《无缝钢管27SiMn麻面缺陷的产生原因及控制措施》
【摘要】:针对热轧无缝钢管生产线27SiMn旋挖钻管和冷拔油缸管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:27SiMn属于含Si量高的钢种，当环形炉加热至1250°C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。将环形炉温度控制在1230±10°C，生产节奏执行P91牌号，以及提高连轧前高压水除磷压力至130kN，可以有效控制麻面缺陷。
【关键词】:无缝管;麻面缺陷;环形炉;高压水除磷
27SiMn旋挖钻管和冷拔油缸管是当前应用最普遍的两种管材[1-3]。然而，在实际生产过程中，27SiMn旋挖钻管和冷拔油缸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27SiMn旋挖钻管和冷拔油缸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27SiMn旋挖钻管和冷拔油缸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。
1生产工艺介绍及热轧过程参数信息采集
27SiMn旋挖钻管和冷拔油缸用管的光管，主要有两种生产工艺流程[4-5]:
(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。
通过对27SiMn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1所示。
2麻面缺陷的宏观分析
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1、图2所示，有如下几个特征:1)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;2)左侧、右侧0~1.0m位置，四个象限的麻面均较严重，无规律;3)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2所示。
中检大冷床上观察到7号坯料的麻面如图3所示，看上去很轻微，有如下几个特征:1)手感光滑，无凹凸不平感;2)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;3)孔顶位置基本无颜色差别，均为红色氧化皮;4)认为孔侧位置的灰色氧化皮为定径过程压平所致。
3麻面缺陷的微观分析
对2GY20214样品取样进行金相和扫描电镜分析，结果表明:1)样品表面存在残留的氧化铁皮，氧化铁皮厚度约0.08~0.1mm，分为两层，如图4所示;2)内层氧化铁皮厚度约0.02mm，较为致密，能谱确定成分为Fe2SiO4;3)外层氧化铁皮厚度约0.06mm，较为疏松，能谱确定成分为FeO。如图5和图6所示。
4讨论与分析针
对27SiMn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27SiMn属于含Si量高的钢种，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[6-8]，当Si含量在0.2%以上的钢在加热至1250°C以上，金属基体和外层氧化铁皮中间将产生层状的Fe2SiO4，表2内能谱分析表明本次内层残留的Fe2SiO4厚度约20μm左右，外层FeO约60μm。该文献认为在进行高压水除磷时，界面温度低于1170°C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°C，因此含Si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1.25~1.4wt%，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°C以上难度较大，而27SiMn坯料在1100~1300°C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，27SiMn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°C，生产节奏执行P91牌号，得到如表3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27SiMn系列钢管的尺寸没有太大影响。后续对比27SiMn系列钢管加热工艺变更提高连轧前高压水除磷压力至130kN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4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27SiMn钢种钢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°C，生产节奏执行P91牌号，提高连轧前高压水除磷压力至130kN。对27SiMn钢种钢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。
(1)1260/1300°C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。
(2)1220/1240°C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°C，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。
(3)1220/1240°C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。
(4)不同规格轧制力对比可知，降低环形炉加热温度至1230°C并未对轧制力存在增高的影响。
(5)不同规格尺寸对比可知，降低环形炉加热温度至1230°C并未对尺寸存在恶化的影响。
5结论
通过将环形炉均热段温度控制1230±10°C，生产节奏执行P91牌号，提高连轧前高压水除磷压力至130kN，可以有效抑制27SiMn旋挖钻管和冷拔油缸管生产过程中的麻面问题。
参考文献: 李洁 湖南衡阳421001
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