65Mn-1混凝土泵車輸送管道用無縫鋼管的生產(chǎn)實(shí)踐

林發(fā)駒

（攀鋼集團(tuán)研究院有限公司，四川 成都 610303）

作為混凝土泵車的輸送管道的錐管，其主要采用無縫鋼管經(jīng)過擴(kuò)制、內(nèi)表面感應(yīng)加熱和內(nèi)表面淬火，獲得淬火馬氏體的內(nèi)表面組織，滿足高硬度和高耐磨性的輸送要求，而外表面仍保留熱軋態(tài)的鐵素體和珠光體組織，滿足塑性變形要求。

錳鋼作為耐磨鋼中的一大類，按合金元素含量可分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼［2］。65Mn鋼屬于非合金錳鋼，因其具有良好的淬透性、機(jī)械性能和價格優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于泵送耐磨管。目前國內(nèi)混凝土泵用65Mn無縫鋼管采用“軋坯或連鑄坯→穿孔→冷加工”工藝生產(chǎn)，主要存在兩個問題：一是65Mn鋼種的碳含量較高，冷加工性差，且冷加工生產(chǎn)的成材率較低；二是采用軋坯生產(chǎn)，坯料增加了一道工序，造成了生產(chǎn)成本較高。

為解決以上問題，提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)低成本工藝生產(chǎn)，研究了混凝土泵車輸送管道的錐管用耐磨無縫鋼管的成分設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝，在65Mn鋼的基礎(chǔ)上添加適量的Cr和Ti元素，設(shè)計(jì)了新的65Mn-1鋼種，同時研究其生產(chǎn)工藝，對企業(yè)批量化生產(chǎn)耐磨鋼無縫鋼管具有積極意義。

1 主要技術(shù)條件

1.1 基本成分和力學(xué)性能要求

65Mn-1鋼種的熔煉成分指標(biāo)見表1，退火處理后的力學(xué)性能指標(biāo)見表2。

表1 65Mn-1鋼種的熔煉成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）指標(biāo) %

表2 65Mn-1退火處理后的力學(xué)性能指標(biāo)

1.2 鋼管退火處理后的幾何尺寸和其他要求

65Mn-1鋼管的幾何尺寸允許偏差見表3。鋼管的彎曲度應(yīng)≤1.5 mm/m，全長彎曲度≤0.1%L（L為鋼管長度）。鋼管應(yīng)進(jìn)行壓扁試驗(yàn)，試樣應(yīng)位于與施力方向成90°的位置，試樣應(yīng)壓扁至兩平板間距為鋼管外徑的2/3。試驗(yàn)后，試樣不允許出現(xiàn)裂縫或開裂。鋼管經(jīng)用戶調(diào)質(zhì)后進(jìn)行擴(kuò)口試驗(yàn)，試驗(yàn)后應(yīng)保證試樣不出現(xiàn)裂紋。鋼管按GB/T 7735—2016/ISO 10893-2∶2001《無縫和焊接（埋弧焊除外）鋼管欠缺的自動渦流檢測》的規(guī)定逐支進(jìn)行渦流檢驗(yàn)，驗(yàn)收等級為A級。

表3 65Mn-1鋼管的幾何尺寸允許偏差

2 生產(chǎn)工藝線設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的生產(chǎn)工藝路線為：轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉→LF鋼包精煉爐精煉→VD真空精煉爐處理→連鑄→加熱→穿孔→Φ159 mm連軋管機(jī)軋制→連續(xù)爐去應(yīng)力退火→矯直→超聲波探傷→檢查→包裝。

3 化學(xué)成分設(shè)計(jì)

混凝土輸送泵車用65Mn-1耐磨用管是在65Mn鋼的基礎(chǔ)上添加Cr、Ti微量合金元素，保證了鋼管的淬透性、耐磨性和硬度均滿足用戶需求。添加Cr和Ti合金元素的主要作用如下：

（1）Cr元素是耐磨鋼的基本元素之一，與鐵的化學(xué)性質(zhì)和原子半徑相近，形成置換固溶體，造成的點(diǎn)陣畸變小，能提高鋼的淬透性，尤其與Mn、Si合理搭配能大大提高淬透性，且有利于鋼的固溶強(qiáng)化，細(xì)化組織［3］，顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性。

2.正確把握好選人標(biāo)準(zhǔn)。《黨政領(lǐng)導(dǎo)干部選拔任用工作條例》（以下簡稱《條例》）規(guī)定了選拔任用干部的六條原則和六項(xiàng)條件，對選拔領(lǐng)導(dǎo)干部的標(biāo)準(zhǔn)作出了明確規(guī)定。選拔干部要全面貫徹落實(shí)《條例》規(guī)定，堅(jiān)持“四化”方針和德才兼?zhèn)涞脑瓌t，全面衡量、客觀公正地評價備選干部，既不求全責(zé)備，也不以偏概全，要善于發(fā)現(xiàn)和選拔“有本事、靠得住”的人到領(lǐng)導(dǎo)崗位，做好領(lǐng)導(dǎo)干部能力建設(shè)的基礎(chǔ)工作。

（2）在耐磨鋼中添加微量Ti元素可提高其強(qiáng)度和韌性。Ti在鋼的凝固過程中能與N結(jié)合生成穩(wěn)定的TiN，可強(qiáng)烈阻礙奧氏體晶界遷移，從而細(xì)化奧氏體晶粒。Ti與C結(jié)合生成TiC，可起到沉淀強(qiáng)化作用。軋制過程中，在奧氏體高溫區(qū)析出的Ti（N，C）粒子可阻止奧氏體的再結(jié)晶過程，最終細(xì)化轉(zhuǎn)變組織［4］。

4 關(guān)鍵工藝技術(shù)控制措施

4.1 冶煉工藝控制措施

生產(chǎn)前對噴嘴噴水狀態(tài)、二次冷卻曲線進(jìn)行確認(rèn)，確保二次冷卻效果。采用大包長水口、中間包覆蓋劑、浸入式結(jié)晶器水口、結(jié)晶器保護(hù)渣等措施對圓坯連鑄進(jìn)行全程保護(hù)澆鑄，采用中間包長水口氬氣和密封墊保護(hù)，避免鋼水在澆鑄過程中吸氣和二次氧化，提高鋼質(zhì)純凈度；嚴(yán)格控制中間包鋼水溫度、二次冷卻比水量、鑄坯拉速、結(jié)晶器電磁攪拌、液位控制提高鑄坯表面質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量。

4.2 軋管工藝控制措施

因低合金錳鋼65Mn-1的導(dǎo)熱性能差、熱敏感性強(qiáng)和易脫碳，且熱加工最佳的塑性溫度范圍較窄等，軋制成無縫鋼管交給用戶后，用戶還需進(jìn)行推制成錐形管，因此在軋制過程中制定合理的加熱制度和穿孔工藝參數(shù)，保證穿孔后毛管內(nèi)表面不會出現(xiàn)內(nèi)折等缺陷，同時控制好鋼管的尺寸精度及表面質(zhì)量，滿足用戶后序加工要求［5-9］。

（1）連鑄坯加熱工藝。坯料在環(huán)形加熱爐中的加熱制度見表4。加熱工藝嚴(yán)格按照表4要求執(zhí)行，保證鋼坯在環(huán)形加熱爐內(nèi)、鋼管在再加熱工序加熱均勻，且不得快燒和“冷鋼”軋制。若遇到軋管機(jī)故障，應(yīng)視情況采取降溫措施，防止過熱、過燒。根據(jù)軋制節(jié)奏，適當(dāng)調(diào)整加熱溫度和時間，不允許鋼坯在高溫區(qū)域長時間停留。

表4 坯料在環(huán)形加熱爐中的加熱制度 ℃

（2）穿孔工藝。在生產(chǎn)前對穿孔機(jī)孔型進(jìn)行認(rèn)真調(diào)整，避免因軋制中心線偏移帶來的毛管壁厚不均；生產(chǎn)時需采用熱定心裝置，通過適當(dāng)減小橢圓度、降低穿孔速度等工藝措施保證穿孔時的穩(wěn)定性，以確保穿后毛管的壁厚均勻。同時要求吹氮噴硼砂系統(tǒng)運(yùn)行良好，防止鋼管產(chǎn)生內(nèi)直道和劃傷。

（3）連軋管機(jī)組制管及定（減）徑工藝要求。由于錐管用65Mn-1鋼管壁厚薄，軋制時負(fù)荷相對大，應(yīng)隨時關(guān)注軋管機(jī)的負(fù)荷，避免超負(fù)荷軋卡，同時應(yīng)加強(qiáng)芯棒潤滑，設(shè)定好各機(jī)架的軋制速度，避免因拉鋼或堆鋼造成鋼管縱向壁厚不均。

為保證鋼管外徑公差滿足要求，生產(chǎn)前必須對張力減徑輥的孔型尺寸進(jìn)行認(rèn)真檢查，校準(zhǔn)中心線并選用磨損較小的定徑輥進(jìn)行生產(chǎn)。

4.3 連續(xù)熱處理爐去應(yīng)力退火工藝及控制措施

結(jié)合合金鋼手冊和相變點(diǎn)的計(jì)算公式，得到65Mn-1 鋼種的臨界點(diǎn) Ac1，Ac3，Ar1，Ar3，Ms依次為726，765，697，741，289 ℃。

由于65Mn-1屬于低合金錳鋼，為了避免鋼管熱軋后發(fā)生應(yīng)力開裂，因此鋼管需進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，主要目的是去除鋼管的組織應(yīng)力，得到硬度較低的珠光體組織?？紤]到鋼管的規(guī)格小、壁厚薄、支數(shù)多，若采用室式爐進(jìn)行退火處理，不僅容易造成同一合同不同批次鋼管性能相差較大、彎曲不能全部滿足協(xié)議要求、生產(chǎn)周期長，而且還增加生產(chǎn)成本，采用淬火爐和回火爐聯(lián)合進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，淬火爐加熱段和均熱段的爐溫都按（800±15）℃控制，出爐空過淬火裝置，回火爐加熱段的爐溫按（835±15）℃控制，加熱Ⅱ段爐溫按（720±10）℃降溫均溫，均熱段爐溫按（700±10）℃降溫均溫，淬火爐與回火爐步進(jìn)周期為65 s?？者^淬火裝置實(shí)現(xiàn)了自動控制，操作及溫度控制難度大幅減小，生產(chǎn)效率顯著提高。

5 產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果

5.1 連鑄坯低倍檢驗(yàn)結(jié)果

按GB/T 226—2015《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗(yàn)法》要求對連鑄坯進(jìn)行低倍檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其無白點(diǎn)、裂紋等，質(zhì)量達(dá)到一級的水平。連鑄坯低倍檢驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 連鑄坯低倍檢驗(yàn)結(jié)果

5.2 產(chǎn)品非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果

鋼管的非金屬夾雜物檢驗(yàn)按GB/T 10561—2015/ISO 4967∶1998（E）《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法》中的A法評級，檢驗(yàn)結(jié)果見表5。

5.3 產(chǎn)品力學(xué)性能

根據(jù)雙方簽訂的技術(shù)協(xié)議，對退火后的無縫鋼管進(jìn)行各項(xiàng)組織性能檢驗(yàn)，結(jié)果均滿足要求，具體如下：

（1）鋼管去應(yīng)力退火后的性能檢驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

（2）采用連續(xù)爐去應(yīng)力退火后的金相組織如圖3所示。

（3）鋼管調(diào)質(zhì)處理后的性能檢驗(yàn)結(jié)果。采用退火后的鋼管制成小試樣，在試驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)工藝為：800℃淬火，保溫30 min，冷卻劑為水；250℃回火，保溫30 min，空冷。經(jīng)加工成標(biāo)準(zhǔn)硬度樣后檢驗(yàn)的硬度值為61.8，63.0，62.8，61.6，63.0 HRC，結(jié)果均滿足用戶的使用要求。且經(jīng)與用戶聯(lián)系，開發(fā)的65Mn-1無縫鋼管經(jīng)過用戶調(diào)質(zhì)處理，硬度結(jié)果均≥58 HRC，性能滿足實(shí)際的使用要求。

表5 非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果 級

圖2 鋼管去應(yīng)力退火后的性能檢驗(yàn)結(jié)果

圖3 退火后的金相組織（珠光體+少量鐵素體）

6 結(jié) 論

（1）采用“VD連鑄圓坯→Φ159 mm連軋管機(jī)組軋制→去應(yīng)力退火熱處理→探傷”工藝生產(chǎn)出的耐磨65Mn-1無縫鋼管［8-15］，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足用戶要求，經(jīng)用戶調(diào)質(zhì)處理后的淬透層、硬度值及耐磨性完全能夠滿足混凝土輸送泵車輸送管道錐管的使用要求。

（2）研發(fā)的65Mn-1無縫鋼管是在標(biāo)準(zhǔn)65Mn鋼種的成分上加入了適量的Cr和Ti，保證了鋼管的耐磨性和硬度均滿足用戶需求。