至德鋼業(yè)不銹鋼無縫管擴口性能研究分析

 浙江至德鋼業(yè)有限公司通過對比進口料和國產(chǎn)料的組織，確定了提高不銹鋼無縫管擴口性能組織的改進方向為細化組織晶粒度，消除組織各向異性。對比拉伸法和軋制法，發(fā)現(xiàn)軋制法生產(chǎn)的管材退火后組織晶粒更細小且各向異性更小。通過退火制度摸索，確定采用（470℃～490℃）4小時制度退火后的軋制管材組織的均勻程度最好，擴口成功率最高，完全可以達到實際應(yīng)用需求。

 不銹鋼無縫管具有優(yōu)良的抗腐蝕性能和焊接性能，在油品化工行業(yè)應(yīng)用廣泛。而該合金無縫薄壁管材（壁厚小于5mm）因其具有良好的承壓能力，經(jīng)常用于油品化工行業(yè)設(shè)備相應(yīng)的輸油或帶有腐蝕性液體的輸送管道或零件上。在不同直徑管道對接時，經(jīng)常需要兩端具有不同直徑的空心管材零件。為獲得兩端不同直徑的管材零件，需對管材一段進行擴口，以便于不同直徑的管材進行連接。依據(jù)專門制作類似零件的某客戶反饋，擴口后管材直徑需達到原始直徑的1.2倍至1.5倍，國產(chǎn)不銹鋼無縫管在進行擴口時，擴口失敗率較明顯高于從日本進口的管材。目前，對不銹鋼無縫管的擴口性能的公開報道和研究資料極少，浙江至德鋼業(yè)有限公司通過對不同的壓力加工工藝和熱處理工藝進行研究分析，探索可以達到進口料擴口性能的生產(chǎn)工藝。

一、試驗材料和方法

 1. 試驗用料

  試驗材料有兩類，化學(xué)成分均滿足表的要求：一類為日本進口?28mm×3.0mm小段不銹鋼無縫管試樣和國產(chǎn)不銹鋼無縫管?28mm×3.0mm小段試樣，主要用于對比組織差異；另一類為用于開展本文中各壓力加工試驗的鑄錠坯料。

 2. 試驗方法

 選取客戶典型規(guī)格?28mm×3.0mm不銹鋼無縫管作為試驗?zāi)繕?biāo)規(guī)格，分別采用擠壓-拉伸和擠壓-軋制兩種常見的工藝方案進行對比，其加工工藝流程詳見表。主要的加工過程為：由規(guī)格為?270mm×?160mm×760mm空心鑄錠坯料經(jīng)3500t擠壓機首次擠壓獲得?120mm×?36mm×5500mm坯料管材；經(jīng)過切斷、車皮、鏜孔后獲得?118mm×?38mm×250mm二次擠壓用坯料，然后采用600t擠壓機二次擠壓獲得?43mm×5.0mm管材坯料，最后經(jīng)過軋制和拉伸獲得規(guī)格為?28mm×3.0mm的試驗料。

 選擇6種成品退火工藝進行試驗，從中選擇最佳退火工藝，具體退火工藝參數(shù)詳見表。最后通過擴口試驗（均按擴大1.5倍進行驗證）和組織分析得出最佳的生產(chǎn)工藝。為保證試驗檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，擴口試驗按照GB/T 242-2007《金屬管擴口試驗方法》的規(guī)定執(zhí)行。

二、試驗結(jié)果與分析

1. 國產(chǎn)料與進口料組織對比

 為分析導(dǎo)致國產(chǎn)不銹鋼無縫管與進口不銹鋼無縫管擴口成功率差異的原因，對兩種物料進行了組織對比分析，進口料組織詳見，國產(chǎn)料的組織對比詳見圖。通過對比分析，進口料為完全的再結(jié)晶組織，國產(chǎn)料為不完全再結(jié)晶組織，方向性較強，明顯沿加工方向變長。

 不銹鋼無縫管擴口試驗是管材常見工藝性能檢測試驗，主要檢測管材由原始外徑擴展到某特定外徑而不產(chǎn)生裂紋的能力。由于擴口過程中，管材延外徑向四周均勻進行擴展，組織的晶粒越均勻細小以及各向異性越小，擴口性能會越好。因此，后續(xù)加工方法和退火熱處理制度的選擇必須以使管材的組織晶粒均勻細小化和消除組織各向異性為導(dǎo)向。

 2.加工工藝結(jié)果與對比分析

 對兩種生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的不銹鋼無縫管，在同一制度退火后（420℃～440℃，保溫4小時），進行室溫拉伸力學(xué)性能對比，檢測數(shù)據(jù)詳見表，可以看出兩者的力學(xué)性能差異不大。

 為使試驗結(jié)果更具有實用意義，擴口試驗依據(jù)客戶最大使用要求統(tǒng)一擴大1.5倍，既外徑由28mm擴口至44mm。在同一制度退火后（420℃～440℃，保溫4小時），對兩種工藝生產(chǎn)的管材進行擴口試驗，檢測數(shù)據(jù)見表。通過數(shù)據(jù)對比可以看出，軋制法生產(chǎn)的管材擴口性能優(yōu)于拉伸法生產(chǎn)的管材。

 為進一步分析，對兩種工藝生產(chǎn)的上述不銹鋼無縫管進行組織對比分析。通過對比圖中不同方法生產(chǎn)管材退火前后組織，可見冷加工后的退火組織均發(fā)生再結(jié)晶?？梢娷堉品ㄉa(chǎn)的管材經(jīng)過退火后其組織比拉伸法生產(chǎn)的管材組織晶粒更加細小。

 不銹鋼無縫管軋制過程中，金屬受三向壓應(yīng)力，金屬的組織破碎相對更充分、均勻，組織位錯多；而在管材拉伸過程中，金屬受兩向拉應(yīng)力和一向壓應(yīng)力，金屬變形主要是沿著縱向（即軋制方向）延伸，組織晶粒主要被拉長，組織破碎程度沒有軋制過程充分，組織位錯少。位錯可以作為退火過程再結(jié)晶形核質(zhì)點。位錯越多，形核質(zhì)點越多，再結(jié)晶過程形成的晶粒越細小。因此，經(jīng)在相同的退火制度處理后，使用軋制法生產(chǎn)的管材晶粒度更細小。

 3. 成品熱處理制度的影響

 依據(jù)表中的熱處理制度進行退火試驗。每個制度選組20個采用軋制法生產(chǎn)的管材試樣進行擴口試驗，檢測結(jié)果見表。從表試驗結(jié)果可以看出，在相同的保溫時間條件下，隨著退火溫度的升高，擴口合格率提高幅度非常明顯，在470℃～490℃范圍到達到最佳。在相同的退火溫度下，依據(jù)擴口合格數(shù)對比，保溫時間對擴口合格率的影響相對較小，絕對數(shù)差均在3個以內(nèi)。

 圖為不同熱處理制度管材的組織照片。通過圖進行組織對比可以看出，在相同的保溫時間條件下，隨著退火溫度的升高，再結(jié)晶進行得越充分，晶粒細化越明顯，組織的各項異性逐漸消除。在470℃～490℃退火溫度范圍，組織均為等軸再結(jié)晶晶粒，組織的各項異性全部消除。通過圖進行組織對比可以看出，在相同的退火溫度條件下，保溫時間延長，晶粒發(fā)生了異常長大，組織均勻性變差。

三、結(jié)論

 1. 通過軋制法和拉伸法生產(chǎn)管材的擴口試驗以及組織分析，實際生產(chǎn)過程應(yīng)選用軋制法更有利于提高不銹鋼無縫管的擴口性能。

 2. 經(jīng)過冷加工的不銹鋼無縫管，退火溫度低于450℃時制品組織中再結(jié)晶不充分，存在各向異性。經(jīng)過（470℃～490℃）4小時熱處理制度退火后的軋制管材組織的均勻程度最好，擴口成功率最高，完全可以達到實際應(yīng)用需求。