不銹鋼無縫鋼管屈服強度偏低原因分析報告

   浙江至德鋼業有限公司研究了在包鋼鋼管公司460mm PQF連軋機組生產的不銹鋼無縫鋼管，針對軋態無縫管屈服強度偏低的情況，從材料的規格、化學成分、力學性能以及它們的相關性分析了屈服強度偏低的原因，并提出改進措施，保證鋼管的質量。20鋼屬于優質碳素結構鋼，該鋼的強度低，韌性、塑性和焊接性均好，不經過熱處理，軋態使用，被廣泛運用于一般的機械制造業中不太重要的零部件以及建筑結構中，具有穩定的市場份額，但包鋼460mm機組在生產過程中，發現多個批次多種規格出現屈服強度低于輸送流體用不銹鋼無縫鋼管標準下限的要求，導致部分產品需經過正火后性能才能滿足要求，造成了該鋼的制造成本偏高，針對這種情況，從材料的規格、化學成分、組織等多個方面和材料性能影響關系進行檢驗分析，并提出了相應的改進措施和建議。

一、化學成分統計

    按照GB/T14976-2012，《輸送流體用不銹鋼無縫鋼管》對不銹鋼成分要求，包鋼鋼管公司460mm機組生產的20鋼的主要元素為C、Si、Mn，不含Cr、Ni、Cu等合金元素。因此，對其主要強化元素C、Mn成分進行統計分析，共計536個樣本數據。從成分統計中可以看出，碳集中分布在0.18%-0.21%之間，錳集中分布在0.45%以下，全部滿足標準要求，出于成本考慮，錳煉鋼控制偏標準要求的下限。

二、性能和壁厚影響關系統計

    根據標準可知，對于不同的壁厚，標準對材料屈服強度要求不一樣，而且北方冬天和夏天溫差較大，冬天軋制和夏天軋制后的鋼管冷速存在差別，可能會對材料性能有一定的影響，因此，分別對460mm機組冬天(11月份)和夏天（8月份）生產的20鋼分壁厚≤16mm，16mm<壁厚≤30mm，壁厚>30mm的屈服強度進行了統計見圖。460mm機組生產的20鋼所有的抗拉強度和延伸率都滿足標準要求，在這里不做統計。

    從冬天P460mm機組生產20鋼屈服強度統計可以看出，壁厚<30mm材料屈服強度有極個別低于標準下限要求的現象出現，概率約為2%0(樣本數1185個)。但壁厚≥30mm材料的屈服強度低于下限要求的現象明顯增多，檢驗不合的概率約為17%（樣本數相對少共計25個樣本數據）；從夏天生產20鋼屈服強度統計可以看出，壁厚<30mm材料屈服強度有極個別低于標準要求下限的現象出現，概率約為4%(樣本數648)。但壁厚≥30mm材料的屈服強度低于下限要求的現象明顯增多，檢驗不合的概率約為12.5%（樣本數相對少共計26個樣本數據）。

   總的來說460mm機組生產20鋼夏天和冬天情況基本一致，隨著壁厚的增加，屈服強度不合現象明顯增多，壁厚<30mm，屈服強度偏低的情況非常少見，屬于個別現象，但也應當看到，材料的屈服強度都偏標準要求的下限。但壁厚≥30mm的20鋼，屈服強度偏下限的現象增多，屈服強度不合概率達到了約15%。

三、組織檢驗

    包鋼鋼管公司159mm機組生產不銹鋼無縫鋼管以小規格薄壁為主，460mm機組生產的鋼管以大規格厚壁為主，從現場抽取化學成分碳在0.18%～0.21%之間，錳含量在0.45%以下的爐號，分別從159mm機組和460mm機組取規格為76mm×4mm和406mm×40mm對比樣進行了組織性能檢驗對比。

   不同規格下20鋼的性能和組織對比見表從材料性能可知，159mm機組生產小規格76mm×4mm的20鋼屈服強度比460mm機組生產的大規格406mm×40mm的20鋼屈服強度高約170MPa。76mm×4mm鋼管晶粒度為10.5級，406mm×40mm鋼管晶粒度為4.5級，兩者相差6級，這是因為鋼管規格小，壁厚薄，軋制過程中鋼管的降溫快，終軋溫度低，同時76mm×4mm鋼管用180mm坯型軋制，壓縮比為28，406mm×40mm鋼管用460mm坯型軋制，壓縮比為3.6，因此軋制76mm×4mm鋼管的壓縮比軋制406mm×40mm鋼管壓縮比大的多，單道次軋制過程中壓下量大使鋼管發生動態再結晶，兩者導致76mm×4mm鋼管比406mm×40mm鋼管組織要細的多，從而使159mm機組軋制的20鋼比460mm機組軋制的20鋼屈服強度高得多。同類比較406mm×40mm鋼管合格與不合格的力學性能及金相組織，也可以看出在這種由于晶粒細化提高屈服強度的規律。

四、結論

    1. 由于460mm機組壁厚<30mm的不銹鋼無縫鋼管出現屈服強度偏低的情況少，但也是偏標準要求的下限居多，從成本考慮起見，只將碳的范圍改成0.19%～0.23%按標準要求上限控制，錳的成分不變，成本無需增加還能提高鋼的強度。

   2.  460mm機組生產壁厚≥30mm的不銹鋼無縫鋼管，將碳范圍改為0.19%～0.23%，錳范圍調整為0.45%～0.65%．按標準成分要求的上限控制，利用強化元素提高鋼管的屈服強度。

  3. 加熱爐不同區域加熱溫度盡可能控制在1230℃以下，降低鋼管的終軋溫度；軋制過程中，定徑后水冷巷道全開，床上風機全開，提高軋制后的冷速，細化晶粒提供強度。