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《無縫鋼管27SiMn麻面缺陷的產(chǎn)生原因及控制措施》
【摘要】:針對熱軋無縫鋼管生產(chǎn)線27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸管麻面缺陷的疑難問題，從生產(chǎn)設(shè)備配置和工藝特點方面進(jìn)行了系統(tǒng)分析，提出:27SiMn屬于含Si量高的鋼種，當(dāng)環(huán)形爐加熱至1250°C以上，金屬基體和外層氧化鐵皮中間將產(chǎn)生層狀的Fe2SiO4，該氧化鐵皮粘結(jié)力較強(qiáng)，很難在常規(guī)高壓水除磷過程中去除干凈，導(dǎo)致后續(xù)形成麻面。通過將環(huán)形爐溫度控制在1230±10°C，生產(chǎn)節(jié)奏執(zhí)行P91牌號，以及提高連軋前高壓水除磷壓力至130kN，可以有效控制麻面缺陷。
【關(guān)鍵詞】:無縫管;麻面缺陷;環(huán)形爐;高壓水除磷
27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸管是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的兩種管材[1-3]。然而，在實際生產(chǎn)過程中，27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸管表面經(jīng)常出現(xiàn)麻面，導(dǎo)致后續(xù)外委修磨，不僅影響了生產(chǎn)進(jìn)度，還增加了制造成本，在顧客的后期加工和使用過程容易產(chǎn)生進(jìn)一步銹蝕，影響后續(xù)防銹和鋼管使用壽命，也影響了顧客對我司鋼管表面質(zhì)量的良好印象。因此，對27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸管麻面缺陷進(jìn)行分析、探究和預(yù)防就顯得十分重要。
本文通過分析27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸管麻面缺陷的產(chǎn)生原因，從生產(chǎn)線的設(shè)備配置和工藝特點方面進(jìn)行討論，總結(jié)出麻面缺陷的關(guān)鍵控制技術(shù)，有效解決了此類缺陷，為無縫管生產(chǎn)中類似問題的解決提供了參考。
1生產(chǎn)工藝介紹及熱軋過程參數(shù)信息采集
27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸用管的光管，主要有兩種生產(chǎn)工藝流程[4-5]:
(1)進(jìn)步進(jìn)爐工藝:坯料定尺鋸切→環(huán)形爐加熱→穿孔(毛管)→高壓水除鱗→連軋(荒管)→步進(jìn)爐加熱→高壓水除鱗→定徑(光管)→大冷床冷卻。(2)不進(jìn)步進(jìn)爐工藝(旁通工藝):坯料定尺鋸切→環(huán)形爐加熱→穿孔(毛管)→高壓水除鱗→連軋(荒管)→高壓水除鱗→定徑(光管)→大冷床冷卻。
通過對27SiMn鋼號相關(guān)工藝參數(shù)分析，使用坯料直徑為330mm，連軋前高壓水壓力為110MPa，定徑前高壓水壓力為180MPa，針對鋼管表面麻面問題嚴(yán)重的規(guī)格進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和取樣分析。具體數(shù)據(jù)如表1所示。
2麻面缺陷的宏觀分析
通過對中檢大冷床上的產(chǎn)品進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)4號坯料的麻面非常嚴(yán)重(粉筆內(nèi)為麻面嚴(yán)重區(qū)域)，如圖1、圖2所示，有如下幾個特征:1)麻面嚴(yán)重位置主要分布在4條孔側(cè)位置，且2、4孔頂和1、3、5孔頂位置基本無麻面;2)左側(cè)、右側(cè)0~1.0m位置，四個象限的麻面均較嚴(yán)重，無規(guī)律;3)用手觸摸麻面，手感為凹凸不平。麻面嚴(yán)重處鋼管外表為凹陷狀;無麻面的鋼管外表光滑，有定徑機(jī)軋輥留下的痕跡，如圖2所示。
中檢大冷床上觀察到7號坯料的麻面如圖3所示，看上去很輕微，有如下幾個特征:1)手感光滑，無凹凸不平感;2)孔側(cè)位置存在顏色差別，有灰色氧化皮+紅色氧化皮兩種顏色;3)孔頂位置基本無顏色差別，均為紅色氧化皮;4)認(rèn)為孔側(cè)位置的灰色氧化皮為定徑過程壓平所致。
3麻面缺陷的微觀分析
對2GY20214樣品取樣進(jìn)行金相和掃描電鏡分析，結(jié)果表明:1)樣品表面存在殘留的氧化鐵皮，氧化鐵皮厚度約0.08~0.1mm，分為兩層，如圖4所示;2)內(nèi)層氧化鐵皮厚度約0.02mm，較為致密，能譜確定成分為Fe2SiO4;3)外層氧化鐵皮厚度約0.06mm，較為疏松，能譜確定成分為FeO。如圖5和圖6所示。
4討論與分析針
對27SiMn麻面問題進(jìn)行了系列實驗，340mm外徑的管體的定徑量較小導(dǎo)致表面形成凹凸不平的麻面。而299mm外徑的管體定徑量較大導(dǎo)致外表形成光滑的灰色氧化皮層，但如后續(xù)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，仍然存在出現(xiàn)麻面的隱患。
綜合宏觀、微觀分析結(jié)果認(rèn)為27SiMn屬于含Si量高的鋼種，連軋前高壓水除磷時，氧化鐵皮的剝離性較差，導(dǎo)致氧化鐵皮殘留形成麻面。查閱相關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為[6-8]，當(dāng)Si含量在0.2%以上的鋼在加熱至1250°C以上，金屬基體和外層氧化鐵皮中間將產(chǎn)生層狀的Fe2SiO4，表2內(nèi)能譜分析表明本次內(nèi)層殘留的Fe2SiO4厚度約20μm左右，外層FeO約60μm。該文獻(xiàn)認(rèn)為在進(jìn)行高壓水除磷時，界面溫度低于1170°C時，F(xiàn)e2SiO4呈固態(tài)，因此外層氧化鐵皮與基體的附著力加強(qiáng)，更難去除。連軋除磷時界面溫度很少能達(dá)到1170°C，因此含Si量高的鋼高溫時剝離性均較差，容易殘留氧化鐵皮。27SiMn鋼種含Si量高達(dá)1.25~1.4wt%，因此很容易因為除磷不盡而出現(xiàn)麻面。
目前提高連軋前高壓水除磷前溫度至1170°C以上難度較大，而27SiMn坯料在1100~1300°C之間熱塑性隨著溫度的升高呈下降的趨勢。如果環(huán)形爐溫度升高，27SiMn系列產(chǎn)品壁厚控制效果難以達(dá)標(biāo)。因此我們選擇降低環(huán)形爐加熱的均熱段溫度至1230±10°C，生產(chǎn)節(jié)奏執(zhí)行P91牌號，得到如表3的對比數(shù)據(jù):
通過對比數(shù)據(jù)我們可以得出結(jié)論，降低環(huán)形爐坯料加熱的最高溫度而延長坯料的保溫時間，對27SiMn系列鋼管的尺寸沒有太大影響。后續(xù)對比27SiMn系列鋼管加熱工藝變更提高連軋前高壓水除磷壓力至130kN的和未變更的進(jìn)行對比跟蹤，主要記錄了工藝參數(shù)、表面狀況及軋制力情況，如表4得出數(shù)據(jù)為:
根據(jù)已有結(jié)論及大生產(chǎn)數(shù)據(jù)的對比分析，進(jìn)行了27SiMn鋼種鋼管生產(chǎn)工藝參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化:將環(huán)形爐均熱段溫度控制在1230±10°C，生產(chǎn)節(jié)奏執(zhí)行P91牌號，提高連軋前高壓水除磷壓力至130kN。對27SiMn鋼種鋼管生產(chǎn)的軋制力及尺寸情況，沒有明顯影響但可以有效抑制生產(chǎn)過程中的麻面問題。
(1)1260/1300°C環(huán)形爐溫度，管體表面
有麻面，不同規(guī)格麻面程度不同;麻面程度和坯料直徑有一定的關(guān)系，∮330≥∮280≥∮250，這是和我們環(huán)形爐加熱制度有關(guān)，坯徑越大，加熱溫度越高，加熱時間也越長，在環(huán)形爐內(nèi)形成的硅酸鹽氧化皮越厚，因此后續(xù)高壓水除磷越難去除。
(2)1220/1240°C環(huán)形爐+旁通工藝后，管體表面均無麻面，∮330、∮280及∮250坯料均未發(fā)現(xiàn)麻面。這和前期分析報告指出當(dāng)環(huán)形爐加熱溫度低于1250°C，就無硅酸鹽氧化皮形成，能有效的抑制麻面的形成，實際情況和分析結(jié)論吻合。
(3)1220/1240°C環(huán)形爐+步進(jìn)爐工藝對外徑的影響較小，正常情況下，不會形成麻面，但是如果由于故障等原因延遲步進(jìn)爐時間會造成麻面。
(4)不同規(guī)格軋制力對比可知，降低環(huán)形爐加熱溫度至1230°C并未對軋制力存在增高的影響。
(5)不同規(guī)格尺寸對比可知，降低環(huán)形爐加熱溫度至1230°C并未對尺寸存在惡化的影響。
5結(jié)論
通過將環(huán)形爐均熱段溫度控制1230±10°C，生產(chǎn)節(jié)奏執(zhí)行P91牌號，提高連軋前高壓水除磷壓力至130kN，可以有效抑制27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸管生產(chǎn)過程中的麻面問題。
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