45#圓管坯棒材穿管裂紋成因及控制措施

賀繼勇，李鵬超，廉京習(xí)，劉 磊

（臨沂鋼鐵投資集團(tuán)特鋼有限公司，山東 臨沂 276023）

1 前 言

某鋼管有限公司利用45#圓管坯棒材生產(chǎn)規(guī)格為Φ114 mm×4.5 mm 的穿管產(chǎn)品，成品車削深度0.2～0.4 mm 后，發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重的表面發(fā)紋。通過對(duì)管材缺陷部位進(jìn)行金相、掃描電鏡微區(qū)分析，排除穿管制造過程原因造成。進(jìn)一步對(duì)未使用原材料成品棒材取樣塔形檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)存在同類狀態(tài)表面發(fā)紋，對(duì)塔形樣品缺陷部位進(jìn)行宏觀形貌觀察、化學(xué)成分、金相以及掃描電鏡微區(qū)分析，找出裂紋產(chǎn)生的原因。

2 生產(chǎn)工藝

冶煉工藝：120 t BOF→120 t LF→1#連鑄機(jī)CC連鑄（200 mm×200 mm）→坯料加熱爐加熱→高壓水除磷→粗軋軋制→飛剪切頭尾→精軋軋制→倍尺剪分段→冷床編組→鋸切定尺→端部倒棱→收集、打包、稱重→掛標(biāo)牌貼標(biāo)簽→入庫(kù)。

用戶加工工藝：入廠檢驗(yàn)→下料→加熱→熱穿管→酸洗、磷化、皂化→矯直→管坯成品→鋸切下料→機(jī)械加工。

3 檢驗(yàn)分析

3.1 裂紋宏觀形貌

管坯車削后發(fā)現(xiàn)裂紋分布無規(guī)律，呈發(fā)紋密封狀態(tài)；1#樣品外表面經(jīng)磨削，2#樣品外表面經(jīng)車削加工。

3.2 化學(xué)成分及氣體含量分析

表1為缺陷試樣化學(xué)成分及氧、氮?dú)怏w含量的測(cè)定結(jié)果。由表1可見，化學(xué)成分符合GB/T 700—2016的要求，但O、N含量偏高。

表1 裂紋試樣的化學(xué)成分及氣體含量

3.3 金相檢驗(yàn)

取樣進(jìn)行高倍檢驗(yàn)，利用蔡司Axio Imager M2m金相顯微鏡進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：1#樣品裂紋處的橫向試樣，經(jīng)金相高倍檢驗(yàn)，裂紋內(nèi)有大顆粒的非金屬夾雜物存在，缺陷處無氧化脫碳現(xiàn)象（見圖1）。2#樣品掉肉缺陷處的縱向試樣，經(jīng)金相高倍檢驗(yàn)，局部車削凸起的根部存在大顆粒非金屬夾雜物。

圖1 1#試樣裂紋內(nèi)的大顆粒夾雜物（橫向200×）

3.4 掃描電鏡分析

通過ZEISS EVO MA/LS 系列掃描電子顯微鏡對(duì)裂紋尾端延長(zhǎng)線上夾雜物及雜質(zhì)進(jìn)行能譜分析發(fā)現(xiàn)，短線狀?yuàn)A雜物主要含S、Mn等元素，形貌分析應(yīng)屬于第二類硫化物夾雜（見圖2），而黑色顆粒狀?yuàn)A雜物中含有Na和K（見圖3），只有保護(hù)渣成分中有Na和K，由此判斷此夾雜物為保護(hù)渣。

圖2 試樣夾雜物電鏡分析

圖3 2#試樣掉肉缺陷處車削凸起根部存在大顆粒夾雜物電鏡圖像

3.5 塔形檢測(cè)

對(duì)未使用棒材產(chǎn)品取樣塔形檢測(cè)，并對(duì)目視可見裂紋處取樣進(jìn)行電鏡掃描分析。通過對(duì)塔形裂紋分析也發(fā)現(xiàn)保護(hù)渣成分Na，這與樣品分析結(jié)果相一致，說明引起產(chǎn)品開裂的原因是鋼中夾渣。

4 邊裂原因及改進(jìn)措施

4.1 原因分析

（1）通過對(duì)缺陷試樣裂紋位置成分、氣體檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，成分含量均符合國(guó)標(biāo)要求，O、N含量雖偏高，但不是產(chǎn)生裂紋的原因。（2）1#樣品經(jīng)體視鏡觀察磨削外表面局部有縱向裂紋缺陷，缺陷產(chǎn)生原因?yàn)樵嚇右粋?cè)局部存在大顆粒夾雜物，經(jīng)磨削后夾雜物暴露于表面所致。（3）2#樣品經(jīng)掃描電鏡觀察，車削外表局部的凸起處存在掉肉缺陷，產(chǎn)生原因?yàn)榫植寇囅魍蛊鸬母看嬖诖箢w粒非金屬夾雜物而割裂了基體的連續(xù)性，機(jī)加工到此處導(dǎo)致掉肉。（4）兩個(gè)試樣缺陷處的大顆粒夾雜物經(jīng)掃描電鏡能譜分析，均為保護(hù)渣成分，對(duì)棒材做塔形分析也證明了這一點(diǎn)。

4.2 改進(jìn)措施

（1）修訂進(jìn)廠保護(hù)渣標(biāo)準(zhǔn)，確保保護(hù)渣性能滿足生產(chǎn)要求及產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。（2）確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)操作是否存在違規(guī)操作，水口性能是否滿足生產(chǎn)要求。（3）優(yōu)化工藝調(diào)整，將浸入式水口插入深度由80～120 mm調(diào)整為110～130 mm；調(diào)整結(jié)晶器電磁攪拌強(qiáng)度，防止強(qiáng)度過大撓動(dòng)結(jié)晶器內(nèi)鋼液面波動(dòng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

連鑄浸入式水口插入深度偏淺存在卷渣隱患，形成外來夾雜物。電磁攪拌強(qiáng)度過大情況下，結(jié)晶器銅管內(nèi)鋼液面波動(dòng)明顯，破壞渣層。改進(jìn)措施實(shí)施后對(duì)軋材進(jìn)行取樣做塔形分析，合格率100%。對(duì)用戶使用情況進(jìn)行跟蹤，穿管后基本無裂紋產(chǎn)生。