浙江宏盛特钢有限公司对310S不锈钢管外折叠缺陷问题,以钢的化学成份及冶炼，加工工艺等几个方面进行了探讨和研究,多方面分析和提出了产生310S不锈钢管外折叠原因及需采取的措施。不锈钢管外折叠是国内外冶金工作者已研究多年的课题: 就外折出现的几率来看，以簿壁不锈钢管为最多。我国近年来从不同的角度对310S不锈钢管外折叠进行了研究。由于他们在研究这个问题时所面临的条件不同,只是局部地分析了外折产生的原因。除了钢的冶炼工艺对钢管外折叠的影响之外,钢的轧制工艺参数对外折叠的影响也是不容忽视的。浙江宏盛特钢有限公司结合生产实际，全面系统地分析研究了采用650Kg锭型生产薄壁不锈钢管产生外折的原因,并提出了减少外折叠的工艺措施。

一、冶炼

 钢的冶炼过程中,钢中有害元素氧、硫的脱除,稳定的温度制度,正常的注温注速以及炉料、铁合金、辅料及盛钢桶、钢锭模的干燥清理程度都对钢的质量有重要的影响。

 1.钢液的脱氧程度对外折叠的影响

 众所周知,氧是钢中绝大多数缺陷产生的根源,降低钢中含氧量将会大大改善钢的质量。在采用合金脱氧条件下,钢中的残余铝含量是脱氧程度的主要标志。经过电弧炉冶炼管坯钢所产薄壁管的外折叠统计分析。发现铝≤0.025%时,随铝含量的减小不锈钢管的外折率显著增加,铝≤0.025%的炉数占统计数的71.1%,显然不锈钢管表面产生的外折缺陷与钢的脱氧不良有直接的关系。

 2.钢液的脱硫程序及硫磷比对外折叠的影响

 硫是钢中的有害元素,在钢脱氧不良且含硫量较高的条件下,热加工时钢的热脆倾向将大为增加。适当提高钢的含锰量、降低硫含量,增加钢的锰硫比,可抑制钢的热脆倾向。经对薄壁不锈钢管的统计分析，发现硫化锰<35%时,不锈钢管的外折叠显著增加。将硫化锰≥35的炉号分为一组, 硫化锰<35的炉号分为一组,可以看到后者总炉数为92炉,占总炉数的41.8%,平均外折率4.9%,比前者高出3.6%,可见硫含量及硫化锰比对外折叠的影响也是很大的。

 3.出钢温度及注温注速对外折的影响

 钢液浇注温度对不锈钢管坯的表面及内在质量都有显著影响。在炉后无法调温的情况下,控制好出钢温度是保证合理的浇注温度的先决条件。低的出钢温度会导致浇注温度偏低,不能保证钢锭表面及内在质量,这是因为,注温偏低使钢水进入钢锭模内便迅速凝固,不利于非金属夹杂物的上浮,使夹杂物聚集在钢锭底部和皮下层内,开坯时暴露在管坯表面而形成纵向裂纹、成为外折叠产生源。管坯钢的浇注温度及速度很大程度上决定着管坯的表面质量,用新包、凉包及凉钢锭模浇注对管坯表面影响也很大。

二、注温对外折叠的影响

  注温是钢锭浇注工艺的一个重要参数。合理的注锭温度是管坯钢质量重要的保证条件。可以看出,开注温度在1568-1588℃时、钢管上的外折叠最少,而<1568℃时外折叠随温度的降低而急剧上升、>1588℃时外折叠随温度的升高而增多,只是不象<1568℃时那样显著。

  1.注速对外折的影响

   除注温外,注速是钢锭浇注工艺的另一个重要参数。较慢的注速使钢液在锭模中平衡上升,有助于非金属夹杂物的上浮,而较快的注速使钢液在锭模中产生翻花,导致保护渣被卷入钢液造成严重的非金属夹杂,由此钢锭表面及内在质量变坏。实际生产中一般采用“高温慢注、低温快注”的方法进行浇注。对开注温度在1568-1588℃内浇注的管坯钢共48炉的结果进行了统计,注速在3.53mm时,十位外锭盘折叠最少,随着注速的加快,外折叠有增加的趋势。

  2.新包、凉包对外折的影响

  浙江宏盛特钢有限公司在钢中外来大型夹杂物中有70-75%是来自耐火材料,高铝砖受低碳钢侵蚀程度比高碳钢严重,因此用高铝砖砌筑的新包在盛310S不锈钢水时其耐火材料会大量进入钢水之中造成非金属夹杂,使钢锭表面及内在质量变坏。在研究浇注对外折的影响时,发现有部分炉号用新包浇注钢水而产生大量外折缺陷,另外还有一部分炉号用凉包及未经烘烤的钢包浇注也产生大量外折缺陷(如表1)。这是因为,除新包之外凉包内衬耐火材料含有大量水分,在盛装钢水时使钢中气体含量剧增而使钢锭表面及内在质量变坏,使用生锈的钢锭模和凉钢锭模也同样如此。

三、开坯清理

 由钢锭轧制而成的管坯,往往存在炼钢和开坯的双重表面缺陷,如表面裂纹、折叠、结疤、划痕,开坯后必须清理干净。但清除的缺陷是肉眼可见的,肉眼不可见的缺陷是不清除的。对管坯表面进行清理,一方面可清除因轧制而产生的表面缺陷,另一方面可清除因炼钢操作不当造成的表面缺陷,使转入穿孔制管工序的管坯表面质量得到保证,从而减少外折废品。生产实践表明:管坯表面的裂纹一般分为两类。一类是因帽口未切净造成的,一般在400-800mm长度范围内,裂纹长度10-30mm,深度0.5-1.5mm,这样的管坯制管后因外折叠而报废。另一类是整个管坯的周身分布着长短不等的微细裂纹,采用修磨办法无法全部清理干净。这类缺陷的深度一般为0.3-0.7mm,长度50-300mm之间,在管坯加热时间短、穿孔温度较低的情况下很容易演变发展成为外折叠缺陷。

四、管坯加热

 管坯的加热温度是不锈钢管生产中的一个主要参数,良好的加热对穿孔的毛管内外表面质量有极大的保证作用,管坯表面存在弥散性小裂纹时对温度更为敏感,即产生外折几率更大,而对于表面不好的管坯,适当延长在炉内的保温时间则对减少外折叠有明显的作用。

 1.加热温度对外折叠的影响

 将管坯加热到一定的温度,使其具有良好的塑性,并将管坯内部存在的对管坯质量有影响的不利因素减少到最低程度是我们所希望的。表2为在Φ100mm无缝机组上实测的管坯及荒管温度对外折影响的实际数据。实测结果表明:在较低的温度穿孔时,表面小裂纹对外折的影响较大,而加热温度较高则可显著减轻表面小裂纹进一步扩大的倾向。表2中后三个炉号的管坯除去个别的几支有严重裂纹的帽口之外,其余表面基本无缺陷、制管也未出现外折叠,可见当管坯质量优良可以进行低温轧制,这样有利于节能降耗。

 2.加热时间

 浙江宏盛特钢有限公司研究了管坯加热时间对外折的影响后指出: 随着管坯加热时间的延长,其外折叠增多。研究的结果表明:外折叠随管坯加热时间的延长而减少。对此现象可以这样解释: 管坯加热时不但要有足够的温度,而且要有足够的时间,这样才能保证管坯有最佳的塑性; 由于管坯表面存在着微裂纹,随管坯在炉内加热时间的延长,微裂纹周围的金属逐渐变为氧化铁皮而脱落,从而减少了管坯在穿孔时其裂纹发展成为外折叠的机会(钝化了裂纹在穿孔时继续扩展的倾向)。

 对加热温度在1150-1200℃之间环形炉生产的薄壁管进行了分析,证实了如上结论。由图看出:当加热时间一小时时,外折率可降到3%以下,这个加热时间与规程中规定的7-9min/cm是相吻合的。某公司由Φ100mm无缝机组在环形炉.上的加热时间大部分在0.75-1.00h之间,显然不锈钢管表面的外折叠缺陷多与加热时间太短有着很大关系。

 3.斜轧穿孔

   不锈钢管的外折叠缺陷主要集中出现在薄壁不锈管上,就热轧钢管的变形方式而言,斜轧穿孔中的扭转变形是导致毛管外折叠产生的重要力学条件。扭转变形越大外折叠越多。在穿同一尺寸薄壁毛管时,前进角、顶伸量和管坯直径是一定的,影响扭转变形的主要因素是轧辊距和导板距。宏盛特钢研究了导板距和轧辊距对扭转变形的影响时指出:导板距和轧辊距对扭转变形的影响实际上是椭圆度系数对扭转变形的影响,在实际操作中调整好椭圆度系数是至关重要的。

五、预付措施

 1.改善脱氧,降低硫含量、提高锰硫比,按表控制钢的化学成分。

 2.在合理的注温注速下浇注钢锭。注锭温度应在1568-1588℃,浇注速度按3.5-4.5mm/sec控制,高温慢注、低温快注;

 3.使用的炉壳、出钢槽和大包必须在高火以上,大包应烘烤并使用烫过的钢锭模。

 4.冶炼时创造良好的温度条件。310S不锈钢的熔点为2120℃,浇注过程平均温降为45℃,(十位锭盘),包内镇静平均温降15℃,出钢至大包的平均温降为40℃,故出钢温度应为1620℃,预脱氧温度应为1630℃。

 5.管坯应酸洗清理,表面裂纹、折叠、划道、结疤以及锯切产生的飞边均应清除掉,存在有大面积弥散状小裂纹而无法清理时可考虑判为其他用途的钢材;

 6.管坯的加热温度应在1170-1200℃,加热时间7-9min/cm,生产中可采用每穿50支管坯停机保温10-20min,在穿孔机前台待穿的管坯不能超过1支。对存在弥散状小裂纹的管坯适当延长加热时间或改轧厚壁管。

 7.穿孔时正确调整导板距和轧辊距,控制好椭圆度系数,认真检查顶头尺寸和导板尺寸,操作时经常检查导板处是否有粘钢、夹铁存在,导板开裂、掉块时应及时更换。

 影响310S不锈钢管外折叠的因素很多。钢锭的内在质量是影响钢管外折叠的内因,管坯的表面清理、加热工艺参数和穿孔工艺参数是影响钢管外折叠的外因。通过合理地控制钢的冶炼、开坯清理和穿孔工艺,是能够减少钢管的外折叠的。本研究结果对其他钢种的不锈钢管外折叠防止有着重要的参考价值。