明顯的差異，晶粒與晶界構成活態-鈍態的微電偶結構，造成晶界腐蝕。

(2)在連鑄過程中，結晶器保護渣中未熔融的碳粒子進入鋼液，在連鑄鑄坯內部形成夾雜，經過熱軋、穿孔之后，游離碳夾雜沿軋向伸長、呈螺旋狀分布，在基體材料的晶界上偏聚，造成晶粒邊界的成分不均勻，荒管表面存在碳偏聚現象的晶界，經過酸洗發生晶間腐蝕之后從而呈現螺旋狀分布的缺陷。

解決方案

分析得出316L荒管的色帶形成原因是連鑄坯表面滲碳引起的，在色帶區域晶界析出了Cr23C6型碳化物，產生貪鉻區造成晶界腐蝕所致。為了解決316L中間管的色帶問題，采用無碳保護渣可以減少或者避免鑄坯角部的增碳現象，但是過多的降低碳含量容易導致保護渣的熔化速度過快，造成鑄坯表面質量問題。因此，聯合保護渣生產廠家對保護渣的成分進行了合理優化，開發出一種新型的無碳保護渣。新型保護渣較原保護渣不僅有較好的溶解、吸附夾雜物的能力和良好的絕熱性能，還可以在碳含量較低的情況下仍然有合適的熔化速度，以保證足夠的熔渣層厚度，進而有效避免連鑄坯出現增碳現象。保護渣相關參數見表1所示。

對比2種保護渣的化學成分：新型的無碳保護渣中Al2O3和C含量明顯的下降，造成無碳保護渣的密度升高，黏度下降。其主要的影響特性有：(1)保護渣中的Al2O3含量增大，保護渣的結晶溫度降低；(2)無碳保護渣中的C含量降低，會導致保護渣的融化速度加快，液渣層和原渣層不穩定，容易造成連鑄坯的表面問題，如結疤等。

現場安排2爐采用不同的保護渣冶煉生產316L，軋制成相同斷面規格的棒材后在某廠進行穿孔生產，采用相同的穿孔工藝，生產前要更換新的穿孔錐、導板等設備。采用原保護渣的棒材穿孔生產荒管230支，采用新型無碳保護渣的棒材穿孔生產荒管361支。進行固溶處理和酸洗后，采用原保護渣生產的荒管共發現“白帶”70支，“白帶”出現的比例為30.43%；采用新型無碳保護渣生產的荒管共發現“白帶”7支，“白帶”出現的比例為1.94%。對比兩種情況，采用新型無碳保護渣可以減少“白帶”出現的概率，有效改善316L不銹鋼荒管的表面質量問題。

結束語

本文通過對316L不銹鋼管表面色帶產生的原因進行分析，并對現場的生產實踐跟蹤處理，得出結論：

(1)針對色帶在生產過程中可能產生缺陷的工藝環節提出猜測，借用實驗方法，排除化學成分、晶粒度、表面粗糙度等缺陷原因。

(2)不銹鋼不同色帶產生的機理都是缺陷處有大量碳化物聚集，存在晶間腐蝕；根據碳化物聚集的程度不同和光線的不同，缺陷顏色也不同；缺陷處碳化物聚集最多的，即晶間腐蝕嚴重的區域，酸洗后呈現的為“黑帶”，缺陷處碳化物聚集較少的，即晶間腐蝕輕微的區域，酸洗后呈現的為“白帶”。

(3)針對316L不銹鋼管的表面色帶問題，提出了更換新型保護渣的實驗方案，實際生產論證表明，采用新型無碳保護渣生產的316L不銹鋼管色帶出現缺陷的比例明顯下降。

文章來源——金屬世界