不锈钢无缝钢管屈服强度偏低原因分析报告

   浙江至德钢业有限公司研究了在包钢钢管公司460mm PQF连轧机组生产的不锈钢无缝钢管，针对轧态无缝管屈服强度偏低的情况，从材料的规格、化学成分、力学性能以及它们的相关性分析了屈服强度偏低的原因，并提出改进措施，保证钢管的质量。20钢属于优质碳素结构钢，该钢的强度低，韧性、塑性和焊接性均好，不经过热处理，轧态使用，被广泛运用于一般的机械制造业中不太重要的零部件以及建筑结构中，具有稳定的市场份额，但包钢460mm机组在生产过程中，发现多个批次多种规格出现屈服强度低于输送流体用不锈钢无缝钢管标准下限的要求，导致部分产品需经过正火后性能才能满足要求，造成了该钢的制造成本偏高，针对这种情况，从材料的规格、化学成分、组织等多个方面和材料性能影响关系进行检验分析，并提出了相应的改进措施和建议。

一、化学成分统计

    按照GB/T14976-2012，《输送流体用不锈钢无缝钢管》对不锈钢成分要求，包钢钢管公司460mm机组生产的20钢的主要元素为C、Si、Mn，不含Cr、Ni、Cu等合金元素。因此，对其主要强化元素C、Mn成分进行统计分析，共计536个样本数据。从成分统计中可以看出，碳集中分布在0.18%-0.21%之间，锰集中分布在0.45%以下，全部满足标准要求，出于成本考虑，锰炼钢控制偏标准要求的下限。

二、性能和壁厚影响关系统计

    根据标准可知，对于不同的壁厚，标准对材料屈服强度要求不一样，而且北方冬天和夏天温差较大，冬天轧制和夏天轧制后的钢管冷速存在差别，可能会对材料性能有一定的影响，因此，分别对460mm机组冬天(11月份)和夏天（8月份）生产的20钢分壁厚≤16mm，16mm<壁厚≤30mm，壁厚>30mm的屈服强度进行了统计见图。460mm机组生产的20钢所有的抗拉强度和延伸率都满足标准要求，在这里不做统计。

    从冬天P460mm机组生产20钢屈服强度统计可以看出，壁厚<30mm材料屈服强度有极个别低于标准下限要求的现象出现，概率约为2%0(样本数1185个)。但壁厚≥30mm材料的屈服强度低于下限要求的现象明显增多，检验不合的概率约为17%（样本数相对少共计25个样本数据）；从夏天生产20钢屈服强度统计可以看出，壁厚<30mm材料屈服强度有极个别低于标准要求下限的现象出现，概率约为4%(样本数648)。但壁厚≥30mm材料的屈服强度低于下限要求的现象明显增多，检验不合的概率约为12.5%（样本数相对少共计26个样本数据）。

   总的来说460mm机组生产20钢夏天和冬天情况基本一致，随着壁厚的增加，屈服强度不合现象明显增多，壁厚<30mm，屈服强度偏低的情况非常少见，属于个别现象，但也应当看到，材料的屈服强度都偏标准要求的下限。但壁厚≥30mm的20钢，屈服强度偏下限的现象增多，屈服强度不合概率达到了约15%。

三、组织检验

    包钢钢管公司159mm机组生产不锈钢无缝钢管以小规格薄壁为主，460mm机组生产的钢管以大规格厚壁为主，从现场抽取化学成分碳在0.18%～0.21%之间，锰含量在0.45%以下的炉号，分别从159mm机组和460mm机组取规格为76mm×4mm和406mm×40mm对比样进行了组织性能检验对比。

   不同规格下20钢的性能和组织对比见表从材料性能可知，159mm机组生产小规格76mm×4mm的20钢屈服强度比460mm机组生产的大规格406mm×40mm的20钢屈服强度高约170MPa。76mm×4mm钢管晶粒度为10.5级，406mm×40mm钢管晶粒度为4.5级，两者相差6级，这是因为钢管规格小，壁厚薄，轧制过程中钢管的降温快，终轧温度低，同时76mm×4mm钢管用180mm坯型轧制，压缩比为28，406mm×40mm钢管用460mm坯型轧制，压缩比为3.6，因此轧制76mm×4mm钢管的压缩比轧制406mm×40mm钢管压缩比大的多，单道次轧制过程中压下量大使钢管发生动态再结晶，两者导致76mm×4mm钢管比406mm×40mm钢管组织要细的多，从而使159mm机组轧制的20钢比460mm机组轧制的20钢屈服强度高得多。同类比较406mm×40mm钢管合格与不合格的力学性能及金相组织，也可以看出在这种由于晶粒细化提高屈服强度的规律。

四、结论

    1. 由于460mm机组壁厚<30mm的不锈钢无缝钢管出现屈服强度偏低的情况少，但也是偏标准要求的下限居多，从成本考虑起见，只将碳的范围改成0.19%～0.23%按标准要求上限控制，锰的成分不变，成本无需增加还能提高钢的强度。

   2.  460mm机组生产壁厚≥30mm的不锈钢无缝钢管，将碳范围改为0.19%～0.23%，锰范围调整为0.45%～0.65%．按标准成分要求的上限控制，利用强化元素提高钢管的屈服强度。

  3. 加热炉不同区域加热温度尽可能控制在1230℃以下，降低钢管的终轧温度；轧制过程中，定径后水冷巷道全开，床上风机全开，提高轧制后的冷速，细化晶粒提供强度。