不銹鋼無(wú)縫鋼管屈服強(qiáng)度偏低原因分析報(bào)告

   浙江至德鋼業(yè)有限公司研究了在包鋼鋼管公司460mm PQF連軋機(jī)組生產(chǎn)的不銹鋼無(wú)縫鋼管，針對(duì)軋態(tài)無(wú)縫管屈服強(qiáng)度偏低的情況，從材料的規(guī)格、化學(xué)成分、力學(xué)性能以及它們的相關(guān)性分析了屈服強(qiáng)度偏低的原因，并提出改進(jìn)措施，保證鋼管的質(zhì)量。20鋼屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，該鋼的強(qiáng)度低，韌性、塑性和焊接性均好，不經(jīng)過(guò)熱處理，軋態(tài)使用，被廣泛運(yùn)用于一般的機(jī)械制造業(yè)中不太重要的零部件以及建筑結(jié)構(gòu)中，具有穩(wěn)定的市場(chǎng)份額，但包鋼460mm機(jī)組在生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)多個(gè)批次多種規(guī)格出現(xiàn)屈服強(qiáng)度低于輸送流體用不銹鋼無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)下限的要求，導(dǎo)致部分產(chǎn)品需經(jīng)過(guò)正火后性能才能滿足要求，造成了該鋼的制造成本偏高，針對(duì)這種情況，從材料的規(guī)格、化學(xué)成分、組織等多個(gè)方面和材料性能影響關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施和建議。

一、化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)

    按照GB/T14976-2012，《輸送流體用不銹鋼無(wú)縫鋼管》對(duì)不銹鋼成分要求，包鋼鋼管公司460mm機(jī)組生產(chǎn)的20鋼的主要元素為C、Si、Mn，不含Cr、Ni、Cu等合金元素。因此，對(duì)其主要強(qiáng)化元素C、Mn成分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，共計(jì)536個(gè)樣本數(shù)據(jù)。從成分統(tǒng)計(jì)中可以看出，碳集中分布在0.18%-0.21%之間，錳集中分布在0.45%以下，全部滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，出于成本考慮，錳煉鋼控制偏標(biāo)準(zhǔn)要求的下限。

二、性能和壁厚影響關(guān)系統(tǒng)計(jì)

    根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可知，對(duì)于不同的壁厚，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料屈服強(qiáng)度要求不一樣，而且北方冬天和夏天溫差較大，冬天軋制和夏天軋制后的鋼管冷速存在差別，可能會(huì)對(duì)材料性能有一定的影響，因此，分別對(duì)460mm機(jī)組冬天(11月份)和夏天（8月份）生產(chǎn)的20鋼分壁厚≤16mm，16mm<壁厚≤30mm，壁厚>30mm的屈服強(qiáng)度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖。460mm機(jī)組生產(chǎn)的20鋼所有的抗拉強(qiáng)度和延伸率都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，在這里不做統(tǒng)計(jì)。

    從冬天P460mm機(jī)組生產(chǎn)20鋼屈服強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)可以看出，壁厚<30mm材料屈服強(qiáng)度有極個(gè)別低于標(biāo)準(zhǔn)下限要求的現(xiàn)象出現(xiàn)，概率約為2%0(樣本數(shù)1185個(gè))。但壁厚≥30mm材料的屈服強(qiáng)度低于下限要求的現(xiàn)象明顯增多，檢驗(yàn)不合的概率約為17%（樣本數(shù)相對(duì)少共計(jì)25個(gè)樣本數(shù)據(jù)）；從夏天生產(chǎn)20鋼屈服強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)可以看出，壁厚<30mm材料屈服強(qiáng)度有極個(gè)別低于標(biāo)準(zhǔn)要求下限的現(xiàn)象出現(xiàn)，概率約為4%(樣本數(shù)648)。但壁厚≥30mm材料的屈服強(qiáng)度低于下限要求的現(xiàn)象明顯增多，檢驗(yàn)不合的概率約為12.5%（樣本數(shù)相對(duì)少共計(jì)26個(gè)樣本數(shù)據(jù)）。

   總的來(lái)說(shuō)460mm機(jī)組生產(chǎn)20鋼夏天和冬天情況基本一致，隨著壁厚的增加，屈服強(qiáng)度不合現(xiàn)象明顯增多，壁厚<30mm，屈服強(qiáng)度偏低的情況非常少見(jiàn)，屬于個(gè)別現(xiàn)象，但也應(yīng)當(dāng)看到，材料的屈服強(qiáng)度都偏標(biāo)準(zhǔn)要求的下限。但壁厚≥30mm的20鋼，屈服強(qiáng)度偏下限的現(xiàn)象增多，屈服強(qiáng)度不合概率達(dá)到了約15%。

三、組織檢驗(yàn)

    包鋼鋼管公司159mm機(jī)組生產(chǎn)不銹鋼無(wú)縫鋼管以小規(guī)格薄壁為主，460mm機(jī)組生產(chǎn)的鋼管以大規(guī)格厚壁為主，從現(xiàn)場(chǎng)抽取化學(xué)成分碳在0.18%～0.21%之間，錳含量在0.45%以下的爐號(hào)，分別從159mm機(jī)組和460mm機(jī)組取規(guī)格為76mm×4mm和406mm×40mm對(duì)比樣進(jìn)行了組織性能檢驗(yàn)對(duì)比。

   不同規(guī)格下20鋼的性能和組織對(duì)比見(jiàn)表從材料性能可知，159mm機(jī)組生產(chǎn)小規(guī)格76mm×4mm的20鋼屈服強(qiáng)度比460mm機(jī)組生產(chǎn)的大規(guī)格406mm×40mm的20鋼屈服強(qiáng)度高約170MPa。76mm×4mm鋼管晶粒度為10.5級(jí)，406mm×40mm鋼管晶粒度為4.5級(jí)，兩者相差6級(jí)，這是因?yàn)殇摴芤?guī)格小，壁厚薄，軋制過(guò)程中鋼管的降溫快，終軋溫度低，同時(shí)76mm×4mm鋼管用180mm坯型軋制，壓縮比為28，406mm×40mm鋼管用460mm坯型軋制，壓縮比為3.6，因此軋制76mm×4mm鋼管的壓縮比軋制406mm×40mm鋼管壓縮比大的多，單道次軋制過(guò)程中壓下量大使鋼管發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，兩者導(dǎo)致76mm×4mm鋼管比406mm×40mm鋼管組織要細(xì)的多，從而使159mm機(jī)組軋制的20鋼比460mm機(jī)組軋制的20鋼屈服強(qiáng)度高得多。同類比較406mm×40mm鋼管合格與不合格的力學(xué)性能及金相組織，也可以看出在這種由于晶粒細(xì)化提高屈服強(qiáng)度的規(guī)律。

四、結(jié)論

    1. 由于460mm機(jī)組壁厚<30mm的不銹鋼無(wú)縫鋼管出現(xiàn)屈服強(qiáng)度偏低的情況少，但也是偏標(biāo)準(zhǔn)要求的下限居多，從成本考慮起見(jiàn)，只將碳的范圍改成0.19%～0.23%按標(biāo)準(zhǔn)要求上限控制，錳的成分不變，成本無(wú)需增加還能提高鋼的強(qiáng)度。

   2.  460mm機(jī)組生產(chǎn)壁厚≥30mm的不銹鋼無(wú)縫鋼管，將碳范圍改為0.19%～0.23%，錳范圍調(diào)整為0.45%～0.65%．按標(biāo)準(zhǔn)成分要求的上限控制，利用強(qiáng)化元素提高鋼管的屈服強(qiáng)度。

  3. 加熱爐不同區(qū)域加熱溫度盡可能控制在1230℃以下，降低鋼管的終軋溫度；軋制過(guò)程中，定徑后水冷巷道全開(kāi)，床上風(fēng)機(jī)全開(kāi)，提高軋制后的冷速，細(xì)化晶粒提供強(qiáng)度。