本文介绍了20g高压锅炉用无缝钢管的生产工艺流程;对20g钢成分控制、脱氧控制,以及成品管热处理工艺控制进行了分析,进而采取了合理的工艺措施,从而保证了钢管质量。20g钢;高压锅炉用管;热处理工艺;质量控制
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.
随着我国电力及能源工业的迅猛发展,锅炉用管需求日益增加,为此,安阳钢铁集团有限公司研制开发了20g高压锅炉用管。
无缝钢管生产工艺流程：2×10t电弧炉冶炼—炉外吹Ar、喂线处理—模铸266mm×266mm/230mm×230mm钢锭—Φ650mm×3开坯机轧制Φ75mm管坯—Φ90mm自动轧管机组轧制荒管—荒管拔制—酸洗、磷化、皂化—中间退火/成品正火—矫直—表面检查—涡流、超声波探伤—称重、包装—入库。
20g钢中化学成分的波动将导致产品的常温、高温性能波动,影响钢管的使用寿命。在实际冶炼过程中应尽可能地控制化学成分的波动，特别是碳含量的波动应控制在w(C)≤0.04%。钢中的硫与铁形成低熔点化合物，使钢产生热脆;磷则使钢产生冷脆和回火脆性，同时硫和磷都将降低可焊性，促使焊接裂纹产生。试制阶段20g钢的内控标准要求w(P)≤0.020%，w(S)≤0.020%。
为防止和避免碳钢和低碳钢的石墨化，以及钢中铝酸盐夹杂对产品冷加工性能的影响，应限制钢中的残Al含量,w(Als)≤10×10-5。在20g钢冶炼过程中采用喂Ca-Si线，实现钢包强脱氧精炼。化学成分控制见表1。
实际生产中，除个别炉次碳含量波动大外，波动基本控制在w(C)≤0.04%范围，成分稳定。
氧能使钢的塑性降低，产生气泡和疏松，特别是氧化物夹杂会使钢的疲劳极限降低，冷加工性能变坏。安钢采用10t电炉冶炼生产20g管坯钢,未经LF炉精炼，部分炉次的气体含量明显偏高。其中w[N]>0.008%的样本比例占20%; w[O]>0.010%的比例占15%;管坯硅酸盐、硫化物夹杂指数大于2.5级的比例分别为11.1%、9.09%,氧化物夹杂指数均小于1.5级。
研制期间严格脱氧制度，要求还原期预脱氧加入1.2kg/t的Fe-Al-Si合金,钢包采取6m/t钢的喂Ca-Si线强化脱氧,同时保证吹氩搅拌时间大于5min,20g钢质测试结果见表2。
从终脱氧对比情况看，采用Fe-Al-Si合金，吨钢加入量在1.45～2.4kg(平均为1.76kg/t)的炉次，管坯改判率为24.38%;而同时采用吨钢加入量为1.70～2.12kg的Ba-Al-Si脱氧时，则管坯改判率仅为9.1%。可见脱氧手段、合金料的加入量不同,管坯质量状况有明显的差异,，其脱氧效果、内在质量直接反映在管坯表面缺陷的暴露程度上。
热处理工艺对钢热强性能的影响远大于对常温力学性能的影响，而持久强度又是锅炉设计的主要依据，因此，只有采取合理的热处理工艺获得优良的组织，才能保证持久强度和在高温、高压使用条件下的性能稳定。
热轧荒管生产工艺的合理与否，对后序冷拔管组织、性能具有较大影响,采用不同的加热工艺时，荒管组织具有明显差异，见表3。
表3数据表明，荒管组织中普遍存在魏氏组织。这是由于生产工艺恰处于具备生成魏氏组织的条件(1200℃以上长时间保温),若要彻底消除魏氏组织,，具有一定的难度,因此应采用管坯低温加热制度，以减少魏氏组织的产生。
成品管正火工艺与组织、性能见表4。表4中各工艺条件下的组织状态差异在于魏氏组织的形成及其严重程度，这一异常组织的出现是制约20g成品钢管交货的主要原因。
魏氏组织在0～2级之间对钢的常温组织性能影响不明显，而3～5级的魏氏组织则对常温性能具有一定的影响，主要表现在钢的屈服和延伸特性上。魏氏组织对钢的高温性能具有一定的影响，其规律性及影响程度尚待进一步深入研究。
公司连续式退火炉长度为34.852m，其中均热段长度约为20m,具有加热短、保温长，炉温控制困难的缺点,生产中要使均热段达到所需的加热温度以保证钢温要求，就必须依靠调整加热段温度和加快炉内辊道运行速度来实现，因此各段温度控制难以保证准确、均匀、稳定,给魏氏组织形成创造了条件。另外荒管中遗留的较严重魏氏组织在中间退火不充分的条件下，靠短时间的成品正火是难以彻底消除的。
从表4工艺3试验情况看,采用高温、快速的加热方式,即可保证钢管出炉温度、又不致产生组织缺陷。正火时间按2～3.5min/mm管壁控制,并尽可能缩短管料在均热段的停留时间。但这种工艺弊端是随正火时间的减少,组织晶粒变得很细,这是由于冷拔后钢材基体组织为细小破碎的铁素体晶粒,内应力大且易开裂,在中间及成品退火(或正火)过程中,若退火(或正火)时间过短,晶粒来不及恢复长大,将形成细小铁素体晶粒组织。
当这种极细组织的晶粒超过10级,将使钢材在强度大幅度提高的同时,塑性降低,伸长率下降,甚至导致屈服点不明显。因此热处理过程中,在尽可能避免魏氏组织产生的同时,应保证组织正常和各项力学性能指标。
成品正火处理的关键在于保证标准要求的正火温度,使组织得以充分的回复、再结晶,避免魏氏组织的出现。
(1)冶炼还原期同时采用Fe-Al-Si和Ba-Al-Si脱氧,及钢包加Ba-Al-Si深脱氧,可保证残Al含量<0.010%的情况下,脱氧效果好、管坯表面裂纹少、改判率低。研究过程中,有必要进一步稳定残Al含量,并控制在0.006%～0.008%范围内,改善管坯表面质量。
(2)合理、稳定控制成品正火及中间退火工艺。成品采用高温、快速处理工艺,加热段温度在1000～1020℃时,按2～3.5min/mm管壁速度控制,可避免或减轻成品管异常组织产物的形成和影响。
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