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2205双相不锈钢无缝管麻面缺陷的产生原因及控制措施

来源:至德钢业 日期:2021-01-20 01:39:14 人气:161

 浙江至德钢业有限公司针对2205双相不锈钢无缝管生产过程中出现麻面缺陷的疑难问题,从生产设备配置和工艺特点方面进行了系统分析,提出:2205双相不锈钢属于普通双相钢种,当环形炉加热至1250℃以上,金属基体和外层氧化铁皮中间将产生层状的Fe2SiO4,该氧化铁皮粘结力较强,很难在常规高压水除磷过程中去除干净,导致后续形成麻面。通过将环形炉温度控制在1230±10℃,生产节奏执行P91牌号,以及提高连轧前高压水除磷压力至130 kN,可以有效控制麻面缺陷。


 2205双相不锈钢无缝管是当前应用最普遍的两种双相钢无缝管。华菱集团衡阳钢管有限公司是我国规模较大、品种齐全的无缝管生产基地,为我国华中、华南地区提供了大量的优质无缝管材;然而,在实际生产过程中,2205双相不锈钢无缝管表面经常出现麻面,导致后续外委修磨,不仅影响了生产进度,还增加了制造成本,在顾客的后期加工和使用过程容易产生进一步锈蚀,影响后续防锈和钢管使用寿命,也影响了顾客对我司钢管表面质量的良好印象。因此,对2205双相不锈钢无缝管麻面缺陷进行分析、探究和预防就显得十分重要。本文通过分析2205双相不锈钢无缝管麻面缺陷的产生原因,从生产线的设备配置和工艺特点方面进行讨论,总结出麻面缺陷的关键控制技术,有效解决了此类缺陷,为无缝管生产中类似问题的解决提供了参考。


一、生产工艺介绍及热轧过程参数信息采集


  2205双相不锈钢无缝管主要有两种生产工艺流程:


  1. 进步进炉工艺:坯料定尺锯切→环形炉加热→穿孔(毛管)→高压水除鳞→连轧(荒管)→步进炉加热→高压水除鳞→定径(光管)→大冷床冷却。


  2. 不进步进炉工艺(旁通工艺):坯料定尺锯切→环形炉加热→穿孔(毛管)→高压水除鳞→连轧(荒管)→高压水除鳞→定径(光管)→大冷床冷却。


 浙江至德钢业有限公司通过对2205双相不锈钢无缝管钢号相关工艺参数分析,使用坯料直径为330mm,连轧前高压水压力为110MPa,定径前高压水压力为180MPa,针对钢管表面麻面问题严重的规格进行数据收集和取样分析。具体数据如表所示。


二、麻面缺陷的宏观分析


 浙江至德钢业有限公司通过对中检大冷床上的产品进行观察,发现4号坯料的麻面非常严重(粉笔内为麻面严重区域),如图所示,有如下几个特征:a. 麻面严重位置主要分布在4条孔侧位置,且2、4孔顶和1、3、5孔顶位置基本无麻面;b. 左侧、右侧0~1.0 m位置,四个象限的麻面均较严重,无规律;c. 用手触摸麻面,手感为凹凸不平。麻面严重处钢管外表为凹陷状;无麻面的钢管外表光滑,有定径机轧辊留下的痕迹,如图所示。


 中检大冷床上观察到7号坯料的麻面如图所示,看上去很轻微,有如下几个特征:a. 手感光滑,无凹凸不平感;b. 孔侧位置存在颜色差别,有灰色氧化皮+红色氧化皮两种颜色;c. 孔顶位置基本无颜色差别,均为红色氧化皮;d. 认为孔侧位置的灰色氧化皮为定径过程压平所致。


三、麻面缺陷的微观分析


 至德钢业技术人员对2205双相不锈钢无缝管样品取样进行金相和扫描电镜分析,结果表明:a. 样品表面存在残留的氧化铁皮,氧化铁皮厚度约0.08~0.1 mm,分为两层,如图所示;b. 内层氧化铁皮厚度约0.02 mm,较为致密,能谱确定成分为Fe2SiO4;c. 外层氧化铁皮厚度约0.06 mm,较为疏松,能谱确定成分为氧化铁。


四、讨论与分析


 浙江至德钢业有限公司针对2205双相不锈钢无缝管麻面问题进行了系列实验,340mm外径的管体的定径量较小导致表面形成凹凸不平的麻面。而299mm外径的管体定径量较大导致外表形成光滑的灰色氧化皮层,但如后续进行调质处理,仍然存在出现麻面的隐患。


 综合宏观、微观分析结果认为2205双相不锈钢无缝管属于硬度较高的钢种,连轧前高压水除磷时,氧化铁皮的剥离性较差,导致氧化铁皮残留形成麻面。


 查阅相关文献认为,当硅含量在0.2%以上的钢在加热至1250℃以上,金属基体和外层氧化铁皮中间将产生层状的Fe2SiO4,表内能谱分析表明本次内层残留的Fe2SiO4厚度约20μm左右,外层氧化铁约60μm。该文献认为在进行高压水除磷时,界面温度低于1170℃时,Fe2SiO4呈固态,因此外层氧化铁皮与基体的附着力加强,更难去除。连轧除磷时界面温度很少能达到1170℃,因此含硅量高的钢高温时剥离性均较差,容易残留氧化铁皮。27SiMn钢种含Si量高达1.25~1.4%,因此很容易因为除磷不尽而出现麻面。


 目前提高连轧前高压水除磷前温度至1170℃以上难度较大,而2205双相不锈钢无缝管坯料在1100~1300℃之间热塑性随着温度的升高呈下降的趋势。如果环形炉温度升高,2205双相不锈钢无缝管系列产品壁厚控制效果难以达标。因此我们选择降低环形炉加热的均热段温度至1230±10℃,生产节奏执行双相钢牌号,得到如表的对比数据:


 通过对比数据我们可以得出结论,降低环形炉坯料加热的最高温度而延长坯料的保温时间,对2205双相不锈钢无缝管的尺寸没有太大影响。后续对比2205双相不锈钢无缝管加热工艺变更提高连轧前高压水除磷压力至130 kN的和未变更的进行对比跟踪,主要记录了工艺参数、表面状况及轧制力情况,如表得出数据为:


 根据已有结论及大生产数据的对比分析,进行了双相不锈钢无缝管生产工艺参数的调整优化:将环形炉均热段温度控制在1230±10℃,生产节奏执行2205牌号,提高连轧前高压水除磷压力至130 kN。对2205双相不锈钢无缝管生产的轧制力及尺寸情况,没有明显影响但可以有效抑制生产过程中的麻面问题。


  a. 1260/1300℃环形炉温度,管体表面有麻面,不同规格麻面程度不同;麻面程度和坯料直径有一定的关系,∮330≥∮280≥∮250,这是和我们环形炉加热制度有关,坯径越大,加热温度越高,加热时间也越长,在环形炉内形成的硅酸盐氧化皮越厚,因此后续高压水除磷越难去除。


  b. 1220/1240℃环形炉+旁通工艺后,管体表面均无麻面,∮330、∮280及∮250坯料均未发现麻面。这和前期分析报告指出当环形炉加热温度低于1250℃,就无硅酸盐氧化皮形成,能有效的抑制麻面的形成,实际情况和分析结论吻合。


  c. 1220/1240℃环形炉+步进炉工艺对外径的影响较小,正常情况下,不会形成麻面,但是如果由于故障等原因延迟步进炉时间会造成麻面。


  d. 不同规格轧制力对比可知,降低环形炉加热温度至1230℃并未对轧制力存在增高的影响。


  e. 不同规格尺寸对比可知,降低环形炉加热温度至1230℃并未对尺寸存在恶化的影响。


五、结论


 通过将环形炉均热段温度控制1230±10℃,生产2205双相不锈钢无缝管,提高连轧前高压水除磷压力至130 kN,可以有效抑制不锈钢无缝管生产过程中的麻面问题。


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