至德钢业不锈钢无缝管冷轧生产工艺探索分析

 本文主要介绍钢锭杂质含量的变化对不锈钢无缝管冷轧性能的影响，管坯的表面硬度与冷轧的关系；管坯杂质元素、表面硬度与生产效率的关系；管坯杂质元素、表面硬度与成品管材力学性能的关系等三方面，研究了不锈钢无缝管冷轧生产工艺。

一、前言

 镍及镍合金材料，密度低，比强度高，耐腐蚀性能好，运用于石油、化工、电站等领域，由于换热设备需要用于高温高压状态下，因此要求换热管材强度较高，长度较长、壁厚要求厚，才能满足设备压力的要求。由于目前各领域均需降低内部生产成本，同时满足标准要求，浙江至德钢业有限公司针对尺寸为27×3.5×12430mm、材质为304不锈钢无缝管生产，研究、探索合适的生产工艺，节约生产成本，提高管材成品率，产品交给客户使用后，满足客户技术条件，生产的换热器产品使用后，达到设计要求。

二、试验

 1. 试验材料及设备

  试验原料由浙江至德钢业有限公司采用3T真空自耗电弧炉熔炼的TA3铸锭，其化学成份如表所示，均符合GB/T3620.1-2007标准要求，其中主要是铁、氧含量不同。采用自由锻将铸锭二火次二墩二拔锻造成90mm棒材，下料后车加工成86mm光棒材；作为斜轧穿孔用的坯料。在感应炉内加热，然后送入保温电炉中加热棒材，加热时间为40-60分钟，在LXCp50加强斜轧穿孔机对棒材进行穿孔，用LG60HC二辊轧机冷轧机开坯，LG30二辊冷轧机轧制成品，用380KW电炉进行中间退火，然后在14米真空热处理炉进行成品退火。

 2.  工艺流程及道次加工率

  铸锭--剥皮--二火次二墩二拔锻造-毛棒--下料-车加工--棒坯--加热--斜轧穿孔--平头修磨-二辊冷轧开坯--超声波除油--修刮-镗孔--中间退火--二辊轧制--超声波除油--成品退火--检验--切定尺--包装入经过三道次冷轧制成27×3.5×12430mm成品不锈钢无缝管，其道次加工量如表所示。

 3. 试验过程

  三个炉次各取10支TA3管坯，在不同的穿孔温度，在相同的轧制条件及中间热处理条件下进行轧制试验。

  三个炉批次棒材，在感应炉内采用相同的温度加热，然后送入保温电炉中，根据TA3化学成分计算相变点温度，根据相变点温度定穿孔温度，在不同的加热温度进行加热棒材，如表3所示，进行穿孔，穿孔后检测管材硬度的试验。

  穿孔后管坯，进行相同条件的表面处理后，用相同的轧制速度、送进量、变形量进行轧制，研究轧制后管材表面质量的影响。最后对不锈钢无缝管进行力学性能及工艺性能试验，选取正确的热处理工艺，生产出符合标准的管材，并通过金相试验分析管材。

三、试验结果与讨论

 1. 管坯穿孔后表面硬度与轧制的关系

  从表可看出氧和铁元素的不同，其余杂质元素含量相近，氧含量的增加，会导致不锈钢无缝管坯冷轧时较困难；导致穿孔后管坯表面硬度的不同，如表所示列出了3个铸锭在相同变形量、送进量、轧制速度、冷却润滑条件下轧制的情况。如表所示，铸锭的冷加工性能差，表面平均硬度高，第一道在轧制3支不锈钢无缝管发生严重横向裂纹，轧制无法进行，坯料浪费较大。铸锭的冷轧性能次之，表面平均硬度适中，第一道轧制后10支管材表面有微裂纹，经过修刮处理后，轧制出成品。铸锭的冷加工性能好，表面平均硬度较小，轧制后管材表面质量好，经过上述管坯轧制后，可以看出随氧含量、表面平均硬度的降低，冷轧性能变得优良。

 2. 管坯杂质元素、表面硬度与生产效率的关系

  如表所示不锈钢无缝管坯轧制表面质量关系可以看出，杂质元素含量高、表面硬度高的管坏，轧制后管坯成材率较低，工时较高，生产效率低；铸锭管坯经过调整冷轧变形量、送进量、轧制速度后如表所示，管材能轧制出成品，比铸锭管坯多轧制二道出成品，增加了修磨量。可以看出随氧含量、表面平均硬度的降低，生产效率、成材率都有提高，节约生产成本。

 3. 管还杂质元素、表面硬度与成品管材力学性能的关系

 如表所示，通过不同加热温度，相同的保温时间，达到满足标准要求的力学性能及工艺要求；如达到相近抗拉强度管材（530MPa），对于氧含量及管坯表面硬度不同的成品管材，锭号成品管材，分别采用了热处理温度为650℃、600℃、500℃。对于氧含量低，管坯表面硬度低的不锈钢无缝管，对于成品不锈钢无缝管材通过热处理均能满足标准要求，但氧含量高，管坯表面硬度高的管材需要提高热处理温度才能达到要求，需要消耗更多的电能，增加生产成本。

 4. 管坯杂质元素、表面硬度与成品管材金相的关系

  对于氧含量及管坯表面硬度不同的成品不锈钢无缝管，如达到相近抗拉强度管材（530MPa），三个锭号的管材分别采用了热处理温度为650℃、600℃、500℃，通过金相分析，如图所示，随氧含量及管坯表面硬度降低，成品管材热处理温度也降低，能耗降低；晶粒度也变细，力学性能变优，也就是说组织决定性能。

四、结论

 1. 三种锭号管坯都能生产合格的不锈钢无缝管，氧含量等杂质元素越高，管坯表面硬度越高；随氧含量等杂质元素、管坯表面硬度的增加，生产难度加大，生产效率降低。

 2. 选用氧含量为≤0.08%的铸锭生产不锈钢无缝管，表面质量好，管材生产效率较高、成品率较高，选用氧含量≥0.15%管坯，表面质量较差，表面修磨量较大，需增加轧制道次，才能生产合格的管材。

 3. 选用氧含量、表面硬度高的管材，成品热处理温度随氧含量增加和表面硬度增高而增高，单位生产能耗较高，增加生产成本。

 4. 选用氧含量≤0.08%，Fe含量≤0.10%的铸锭制作不锈钢无缝管，轧制道次较少、轧制后管材表面质量较好、生产效率高、成本较低。