本文介紹了20g高壓鍋爐用無縫鋼管的生產工藝流程;對20g鋼成分控制、脫氧控制,以及成品管熱處理工藝控制進行了分析,進而采取了合理的工藝措施,從而保證了鋼管質量。20g鋼;高壓鍋爐用管;熱處理工藝;質量控制
The processing of producing seamless steel pipe for 20g high-duty boiler tube was briefly introduced. The composition and killing control of 20g steel and the heattreatment processing control of finishing product were analyzed. The reasonable control measures were obtained and the quality of steel pipe was assured.
隨著我國電力及能源工業的迅猛發展,鍋爐用管需求日益增加,為此,安陽鋼鐵集團有限公司研制開發了20g高壓鍋爐用管。
無縫鋼管生產工藝流程：2×10t電弧爐冶煉—爐外吹Ar、喂線處理—模鑄266mm×266mm/230mm×230mm鋼錠—Φ650mm×3開坯機軋制Φ75mm管坯—Φ90mm自動軋管機組軋制荒管—荒管拔制—酸洗、磷化、皂化—中間退火/成品正火—矯直—表面檢查—渦流、超聲波探傷—稱重、包裝—入庫。
20g鋼中化學成分的波動將導致產品的常溫、高溫性能波動,影響鋼管的使用壽命。在實際冶煉過程中應盡可能地控制化學成分的波動，特別是碳含量的波動應控制在w(C)≤0.04%。鋼中的硫與鐵形成低熔點化合物，使鋼產生熱脆;磷則使鋼產生冷脆和回火脆性，同時硫和磷都將降低可焊性，促使焊接裂紋產生。試制階段20g鋼的內控標準要求w(P)≤0.020%，w(S)≤0.020%。
為防止和避免碳鋼和低碳鋼的石墨化，以及鋼中鋁酸鹽夾雜對產品冷加工性能的影響，應限制鋼中的殘Al含量,w(Als)≤10×10-5。在20g鋼冶煉過程中采用喂Ca-Si線，實現鋼包強脫氧精煉?；瘜W成分控制見表1。
實際生產中，除個別爐次碳含量波動大外，波動基本控制在w(C)≤0.04%范圍，成分穩定。
氧能使鋼的塑性降低，產生氣泡和疏松，特別是氧化物夾雜會使鋼的疲勞極限降低，冷加工性能變壞。安鋼采用10t電爐冶煉生產20g管坯鋼,未經LF爐精煉，部分爐次的氣體含量明顯偏高。其中w[N]>0.008%的樣本比例占20%; w[O]>0.010%的比例占15%;管坯硅酸鹽、硫化物夾雜指數大于2.5級的比例分別為11.1%、9.09%,氧化物夾雜指數均小于1.5級。
研制期間嚴格脫氧制度，要求還原期預脫氧加入1.2kg/t的Fe-Al-Si合金,鋼包采取6m/t鋼的喂Ca-Si線強化脫氧,同時保證吹氬攪拌時間大于5min,20g鋼質測試結果見表2。
從終脫氧對比情況看，采用Fe-Al-Si合金，噸鋼加入量在1.45～2.4kg(平均為1.76kg/t)的爐次，管坯改判率為24.38%;而同時采用噸鋼加入量為1.70～2.12kg的Ba-Al-Si脫氧時，則管坯改判率僅為9.1%?？梢娒撗跏侄?、合金料的加入量不同,管坯質量狀況有明顯的差異,，其脫氧效果、內在質量直接反映在管坯表面缺陷的暴露程度上。
熱處理工藝對鋼熱強性能的影響遠大于對常溫力學性能的影響，而持久強度又是鍋爐設計的主要依據，因此，只有采取合理的熱處理工藝獲得優良的組織，才能保證持久強度和在高溫、高壓使用條件下的性能穩定。
熱軋荒管生產工藝的合理與否，對后序冷拔管組織、性能具有較大影響,采用不同的加熱工藝時，荒管組織具有明顯差異，見表3。
表3數據表明，荒管組織中普遍存在魏氏組織。這是由于生產工藝恰處于具備生成魏氏組織的條件(1200℃以上長時間保溫),若要徹底消除魏氏組織,，具有一定的難度,因此應采用管坯低溫加熱制度，以減少魏氏組織的產生。
成品管正火工藝與組織、性能見表4。表4中各工藝條件下的組織狀態差異在于魏氏組織的形成及其嚴重程度，這一異常組織的出現是制約20g成品鋼管交貨的主要原因。
魏氏組織在0～2級之間對鋼的常溫組織性能影響不明顯，而3～5級的魏氏組織則對常溫性能具有一定的影響，主要表現在鋼的屈服和延伸特性上。魏氏組織對鋼的高溫性能具有一定的影響，其規律性及影響程度尚待進一步深入研究。
公司連續式退火爐長度為34.852m，其中均熱段長度約為20m,具有加熱短、保溫長，爐溫控制困難的缺點,生產中要使均熱段達到所需的加熱溫度以保證鋼溫要求，就必須依靠調整加熱段溫度和加快爐內輥道運行速度來實現，因此各段溫度控制難以保證準確、均勻、穩定,給魏氏組織形成創造了條件。另外荒管中遺留的較嚴重魏氏組織在中間退火不充分的條件下，靠短時間的成品正火是難以徹底消除的。
從表4工藝3試驗情況看,采用高溫、快速的加熱方式,即可保證鋼管出爐溫度、又不致產生組織缺陷。正火時間按2～3.5min/mm管壁控制,并盡可能縮短管料在均熱段的停留時間。但這種工藝弊端是隨正火時間的減少,組織晶粒變得很細,這是由于冷拔后鋼材基體組織為細小破碎的鐵素體晶粒,內應力大且易開裂,在中間及成品退火(或正火)過程中,若退火(或正火)時間過短,晶粒來不及恢復長大,將形成細小鐵素體晶粒組織。
當這種極細組織的晶粒超過10級,將使鋼材在強度大幅度提高的同時,塑性降低,伸長率下降,甚至導致屈服點不明顯。因此熱處理過程中,在盡可能避免魏氏組織產生的同時,應保證組織正常和各項力學性能指標。
成品正火處理的關鍵在于保證標準要求的正火溫度,使組織得以充分的回復、再結晶,避免魏氏組織的出現。
(1)冶煉還原期同時采用Fe-Al-Si和Ba-Al-Si脫氧,及鋼包加Ba-Al-Si深脫氧,可保證殘Al含量<0.010%的情況下,脫氧效果好、管坯表面裂紋少、改判率低。研究過程中,有必要進一步穩定殘Al含量,并控制在0.006%～0.008%范圍內,改善管坯表面質量。
(2)合理、穩定控制成品正火及中間退火工藝。成品采用高溫、快速處理工藝,加熱段溫度在1000～1020℃時,按2～3.5min/mm管壁速度控制,可避免或減輕成品管異常組織產物的形成和影響。
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