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20G冷拔高压锅炉钢管中魏氏组织的生成及消除
发布时间：2013-06-13 08:05 来源：未知
0、前言
2000年元月，安阳钢铁股份公司第四轧钢厂（简称轧钢厂）成功地开发出20G冷拔高压锅炉钢管，在随后的大批量生产中，产品的力学性能合格率达到100%；脱碳层、晶粒度的合格率达到100%．但在部分试样的组织中存在魏氏组织(W)。按照国家标准要求，魏氏组织是20G冷拔高压锅炉钢管不允许存在的异常组织。通过理论与生产实际分析，找出了20G冷拔高压锅炉钢管巾魏氏组织形成的原因以及消除的方法，本文对此作简要介绍。
1、存在魏氏组织的根源
文献认为，亚共析钢在奥氏体晶粒粗大且冷却速度大于100℃/min，或者正常晶粒冷却速度大于500℃/min的条件下才产生魏氏组织；而低碳钢在高温长时间加热空冷后，也能形成魏氏组织。也就是说具有粗大晶粒的20钢在奥氏体状态(835℃以上)以较快速度冷到650℃就能形成魏氏组织。为了找出生产中20G冷拔高压锅炉钢管魏氏组织产生的根源，分别对中50 mm*9mm、中32 mmx3 mm、中57 mmx3.5 mm常用规格的20G冷拔高压锅炉钢管的热轧管生产、冷拔管中间退火及成品管正火等环节进行了取样分析。
1.1热轧管显微组织分析
轧钢厂∮90 mm机组的实际生产情况是：管坯加热时，加热段的温度为1100—1200℃，均热段的温度为1250—1300℃，这两个温度段的加热时间超过1h这种条件很容易形成粗大的奥氏体晶粒；同时，穿孔后毛管温度在1200℃以上，热轧后荒管温度在950℃左右，轧制过程中的温降约为300℃，冷却速度大于100℃/min，具备了产生魏氏组织的条件。生产∮50mmx9mm、∮32mmx3mm、∮57mmx3.5mm的冷拔管，其所用热轧管的规格分别为∮83 mmx10mm、∮74mmx3.8 mm、∮74 mmx4.3 mm。随机取热轧管样20个，用于显微组织分析。分析结果表明，热轧管试样全部存在魏氏组织，魏氏组织的级别为1.5—3.0级，并且加热温度越高，时间越长，魏氏组织的级别越高。
1.2 2成品管拔制前钢管的显微组织分析
成品钢管拔制前，随机取中间管样20个进行显微组织分析。分析结果是：组织均为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度为8.0～9.5级，所有试样没有魏氏组织，这说明通过中间退火处理后，完全消除了热轧管中的魏氏组织，见表1。
1.3 20C成品钢管正火后的显微组织
20G成品钢管正火后显微组织数据统计见表2。
经对各工序钢管的组织分析可知，20G冷拔高压锅炉钢管中魏氏组织的产生是因成品正火工艺的控制或操作不当造成的。
2、原因分析
从轧钢厂的退火炉结构看，该炉的有效长度约34 m，由供热的加热1段、加热2段和不供热的均热段组成。其中进料端的供热段长度约14 m，出料端的均热段长度约20 m，炉内辊道等速运行。钢管人炉后先在加热段进行强制加热，然后进入均热段，靠烟气余热完成均热保温过程，钢管在炉内的运行方向与炉气流向相同。因此正常生产时，钢管在供热段的加热时间约占退火时间的2/5，在均热段的均热保温时间占退火时间的3/5：如果退火时间为15 min．则加热时间只有6 min，而均热保温时间为9 min。由于均热段未设加热烧嘴，钢温的控制主要在加热段完成，所以出炉钢温可控性差，尤其是薄壁钢管（升温快、降温也快）。表3中的统计数据表明，在现有生产条件下，20℃冷拔高压锅炉钢管中的魏氏组织主要发生在薄壁管的生产过程中。现以∮57 mmx3.5 mm管为例，对20℃冷拔高压锅炉钢管魏氏组织的产生原因进行分析，富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
2.1数据统计
表3为∮57 mmx3.5 mmx9000 mm钢管每批正火后魏氏组织的统计情况。正火加热后的冷却方式均为自然冷却。
2.2原因分析
根据试验和以上生产统计数据可以认为：①出炉钢温越高，魏氏组织生成的机率越大：②供热段加热温度越高，魏氏组织生成的机率越大；③加热时间越长，魏氏组织生成的机率越大；③较低的加热温度和较长的加热时间，并未使成品管中的魏氏组织随之增大，这说明魏氏组织对加热时间的敏感性远小于加热温度；⑤20G高温正火时的奥氏体品粒长大，是20G冷拔高压锅炉钢管是否产生魏氏组织的根本原因，如果正火工艺控制合理，奥氏体晶粒细小，则完全可以不产生新的魏氏组织；⑥在一定的加热时间内，当钢管出炉温度>920℃时，其出现魏氏组织的机率要远远大于钢管出炉温度<920℃时的机率。
2.3理论依据
按照GB 5310-1995要求，20G正火钢温在900~930℃。由于轧钢厂退火炉的条件所限，工艺执行时，钢管需在供热段强制加热，且达到的钢温需远高于900~930℃，更易造成钢管过热。另一方面，钢管在均热段时间较长，也容易形成粗大的奥氏体晶粒。从理论上讲，粗大的奥氏体晶粒，在快速冷却的条件下容易产生魏氏组织。
实际生产中，正火后出炉钢温在90O℃以上，薄壁管出炉后冷却速度能达到100～1500℃/min．而且随着钢温的提高，冷却速度会进一步加大，所以很容易形成魏氏组织。而厚壁管升温、降温均较慢，不易过热，且出炉钢温易保证，正常晶粒的20G钢管很难产生魏氏组织。所以∮50 mmx9 mm的20G钢管，正火后冷却即使采用风冷，也不会产生魏氏组织。
3、魏氏组织的消除
消除魏氏组织的常用方法是采用正火、退火处理等。经对4批因存在魏氏组织不合格的中57 mmX3.5 mm钢管重新正火处理，然后逐一取样检查魏氏组织消除情况，其结果见表4。
从表4看出，再次正火处理时，钢温控制在≤910℃，几乎可以消除魏氏组织；但不合理的重处理工艺，不仅没有消除魏氏组织，而且会新生成魏氏组织和增加魏氏组织的级别。
4、措施
为了更加有效地控制20G冷拔高压锅炉钢管的组织形态，杜绝魏氏组织，对普通的退火炉来说，应做如下改进。
(1)改进退火炉辊道传动系统，供热段和均热段辊道传动相互独立，速度独立调控，使加热时间和均热时间可灵活调整，为工艺执行提供保障。
(2)对炉子进行适当的改进，在均热段增设烧嘴，保证出炉钢温的可控性。
(3)在原进料端设置收集料槽，以便退火炉能正反两向处理钢管：20G成品管高温正火时可进行反向处理。这样既保证钢管的出炉温度，叉可控制钢管的加热时间。
5、结论
(1) 20G冷拔高压锅炉钢管在高温正火处理时容易形成粗犬的奥氏体晶粒，在出炉冷却速度达到100℃/min时，极易产生魏氏组织。
(2)厚壁钢管不易出现过热，且出炉后的冷却速度较慢，所以厚壁管较薄壁管不易产生魏氏组织。
(3)魏氏组织可以通过合理的正火或退火处理来消除。
(4)在薄壁管的生产中，成品钢管退火时的出炉温度控制在900~920℃，能够在一定程度上避免魏氏组织的产生。
