《無縫鋼管27SiMn麻面缺陷的產生原因及控制措施》

【摘要】:針對熱軋無縫鋼管生產線27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸管麻面缺陷的疑難問題，從生產設備配置和工藝特點方面進行了系統分析，提出:27SiMn屬于含Si量高的鋼種，當環形爐加熱至1250°C以上，金屬基體和外層氧化鐵皮中間將產生層狀的Fe2SiO4，該氧化鐵皮粘結力較強，很難在常規高壓水除磷過程中去除干凈，導致后續形成麻面。通過將環形爐溫度控制在1230±10°C，生產節奏執行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。

【關鍵詞】:無縫管;麻面缺陷;環形爐;高壓水除磷

  27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸管是當前應用最普遍的兩種管材[1-3]。然而，在實際生產過程中，27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸管表面經常出現麻面，導致后續外委修磨，不僅影響了生產進度，還增加了制造成本，在顧客的后期加工和使用過程容易產生進一步銹蝕，影響后續防銹和鋼管使用壽命，也影響了顧客對我司鋼管表面質量的良好印象。因此，對27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸管麻面缺陷進行分析、探究和預防就顯得十分重要。

  本文通過分析27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸管麻面缺陷的產生原因，從生產線的設備配置和工藝特點方面進行討論，總結出麻面缺陷的關鍵控制技術，有效解決了此類缺陷，為無縫管生產中類似問題的解決提供了參考。

1生產工藝介紹及熱軋過程參數信息采集

  27SiMn旋挖鉆管和冷拔油缸用管的光管，主要有兩種生產工藝流程[4-5]:

(1)進步進爐工藝:坯料定尺鋸切→環形爐加熱→穿孔(毛管)→高壓水除鱗→連軋(荒管)→步進爐加熱→高壓水除鱗→定徑(光管)→大冷床冷卻。(2)不進步進爐工藝(旁通工藝):坯料定尺鋸切→環形爐加熱→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鋼號相關工藝參數分析，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重的規格進行數據收集和取樣分析。具體數據如表1所示。

2麻面缺陷的宏觀分析

  通過對中檢大冷床上的產品進行觀察，發現4號坯料的麻面非常嚴重(粉筆內為麻面嚴重區域)，如圖1、圖2所示，有如下幾個特征:1)麻面嚴重位置主要分布在4條孔側位置，且2、4孔頂和1、3、5孔頂位置基本無麻面;2)左側、右側0~1.0m位置，四個象限的麻面均較嚴重，無規律;3)用手觸摸麻面，手感為凹凸不平。麻面嚴重處鋼管外表為凹陷狀;無麻面的鋼管外表光滑，有定徑機軋輥留下的痕跡，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)認為孔側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樣品取樣進行金相和掃描電鏡分析，結果表明: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麻面問題進行了系列實驗，340mm外徑的管體的定徑量較小導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致外表形成光滑的灰色氧化皮層，但如后續進行調質處理，仍然存在出現麻面的隱患。

  綜合宏觀、微觀分析結果認為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，導致氧化鐵皮殘留形成麻面。查閱相關文獻認為[6-8]，當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生層狀的Fe2SiO4，表2內能譜分析表明本次內層殘留的Fe2SiO4厚度約20μm左右，外層FeO約60μm。該文獻認為在進行高壓水除磷時，界面溫度低于1170°C時，Fe2SiO4呈固態，因此外層氧化鐵皮與基體的附著力加強，更難去除。連軋除磷時界面溫度很少能達到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1.25~1.4wt%，因此很容易因為除磷不盡而出現麻面。

  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。如果環形爐溫度升高，27SiMn系列產品壁厚控制效果難以達標。因此我們選擇降低環形爐加熱的均熱段溫度至1230±10°C，生產節奏執行P91牌號，得到如表3的對比數據:

  通過對比數據我們可以得出結論，降低環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的和未變更的進行對比跟蹤，主要記錄了工藝參數、表面狀況及軋制力情況，如表4得出數據為:

  根據已有結論及大生產數據的對比分析，進行了27SiMn鋼種鋼管生產工藝參數的調整優化:將環形爐均熱段溫度控制在1230±10°C，生產節奏執行P91牌號，提高連軋前高壓水除磷壓力至130kN。對27SiMn鋼種鋼管生產的軋制力及尺寸情況，沒有明顯影響但可以有效抑制生產過程中的麻面問題。

(1)1260/1300°C環形爐溫度，管體表面

有麻面，不同規格麻面程度不同;麻面程度和坯料直徑有一定的關系，∮330≥∮280≥∮250，這是和我們環形爐加熱制度有關，坯徑越大，加熱溫度越高，加熱時間也越長，在環形爐內形成的硅酸鹽氧化皮越厚，因此后續高壓水除磷越難去除。

(2)1220/1240°C環形爐+旁通工藝后，管體表面均無麻面，∮330、∮280及∮250坯料均未發現麻面。這和前期分析報告指出當環形爐加熱溫度低于1250°C，就無硅酸鹽氧化皮形成，能有效的抑制麻面的形成，實際情況和分析結論吻合。

(3)1220/1240°C環形爐+步進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爐時間會造成麻面。

(4)不同規格軋制力對比可知，降低環形爐加熱溫度至1230°C并未對軋制力存在增高的影響。

(5)不同規格尺寸對比可知，降低環形爐加熱溫度至1230°C并未對尺寸存在惡化的影響。

5結論
通過將環形爐均熱段溫度控制1230±10°C，生產節奏執行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過程中的麻面問題。

參考文獻: 李潔 湖南衡陽421001

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