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0、前言
    2000年元月，安陽(yáng)鋼鐵股份公司第四軋鋼廠（簡(jiǎn)稱軋鋼廠）成功地開發(fā)出20G冷拔高壓鍋爐鋼管，在隨后的大批量生產(chǎn)中，產(chǎn)品的力學(xué)性能合格率達(dá)到100%；脫碳層、晶粒度的合格率達(dá)到100%．但在部分試樣的組織中存在魏氏組織(W)。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，魏氏組織是20G冷拔高壓鍋爐鋼管不允許存在的異常組織。通過理論與生產(chǎn)實(shí)際分析，找出了20G冷拔高壓鍋爐鋼管巾魏氏組織形成的原因以及消除的方法，本文對(duì)此作簡(jiǎn)要介紹。
1、存在魏氏組織的根源
    文獻(xiàn)認(rèn)為，亞共析鋼在奧氏體晶粒粗大且冷卻速度大于100℃/min，或者正常晶粒冷卻速度大于500℃/min的條件下才產(chǎn)生魏氏組織；而低碳鋼在高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱空冷后，也能形成魏氏組織。也就是說具有粗大晶粒的20鋼在奧氏體狀態(tài)(835℃以上)以較快速度冷到650℃就能形成魏氏組織。為了找出生產(chǎn)中20G冷拔高壓鍋爐鋼管魏氏組織產(chǎn)生的根源，分別對(duì)中50 mm*9mm、中32 mmx3 mm、中57 mmx3.5 mm常用規(guī)格的20G冷拔高壓鍋爐鋼管的熱軋管生產(chǎn)、冷拔管中間退火及成品管正火等環(huán)節(jié)進(jìn)行了取樣分析。
1.1熱軋管顯微組織分析
    軋鋼廠∮90 mm機(jī)組的實(shí)際生產(chǎn)情況是：管坯加熱時(shí)，加熱段的溫度為1100—1200℃，均熱段的溫度為1250—1300℃，這兩個(gè)溫度段的加熱時(shí)間超過1h這種條件很容易形成粗大的奧氏體晶粒；同時(shí)，穿孔后毛管溫度在1200℃以上，熱軋后荒管溫度在950℃左右，軋制過程中的溫降約為300℃，冷卻速度大于100℃/min，具備了產(chǎn)生魏氏組織的條件。生產(chǎn)∮50mmx9mm、∮32mmx3mm、∮57mmx3.5mm的冷拔管，其所用熱軋管的規(guī)格分別為∮83 mmx10mm、∮74mmx3.8 mm、∮74 mmx4.3 mm。隨機(jī)取熱軋管樣20個(gè)，用于顯微組織分析。分析結(jié)果表明，熱軋管試樣全部存在魏氏組織，魏氏組織的級(jí)別為1.5—3.0級(jí)，并且加熱溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)，魏氏組織的級(jí)別越高。
1.2 2成品管拔制前鋼管的顯微組織分析
    成品鋼管拔制前，隨機(jī)取中間管樣20個(gè)進(jìn)行顯微組織分析。分析結(jié)果是：組織均為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度為8.0～9.5級(jí)，所有試樣沒有魏氏組織，這說明通過中間退火處理后，完全消除了熱軋管中的魏氏組織，見表1。
1.3 20C成品鋼管正火后的顯微組織
    20G成品鋼管正火后顯微組織數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表2。
    經(jīng)對(duì)各工序鋼管的組織分析可知，20G冷拔高壓鍋爐鋼管中魏氏組織的產(chǎn)生是因成品正火工藝的控制或操作不當(dāng)造成的。
2、原因分析
    從軋鋼廠的退火爐結(jié)構(gòu)看，該爐的有效長(zhǎng)度約34 m，由供熱的加熱1段、加熱2段和不供熱的均熱段組成。其中進(jìn)料端的供熱段長(zhǎng)度約14 m，出料端的均熱段長(zhǎng)度約20 m，爐內(nèi)輥道等速運(yùn)行。鋼管人爐后先在加熱段進(jìn)行強(qiáng)制加熱，然后進(jìn)入均熱段，靠煙氣余熱完成均熱保溫過程，鋼管在爐內(nèi)的運(yùn)行方向與爐氣流向相同。因此正常生產(chǎn)時(shí)，鋼管在供熱段的加熱時(shí)間約占退火時(shí)間的2/5，在均熱段的均熱保溫時(shí)間占退火時(shí)間的3/5：如果退火時(shí)間為15 min．則加熱時(shí)間只有6 min，而均熱保溫時(shí)間為9 min。由于均熱段未設(shè)加熱燒嘴，鋼溫的控制主要在加熱段完成，所以出爐鋼溫可控性差，尤其是薄壁鋼管（升溫快、降溫也快）。表3中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，20℃冷拔高壓鍋爐鋼管中的魏氏組織主要發(fā)生在薄壁管的生產(chǎn)過程中。現(xiàn)以∮57 mmx3.5 mm管為例，對(duì)20℃冷拔高壓鍋爐鋼管魏氏組織的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
2.1數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
    表3為∮57 mmx3.5 mmx9000 mm鋼管每批正火后魏氏組織的統(tǒng)計(jì)情況。正火加熱后的冷卻方式均為自然冷卻。
2.2原因分析
    根據(jù)試驗(yàn)和以上生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以認(rèn)為：①出爐鋼溫越高，魏氏組織生成的機(jī)率越大：②供熱段加熱溫度越高，魏氏組織生成的機(jī)率越大；③加熱時(shí)間越長(zhǎng)，魏氏組織生成的機(jī)率越大；③較低的加熱溫度和較長(zhǎng)的加熱時(shí)間，并未使成品管中的魏氏組織隨之增大，這說明魏氏組織對(duì)加熱時(shí)間的敏感性遠(yuǎn)小于加熱溫度；⑤20G高溫正火時(shí)的奧氏體品粒長(zhǎng)大，是20G冷拔高壓鍋爐鋼管是否產(chǎn)生魏氏組織的根本原因，如果正火工藝控制合理，奧氏體晶粒細(xì)小，則完全可以不產(chǎn)生新的魏氏組織；⑥在一定的加熱時(shí)間內(nèi)，當(dāng)鋼管出爐溫度>920℃時(shí)，其出現(xiàn)魏氏組織的機(jī)率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼管出爐溫度<920℃時(shí)的機(jī)率。
2.3理論依據(jù)
按照GB 5310-1995要求，20G正火鋼溫在900~930℃。由于軋鋼廠退火爐的條件所限，工藝執(zhí)行時(shí)，鋼管需在供熱段強(qiáng)制加熱，且達(dá)到的鋼溫需遠(yuǎn)高于900~930℃，更易造成鋼管過熱。另一方面，鋼管在均熱段時(shí)間較長(zhǎng)，也容易形成粗大的奧氏體晶粒。從理論上講，粗大的奧氏體晶粒，在快速冷卻的條件下容易產(chǎn)生魏氏組織。
    實(shí)際生產(chǎn)中，正火后出爐鋼溫在90O℃以上，薄壁管出爐后冷卻速度能達(dá)到100～1500℃/min．而且隨著鋼溫的提高，冷卻速度會(huì)進(jìn)一步加大，所以很容易形成魏氏組織。而厚壁管升溫、降溫均較慢，不易過熱，且出爐鋼溫易保證，正常晶粒的20G鋼管很難產(chǎn)生魏氏組織。所以∮50 mmx9 mm的20G鋼管，正火后冷卻即使采用風(fēng)冷，也不會(huì)產(chǎn)生魏氏組織。
3、魏氏組織的消除
    消除魏氏組織的常用方法是采用正火、退火處理等。經(jīng)對(duì)4批因存在魏氏組織不合格的中57 mmX3.5 mm鋼管重新正火處理，然后逐一取樣檢查魏氏組織消除情況，其結(jié)果見表4。
    從表4看出，再次正火處理時(shí)，鋼溫控制在≤910℃，幾乎可以消除魏氏組織；但不合理的重處理工藝，不僅沒有消除魏氏組織，而且會(huì)新生成魏氏組織和增加魏氏組織的級(jí)別。
4、措施
    為了更加有效地控制20G冷拔高壓鍋爐鋼管的組織形態(tài)，杜絕魏氏組織，對(duì)普通的退火爐來說，應(yīng)做如下改進(jìn)。
    (1)改進(jìn)退火爐輥道傳動(dòng)系統(tǒng)，供熱段和均熱段輥道傳動(dòng)相互獨(dú)立，速度獨(dú)立調(diào)控，使加熱時(shí)間和均熱時(shí)間可靈活調(diào)整，為工藝執(zhí)行提供保障。
    (2)對(duì)爐子進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，在均熱段增設(shè)燒嘴，保證出爐鋼溫的可控性。
    (3)在原進(jìn)料端設(shè)置收集料槽，以便退火爐能正反兩向處理鋼管：20G成品管高溫正火時(shí)可進(jìn)行反向處理。這樣既保證鋼管的出爐溫度，叉可控制鋼管的加熱時(shí)間。
5、結(jié)論
   (1) 20G冷拔高壓鍋爐鋼管在高溫正火處理時(shí)容易形成粗犬的奧氏體晶粒，在出爐冷卻速度達(dá)到100℃/min時(shí)，極易產(chǎn)生魏氏組織。
   (2)厚壁鋼管不易出現(xiàn)過熱，且出爐后的冷卻速度較慢，所以厚壁管較薄壁管不易產(chǎn)生魏氏組織。
   (3)魏氏組織可以通過合理的正火或退火處理來消除。
   (4)在薄壁管的生產(chǎn)中，成品鋼管退火時(shí)的出爐溫度控制在900~920℃，能夠在一定程度上避免魏氏組織的產(chǎn)生。