尚繼民，王洪剛

(東北特鋼集團北滿特殊鋼有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾161041)

以連鑄坯方式生產(chǎn)圓管坯，并以三輥穿孔，三輥軋管的方式生產(chǎn)無縫鋼管，是目前生產(chǎn)無縫鋼管較為先進的工藝。此法與傳統(tǒng)的生產(chǎn)無縫鋼管的舊工藝相比，具有節(jié)約能源、成材率高、鋼管質(zhì)量好及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。

作者通過考核某企業(yè)水平連鑄機的性能及其穩(wěn)定性，開展了連鑄管坯的生產(chǎn)試驗和三輥穿孔、三輥軋管新工藝試驗。

試驗結(jié)果表明:水平連鑄坯質(zhì)量良好，連鑄管坯的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量均達到各相應標準的要求，管材的成材率80%以上，管材的合格率達98.13%。證明45#鋼、直徑120mm的水平連鑄圓管坯的內(nèi)在質(zhì)量完全能夠滿足管材生產(chǎn)要求。

1 水平連鑄坯45#鋼、直徑120mm圓坯生產(chǎn)及質(zhì)量情況

1.1 45#鋼、直徑120mm圓坯生產(chǎn)情況

作者跟蹤了4個爐坯的45#鋼圓坯生產(chǎn)過程，共計48t，在某鋼管廠進行了穿管試驗。冶煉過程中平均出鋼溫度1 650℃，在鋼包內(nèi)為1 615℃，吹氬調(diào)溫后降為1 590℃，過跨徑15min左右有大幅降溫，開澆溫度在1 520℃，在連鑄過程中，中間包鋼水溫度變化:連鑄溫度大致在1 461℃～1 540℃之間，過程中最高與最低溫度差為11℃～80℃，一般在35℃，過程降溫較大，同時因中間包無加熱設備，故不能保持連鑄過程鋼水溫度的穩(wěn)定，致使開澆溫度偏高，連鑄后期鋼水溫度低，不能滿足在液相線溫度(TLI1496℃)以上15℃～30℃，即1 511℃～1 526℃，從而影響了連鑄坯組織的均勻性，有可能導致產(chǎn)生縮孔與疏松等常見缺陷。

為了保證澆注后期的鋼水溫度，應完成全爐澆注，在現(xiàn)有工藝中，只好提高鋼水的開澆溫度，因此要相應地提高出鋼溫度。故引起鋼水純凈度下降并鑄坯易出現(xiàn)組織缺陷。

1.2 45#鋼、直徑120mm管坯質(zhì)量狀況

表面質(zhì)量良好，無明顯劃痕、劃傷、折疊等不允許存在的缺陷，可以不經(jīng)過任何處理直接進行穿管、軋管。

在同一截面上，測量管坯的外徑尺寸為:最大外徑φ117mm，最小外徑φ114mm，符合標準要求。

中心疏松等級在合格范圍內(nèi)偏高，個別爐坯達2.0級，但不至影響成品管材的質(zhì)量。一般疏松為0.5～1級，縮孔殘余一般在1級以下，個別爐坯1.5～2級，不致影響成品管材的質(zhì)量。

在φ120mm管坯低倍組織看到了明顯的柱狀晶組織，在其縱斷面上，柱狀晶區(qū)與表層等軸晶區(qū)和中心區(qū)的明顯差異。這種柱狀晶組織的橫斷面上，形成一個約占半徑1/3的環(huán)帶。中間的一環(huán)稱為第二環(huán)，表面等軸區(qū)稱為第一環(huán)。第二環(huán)實際為φ20mm的中心區(qū)形成。作者對φ120mm樣本計算可得:外環(huán)面積(Ⅰ區(qū))為6 283.2mm2，占總面積的55.55%，中環(huán)面積(Ⅱ區(qū))為3 769.9mm2，占總面積33.33%，中心圓面積(Ⅲ區(qū))為1 256.6mm2，占總面積11.10%。

塔形檢驗，在所有階梯上均未發(fā)現(xiàn)課件的發(fā)紋。

2 管坯質(zhì)量的評估

(1)工具管坯的表面質(zhì)量，可以達到不經(jīng)表面處理即可直接進行穿管、軋管工作，而不會影響管材質(zhì)量。

(2)根據(jù)管坯的內(nèi)部質(zhì)量，所有內(nèi)部質(zhì)量的檢測項目均達到管坯質(zhì)量標準要求。在正常穿管、軋管工藝條件下，不會影響管材質(zhì)量。

(3)由于管坯連鑄時，管坯(圓形狀)的冷卻特性，造成柱狀晶區(qū)比較發(fā)達，柱狀晶區(qū)實測值約占整個圓坯斷面的1/3。此區(qū)的特點是柱狀晶之間的結(jié)合力較弱，強度特別是熱強度較低，這是由于雜質(zhì)較高的柱狀晶間結(jié)合力較弱所致。此區(qū)在穿孔和軋管過程中，特別是在軋管過程中(不論二輥或三輥軋機)均使Ⅱ區(qū)產(chǎn)生強烈的碾?yún)^(qū)與延展，故在此區(qū)易產(chǎn)生顯微缺陷發(fā)紋，致使其在一定程度上可能會影響管子的內(nèi)部質(zhì)量。

為此在改善連鑄工藝、提高管坯質(zhì)量(如熱風冷卻條件、采用電磁攪拌等)的同時，盡量改善軋管工藝。從這兩個方面努力以期進一步提高管材質(zhì)量。

(4)根據(jù)管坯的綜合檢測分析結(jié)果，可以認為全部質(zhì)量指標達到技術要求，性能穩(wěn)定，可以滿足當前軋管生產(chǎn)的要求。

3 連鑄坯質(zhì)量對軋管質(zhì)量的影響

如果沒有高質(zhì)量的連鑄坯就軋不出高質(zhì)量的好鋼管。因此要求我們認真地探討一下在軋管試驗過程中所碰到的連鑄坯缺陷和軋后鋼管缺陷之間存在多大關系，搞好兩者之間的關系，在改進連鑄工藝及提高軋管質(zhì)量方面克服盲目性。

3.1 連鑄坯中心疏松和縮孔

中心疏松和縮孔殘余在模鑄和連鑄上是經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷，尤其是縮孔，在要求高質(zhì)量的鋼材中是不允許存在的。否則降低鋼材的成材率。但是在這跟蹤的軋管試驗表明:坯料的中心缺陷對棒材和管材的影響不大相同。下面舉例說明縮孔、嚴重中心疏松、中心無缺陷三種狀態(tài)對鋼管質(zhì)量的影響。

連鑄圓坯料在三輥穿孔機上穿孔時，能夠避免二輥穿孔機穿孔時所產(chǎn)生的交變拉伸壓縮應力和剪切應力，而使圓坯中心部分只產(chǎn)生壓應力，在穿孔過程中也不能形成孔腔，這就有利于連鑄坯穿孔。在上述受力情況下，三種不同情況的坯料，以28的壓縮比經(jīng)過穿孔后，經(jīng)檢查沒發(fā)現(xiàn)因中心缺陷而引起的任何內(nèi)壁缺陷。在內(nèi)壁上只發(fā)現(xiàn)一圈一圈的橢圓形花紋，但看不出與基體的明顯界限。這說明在軋管過程中，中心疏松、縮孔殘余等都焊合成鋼管的整體金屬。因此，這對由鑄坯制成的無縫鋼管的質(zhì)量毫無影響。這里必須指出，上述情況并不說明任何大小的中心缺陷都能軋合。若是要找出能穿孔的缺陷嚴重程度的臨界值級別，今后還會有大量的研究工作。

3.2 鑄坯的枝晶間裂紋(中心裂紋)

鑄坯的急冷層厚度一般都超過10mm以上。急冷層里面是柱狀組織與輪廓清晰的樹枝晶組織，鑄坯中心是等軸晶體。中部裂紋存在于急冷層與柱狀晶層交界處，并向中心發(fā)展。柱狀晶發(fā)展到中心，中心部位的等軸晶幾乎消失時，對中心部位裂紋的敏感性為最大。這種枝晶間裂紋多半伴隨著硫化物為主的非金屬夾雜物。在凝固過程中鑄坯過冷引起應力而產(chǎn)生枝晶間裂紋，而且含有夾雜物的薄弱面向前發(fā)展，枝晶間裂紋發(fā)展成貫穿整個橫斷面的裂紋。作者在跟蹤檢驗時沒有發(fā)現(xiàn)中心裂紋。這樣的中心裂紋可以認為是嚴重的中心缺陷之一。因此，可以和縮孔殘余一樣看待，對鋼管質(zhì)量不會帶來很大影響。

成品鋼管用超聲波探傷檢查抽查12支的結(jié)果，沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)折以及其他內(nèi)壁缺陷。如果壓縮比再大，根本不用考慮產(chǎn)生內(nèi)折問題。但在鋼管的成品塔形試樣的第二階梯上幾乎都能發(fā)現(xiàn)發(fā)紋，只是嚴重程度不同而已。發(fā)紋正好集中在第二階梯上，這恰恰是鑄坯橫斷面低倍組織的枝晶間裂紋的位置。但在超聲波探傷抽查結(jié)果，并沒有發(fā)現(xiàn)很多缺陷，只在一支料上發(fā)現(xiàn)1處缺陷。因此，在塔形上發(fā)現(xiàn)的發(fā)紋對鋼管質(zhì)量的影響程度有待于進一步研究。

要想克服或消除上述枝晶間裂紋，可采取如下措施:

(1)控制澆注溫度。

(2)采用電磁攪拌。電磁攪拌的作用使樹枝狀晶間的距離縮小，或破碎樹枝晶，因而產(chǎn)生冷縮裂紋的敏感性顯著降低，同時也降低了鋼坯產(chǎn)生中心裂紋的敏感性。而中心縮孔則分散成許多小孔，這就創(chuàng)造了穿管時軋合的有利條件。

3.3 冷隔裂紋

初步檢查成品鋼管時，在鋼管的外表面發(fā)現(xiàn)大量深度為不到1mm呈螺線分布的橫裂，這種橫裂與在鑄坯上發(fā)現(xiàn)的裂紋形狀幾乎相同。在鑄坯的表面檢查中，有一個爐批橫裂最為嚴重。從裂紋處的低倍組織看，脫碳較嚴重，說明這種裂紋是從鑄坯帶來的原有缺陷。而從鋼管上的有規(guī)律的螺線與分布情況來看，這可能是冷隔裂紋。

4 鋼管軋制

工藝流程:管坯檢查→下料→稱重→加熱→三輥穿孔→脫棒→取樣→再加熱→減徑→取樣→冷卻→矯直→切頭尾→檢查→包裝→稱重→入庫。

軋制工藝:作者跟蹤的連鑄坯φ95mm×16mm的實際生產(chǎn)工藝。

加熱溫度:Ⅰ段:1 100℃，Ⅱ段:1 290℃，均熱段:1 280℃。

穿孔機頂桿直徑:φ76mm，頂頭φ82mm。

穿后毛管:φ124mm，壁厚約20mm。

送進角:8°，主機轉(zhuǎn)速:380rpm。

軋管機的芯棒直徑:φ76mm，回轉(zhuǎn)角:24°。

軋管后外徑:φ109mm，軋后壁厚15mm。

主電機轉(zhuǎn)速:450rpm。

減徑機機架數(shù):11架，主機轉(zhuǎn)數(shù)1 426rpm，疊加電機轉(zhuǎn)數(shù):1 035rpm，減徑量14mm。

成品直徑:φ95.3mm～φ95.6mm，壁厚:14.79～16.42mm。

5 成品檢查

5.1 表面質(zhì)量及尺寸精度

用肉眼檢查，有外折和橫裂兩種缺陷，橫裂缺陷占表面缺陷的70%。

尺寸精度:有一個爐批0.134t壁厚超差，當然成品鋼管尺寸精度的誤差屬于軋制過程中誤差，但是應該指出，連鑄坯殼厚度不均有無影響有待于進一步研究。

5.2 管壁的機械性能

檢驗結(jié)果證明:機械性能全部符合熱軋結(jié)構(gòu)鋼管GB8762－87標準，見表1。

表1 機械性能檢測結(jié)果

5.3 塔形檢查及超聲波探傷

塔形檢驗:每個爐批取4個鋼樣，檢查結(jié)果每個試樣均存在發(fā)紋缺陷，主要分布在第Ⅰ、第Ⅱ區(qū)階梯上。

超聲波探傷每爐批抽查4支，共12支，探出1支有內(nèi)傷，其合格率為91.6%。

5.4 成品缺陷分類及重量

超差S:0.134t，外折0.160t，橫裂0.48t，實際投料量43.409t，合格成品管總量34.86.t，廢品總量0.774t。成材率:80.31%，合格率:97.83%。

6 結(jié)論

(1)鑄坯的中心缺陷對成品鋼管的內(nèi)在質(zhì)量沒有明顯的影響。

(2)管坯中的柱狀晶區(qū)域，特別是枝晶或柱狀晶晶間裂紋，是導致管坯內(nèi)部裂紋的主要原因，具體表現(xiàn)在塔形試樣的第Ⅰ、第Ⅱ階梯上。