34CrMo4氣瓶用無縫鋼管內(nèi)表面缺陷分析及預(yù)防措施

王婀娜 尹人潔 陳 謹 張 濤 童宗圣

（1.攀鋼集團成都鋼釩有限公司鋼研所，四川成都，610303；2.攀鋼集團成都鋼釩有限公司金堂分公司，四川成都，610403）

我公司340連軋管機組生產(chǎn)的高壓氣瓶用無縫鋼管有內(nèi)外壁光潔，壁厚均勻，重量輕，成材率高和成本低等優(yōu)點，深受用戶歡迎。根據(jù)市場需求，相繼開發(fā)了中碳Cr、Mo系列高壓氣瓶用無縫鋼管，其中34CrMo4鋼種是GB/T18248－2008氣瓶用無縫鋼管中的高端產(chǎn)品?！?25㎜×7㎜規(guī)格是340連軋管機組的極限規(guī)格，軋制難度大，稍有不慎，產(chǎn)品就會容易產(chǎn)生一些缺陷，使產(chǎn)品的合格率低下，嚴重影響產(chǎn)品的整體成材率。

340連軋管機組在生產(chǎn)∮325㎜×7㎜的34CrMo4氣瓶管時，生產(chǎn)的1091支鋼管（1000多噸）其中274支鋼管尾端1.5～2米存在“鼓泡”和軋破現(xiàn)象，致使產(chǎn)品成材率不足75%。通過對這些“內(nèi)鼓泡”鋼管的全面分析，找出了形成該缺陷的原因，提出了整改措施，有效預(yù)防了“內(nèi)鼓泡”缺陷的產(chǎn)生，并提高和穩(wěn)定了產(chǎn)品成材率。

1 34CrMo4鋼種氣瓶用無縫鋼管的生產(chǎn)工藝

1.1 鋼坯來源及生產(chǎn)工藝

（1）采用80噸轉(zhuǎn)爐冶煉＋LF＋VD＋∮350㎜圓坯連鑄。

（2）采用80噸電爐冶煉＋LF＋VD＋∮350㎜圓坯連鑄。

（3）外購攀鋼∮350㎜軋坯。

1.2 鋼管軋制工藝流程

管坯檢驗＋尾端定心＋環(huán)形爐加熱＋頭端定心＋斜軋穿孔＋∮340㎜限動芯棒連軋機軋制＋高壓水除鱗＋定徑機定徑＋冷卻＋矯直。

2 缺陷分析

2.1 宏觀形貌分析

截取缺陷樣管長約1.5～2米，經(jīng)肉眼觀察沿鋼管內(nèi)壁縱向分布著數(shù)量較多的鼓泡缺陷，部分鼓泡缺陷形態(tài)完整，部分鼓泡缺陷破裂，如圖1和圖2。

圖1 缺陷形貌1

圖2 缺陷形貌2

2.2 化學成分分析

在缺陷附近取樣，采用直讀光譜法進行化學成分分析（如表1），化學成分結(jié)果符合GB/T18248－2008中34CrMo4鋼種的化學成分。

表1 34CrMo4鋼種內(nèi)表面缺陷附近的化學成分（%）

2.3 微觀形貌分析

將缺陷鋼管沿缺陷所在位置橫向切開，取2件送檢試樣，對缺陷的斷面進行拍照，其典型形貌見圖3和圖4。

肉眼觀察：圖3呈現(xiàn)明顯成層狀分布的裂紋狀缺陷。圖4在缺陷的橫截面上存在許多與主缺陷擴展方向相反的細小裂紋。

圖3 樣塊1

圖4 樣塊2

送檢樣塊經(jīng)磨制、拋光、金相顯微鏡下觀察：在拋光面上未見明顯夾雜聚集，缺陷周圍也未見夾雜聚集。缺陷尖端彌散分布著大量高溫氧化物粒子及高溫氧化物粒子條帶（見圖5和圖6）。

試樣用4%硝酸酒精溶液腐蝕后，金相顯微鏡下觀察：缺陷附近存在明顯脫碳（見圖7和圖8），基體組織為貝氏體＋鐵素體（見圖9）。

2.4 非金屬夾雜物檢驗

依據(jù)GB/T10561－2005標準鋼管的非金屬夾雜物：A0.5，B0.5，C0，D0.5，Ds0，顯然在允許范圍之內(nèi)。

2.5 低倍檢驗

對出現(xiàn)“內(nèi)鼓泡”缺陷批次的同爐號鋼坯取低倍樣，進行低倍酸浸試驗，宏觀形貌見圖10，可見鋼坯上無明顯中心疏松、縮孔及裂紋，屬一級坯。

圖5 缺陷尖端分布的高溫氧化物粒子500×

圖6 缺陷尖端的高溫氧化物粒子條帶200×

圖7 缺陷附近的脫碳形貌100×

圖8 另一處缺陷附近的脫碳形貌100×

圖9 基體組織貝氏體＋鐵素體100×

圖10 鋼坯低倍檢驗圖片

3 缺陷產(chǎn)生原因分析討論

3.1 缺陷原因分析

34CrMo4氣瓶管內(nèi)表面鼓泡缺陷具有如下特征：（1）此次生產(chǎn)的∮325㎜×7㎜34CrMo4鋼種的鋼坯由轉(zhuǎn)爐、電爐提供∮350連鑄坯和攀鋼外購軋坯，3種坯料生產(chǎn)的鋼管均出現(xiàn)了同一類型的缺陷，共212余支。（2）缺陷均分布在尾端1.5－2米范圍，均沿著鋼管縱向分布，具有一定的規(guī)律性。（3）缺陷處存在氧化脫碳現(xiàn)象，缺陷旁側(cè)及尖端彌散分布著大量細小的高溫氧化物顆粒。

說明鋼坯在進入環(huán)形加熱爐前存在內(nèi)部裂紋，鋼坯在加熱過程中與大氣連通的裂紋發(fā)生高溫氧化脫碳反應(yīng)，在隨后的軋制變形過程中無法“愈合”，形成“內(nèi)鼓泡”缺陷。

3.2 生產(chǎn)流程排查分析

通過分析論證，確認該“鼓泡”缺陷為環(huán)形爐加熱前鋼坯內(nèi)部存在缺陷所致，且缺陷均分布在鋼管尾端，比較規(guī)律。然而該分廠生產(chǎn)34CrMo4鋼種所使用的鋼坯來源多樣化，均為一級坯。所以排查重點集中到坯料鋸切→環(huán)形爐加熱這兩個環(huán)節(jié)。

勘查過程中發(fā)現(xiàn)該分廠為提高軋制速度，減少穿孔過程中毛管尾端“耳子”的產(chǎn)生，在鋼坯鋸切后增加了鋼坯尾端氧割打孔的工序。34CrMo4屬于中碳鉻鉬鋼，如采用氧割局部加熱，會產(chǎn)生熱應(yīng)力，在氧割局部打孔過程中，甚至在放置一段時間后，可能會產(chǎn)生熱裂紋，使管坯的質(zhì)量受到影響。

在鋼坯尾端氧割打孔處（見圖11）取樣塊進行金相檢驗，發(fā)現(xiàn)打孔處的鋼坯內(nèi)部的確存在內(nèi)部裂紋（見圖12）。

圖11 鋼坯尾端的氧割孔

圖12 鋼坯尾端氧割打孔后出現(xiàn)的內(nèi)部裂紋50×

4 改進措施及效果

根據(jù)上述對34CrMo4內(nèi)壁缺陷的分析，禁止生產(chǎn)廠對34CrMo4鋼種的鋼坯進行局部加熱是關(guān)鍵?？梢圆捎脵C加工方式對34CrMo4鋼種的鋼坯進行尾端打孔，提高穿孔效率。

5 結(jié)論

分廠在生產(chǎn)∮325㎜×7㎜的34CrMo4氣瓶管時，鋼管尾端內(nèi)表面的“鼓泡”缺陷，是由于該生產(chǎn)廠在鋼坯的尾端進行局部加熱所致。在取消該工序后，鋼管尾端內(nèi)表面的鼓泡現(xiàn)象完全消除。