管坯加熱缺陷及其預(yù)防

時(shí)間：2013-06-02 21:59:45 來源：作者：

常見的管坯（鋼管）加熱缺陷有：管坯（鋼管）的加熱不均、氧化、脫C、加熱裂紋、過熱和過燒等。

（一）、加熱爐爐型及其特點(diǎn)

1．管坯加熱：目的是為了提高鋼管的塑性，降低鋼的變形抗力；為軋管提供良好的金相組織。使用的加熱爐主要有：環(huán)形加熱爐、步進(jìn)式加熱爐、斜底式加熱爐和車底式加熱爐等。

2．荒管加熱：目的在于升高和均勻荒管的溫度，提高鋼的塑性，控制其金相組織，為荒管定徑創(chuàng)造有利條件，并保證鋼管的力學(xué)性能，使用的加熱爐主要有：步進(jìn)式加熱爐、連續(xù)輥底式加熱爐、斜底式加熱爐、電感應(yīng)式加熱爐。

3．冷軋（拔）過程中的鋼管退火熱處理：目的是消除鋼管在冷加工時(shí)所產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象，降低鋼的變形抗力，為鋼管的繼續(xù)冷加工創(chuàng)造條件。

采用的加熱爐主要是：步進(jìn)式加熱爐、車底式加熱爐、連續(xù)輥底式加熱爐。

4．鋼管性能熱處理：主要目的是為了控制鋼管的金相組織，提高鋼管的綜合性能，使用的加熱爐主要有：步進(jìn)式加熱爐，連續(xù)輥底式加熱爐、車底式加熱爐、保護(hù)氣體加熱爐。

5．特點(diǎn)：在無縫鋼管生產(chǎn)中，環(huán)形加熱爐和步進(jìn)式加熱爐使用最為廣泛；電感應(yīng)式加熱爐也正在得到發(fā)展；而斜底式加熱爐因加熱質(zhì)量不高，勞動(dòng)強(qiáng)度大而趨于淘汰。

①連續(xù)輥底式加熱爐：主要用于冷軋（拔）鋼管的熱處理。

②車底式加熱爐：比較適用于批量較小，加熱及保溫時(shí)間較長(zhǎng)的合金厚壁鋼管。

③保護(hù)氣體連續(xù)輥底式加熱爐：主要用于鋼管表面要求無氧化的成品鋼管熱處理和冷軋（拔）過程中無酸洗工序的退火處理。

（二）、管坯加熱缺陷及其預(yù)防

影響管坯質(zhì)量的因素主要包括：加熱溫度、加熱速度、加熱和保溫時(shí)間等，為了減少管坯的加熱缺陷，必須制訂合理的加熱工藝參數(shù)并加以嚴(yán)格控制。

1．管坯加熱溫度：

①管坯加熱溫度太低或太高：T↓會(huì)增大鋼的變形抗力，降低鋼的塑性； T↑、t↑管坯表面會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氧化、脫C、甚至產(chǎn)生過熱或過燒。

a. 過熱：主要是管坯的加熱溫度過高，或者在較高的溫度下加熱時(shí)間過長(zhǎng)而造成A晶界過分粗大所致的缺陷。

b. 過燒：當(dāng)管坯加熱溫度達(dá)到固相線溫度附近，使A晶界發(fā)生氧化甚至晶界局部熔化時(shí)，管坯便產(chǎn)生了過燒。

c. 管坯首先發(fā)生過熱，進(jìn)而再發(fā)生過燒，管坯發(fā)生過熱時(shí)其晶粒粗大，晶界處夾雜物富集，鋼的塑性降低，而管坯發(fā)生過燒時(shí)，其晶界發(fā)生熔化，鋼的塑性會(huì)進(jìn)一步降低。

d. 管坯過熱特別是過燒，是管坯在加熱中產(chǎn)生的十分嚴(yán)重的缺陷，過熱的管坯穿孔時(shí)，穿孔毛管會(huì)產(chǎn)生大量的內(nèi)折；而過燒的管坯會(huì)使鋼管報(bào)廢，因此，應(yīng)對(duì)此予以高度重視。

e. 管坯產(chǎn)生過熱或過燒是極不正常的現(xiàn)象，可能是因設(shè)備失靈或操作不當(dāng)造成的。

②管坯加熱溫度不均：分為沿管坯縱向的加熱溫度不均和沿橫截面的加熱溫度不均（陰陽面）。

a. 造成管坯加熱溫度不均的主要原因是：加熱時(shí)間特別是保溫時(shí)間不夠，或是加熱爐笑嘴的布置和火焰的調(diào)整不當(dāng)所致。

b. 當(dāng)管坯存在加熱溫度不均時(shí)，穿孔后的毛管會(huì)產(chǎn)生壁厚不均；當(dāng)管坯存在陰陽面時(shí)，毛管壁厚不均的程度會(huì)比較嚴(yán)重，在穿孔后的毛管表面可以看出呈螺旋狀的“黑帶”。

c. 在制定管坯加熱工藝參數(shù)時(shí)，為了確定各鋼種最佳的加熱溫度，應(yīng)在F—C平衡圖的指導(dǎo)下，遵循以下基本加熱原則：

① 必須保證把管坯加熱到Ac3以上溫度，以便得到均勻一致的A組織

② 應(yīng)保證管坯在單一的A區(qū)內(nèi)完成穿孔及軋制變形，荒管的終軋溫度最好在850℃左右。

③ 管坯的加熱溫度不能太靠近固相線，一般應(yīng)比固相線低100～150℃。以防止其晶界氧化，出現(xiàn)過熱或過燒缺陷。

④ 為了減少管坯的氧化，防止管坯表面嚴(yán)重脫C，應(yīng)注意調(diào)節(jié)加熱爐內(nèi)的氣氛，均熱需要保持弱還原性火焰，在保證管坯不產(chǎn)生加熱裂紋的前提下，應(yīng)采用高溫短時(shí)快速加熱。

⑤ 在制定加熱工藝參數(shù)時(shí)，還必須考慮:管坯的化學(xué)成分和原始組織；管坯的尺寸大小；加熱爐的裝爐方式和裝爐量等。

2．管坯加熱速度：

① 管坯加熱速度的大小與管坯加熱裂紋的產(chǎn)生密切相關(guān)。當(dāng)管坯入爐后，若加熱爐的爐溫太高或管坯在加熱爐中的加熱速度太快時(shí)，則管坯容易產(chǎn)生加熱裂紋。

② 管坯產(chǎn)生加熱裂紋的主要原因：當(dāng)管坯表面的T↑，管坯內(nèi)部的金屬和與表面的金屬產(chǎn)生了溫差，導(dǎo)致金屬熱膨脹不一致而產(chǎn)生熱應(yīng)力，一旦此熱應(yīng)力超過材料的斷裂作用應(yīng)力，管坯就會(huì)產(chǎn)生加熱裂紋，一般情況下，管坯在低溫階段快速加熱時(shí)，產(chǎn)生加熱裂紋的可能性較大，合金鋼的導(dǎo)熱系數(shù)較碳鋼低，因而合金鋼管坯產(chǎn)生加熱裂紋的傾向性更大，為此，應(yīng)降低合金鋼管坯的加熱速度。 ③ 管坯加熱裂紋還與管坯的直徑大小有關(guān)：管坯直徑越大，管坯產(chǎn)生加熱裂紋的傾向性增大，因此，當(dāng)加熱大直徑的管坯時(shí)，在低溫階段最好采用較低的加熱速度。

3．管坯加熱時(shí)間和保溫時(shí)間

① 管坯在高溫下的加熱時(shí)間越長(zhǎng)，則越容易造成其表面的嚴(yán)重氧化、脫C、甚至出現(xiàn)過熱或過燒，從而導(dǎo)致鋼管的質(zhì)量缺陷或力學(xué)性能不合要求，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鋼管報(bào)廢。

② 為了減少因加熱時(shí)間和保溫時(shí)間不合理而造成的管坯加熱質(zhì)量缺陷，管坯的加熱時(shí)間應(yīng)遵行以下原則：

a. 確保管坯加熱均勻并全部轉(zhuǎn)變成A組織。

b. 碳化物應(yīng)溶入A晶粒中。

c. A晶粒不能粗大，不能出現(xiàn)混晶。

d. 加熱后的管坯不能產(chǎn)生過熱或過燒。

③ 管坯加熱時(shí)間t采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

t=KD 式中： D — 管坯直徑mm

K — 管坯的單位加熱時(shí)間min/mm

t — 加熱時(shí)間 min

管坯的單位加熱時(shí)間K min/mm

鋼種步進(jìn)爐、環(huán)形爐斜低爐

C鋼、低合金鋼 0.5～0.65 0.6～0.7

中合金鋼 0.65～0.8 0.8～0.9

高合金鋼 0.7～1.0 1.0～1.1

④ 為了提高管坯加熱質(zhì)量，預(yù)防管坯的加熱缺陷，在制定管坯加熱工藝參數(shù)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本要求：

a. 加熱溫度準(zhǔn)確。

b. 加熱溫度均勻。 ±10℃

c. 金屬燒損少。

d. 加熱制度合理。

（三）、荒管加熱缺陷及其預(yù)防

經(jīng)軋管機(jī)軋制后的荒管，其終軋溫度大約在850℃左右，并且沿荒管的橫截面和長(zhǎng)

度上存在一定的溫差，由于溫差的存在，不能滿足定（減）徑溫度的要求，所以荒管在定（減）徑之前，正常需要再加熱來提高荒管的溫度，減小其頭尾溫差降低其變形抗力，為后續(xù)荒管的定（減）徑，冷軋（拔）創(chuàng)造有利條件，提供組織保證。對(duì)于后續(xù)不再進(jìn)行熱處理的鋼管，通過荒管再加熱可以獲得良好的A晶粒組織，荒管經(jīng)定（減）徑后，采用合適的冷卻方式可以得到良好的力學(xué)性能和工藝性能。

荒管在再加熱過程中所產(chǎn)生的主要質(zhì)量缺陷如下：

1．荒管加熱不均：存在頭尾溫差、縱向溫差，容易造成鋼管外徑偏差。

為了保證荒管加熱溫度的均勻化，就應(yīng)確保荒管的加熱時(shí)間和爐內(nèi)供熱及爐內(nèi)氣氛的溫度均勻性。可采用爐內(nèi)氣氛攪拌法（高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)）。

2．鋼管顯微組織不合理：荒管的再加熱溫度，加熱時(shí)間及冷卻制度對(duì)鋼管的顯微組織和力學(xué)性能影響十分突出。

3．荒管表面氧化及脫C：加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，氧化、脫C越嚴(yán)重。

① 當(dāng)荒管表面嚴(yán)重氧化而出現(xiàn)較厚的氧化鐵皮時(shí)，定（減）徑后的鋼管會(huì)產(chǎn)生麻面。消除鋼管麻面和表面嚴(yán)重脫C的有效辦法是保證爐內(nèi)氣氛呈弱還原性，嚴(yán)格按加熱

工藝要求，需控制的加熱溫度和時(shí)間，當(dāng)生產(chǎn)不正常時(shí)，應(yīng)及時(shí)降低再加熱爐的爐溫或將爐內(nèi)的荒管出爐。

② 荒管在出再加熱爐后，進(jìn)定（減）徑之前，對(duì)其表面進(jìn)行高壓水除磷，可以減少鋼管的麻面缺陷，提高鋼管的表面質(zhì)量。

③ 采用保護(hù)氣體再加熱爐來加熱荒管可以達(dá)到鋼管的表面無氧化。

4．荒管過熱或過燒：當(dāng)荒管的加熱溫度太高，加熱時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)。

5．荒管表面擦傷：與輥道發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生，勤檢查及時(shí)調(diào)整。

（四）、鋼管熱處理缺陷及其預(yù)防

1．定義：根據(jù)不同目的，將金屬材料加熱到適宜的溫度并保溫，隨后采用不同的方式冷卻，以改變金屬材料的金相組織并獲得所要求的組織性能，此工藝過程通常稱為金屬材料熱處理。

金屬材料熱處理分為：①整體熱處理 ②表面熱處理 ③化學(xué)熱處理

鋼管熱處理缺陷主要包括：鋼管組織性能不合格，尺寸超標(biāo)以及表面裂紋、擦傷、嚴(yán)重氧化、脫C、過熱或過燒等。

2．鋼管熱處理及其工藝特點(diǎn)：

①熱處理：a. 加熱：Ac1以下的加熱，主要是穩(wěn)定鋼的組織及消除內(nèi)應(yīng)力。

Ac3以上的加熱，主要是為了將鋼奧氏體化。

b. 保溫：目的是均勻鋼管的加熱溫度，以得到合理的加熱組織。

c. 冷卻：冷卻過程是鋼管熱處理的關(guān)鍵工序，它決定著鋼管在冷卻后的金相組織和力學(xué)性能。

常采用的冷卻方式有：爐冷、空冷、油冷、水冷等。

②鋼管正火：是指將鋼管加熱到奧氏體化以上溫度，保溫一段時(shí)間，然后在空氣中再平

緩均勻地進(jìn)行冷卻，從而得到穩(wěn)定組織的工藝過程

a. 主要目的：細(xì)化鋼的晶粒，均勻內(nèi)部組織，改變殘余應(yīng)力狀態(tài)，提高鋼管綜合性能。

b. 主要作用：減輕或消除鋼管在變形過程中所形成的帶狀組織和混晶；

消除過共析鋼中的網(wǎng)狀碳化物，以利于球化退火；

用作中C鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼淬火前的預(yù)處理，以細(xì)化晶粒使組織均勻,減少淬火工序所產(chǎn)生的鋼管缺陷；

對(duì)于低C鋼和低合金鋼用以代替退火，以改善鋼管的切削性能可作為要求不高的普通結(jié)構(gòu)鋼管的最終熱處理等。

③鋼管退火：將鋼管加熱到高于或低于臨界點(diǎn)（Ac3或Ac1）的某一溫度，待保溫一段時(shí)間后，再使其緩慢冷卻，以獲得近似平衡態(tài)組織的工藝過程，分為再結(jié)晶退火、完全退火、等溫退化、球化退火和去應(yīng)力退火等。

一般高C，低合金和合金鋼管，需要通過退火來降低其硬度和強(qiáng)度，提高塑性，消除內(nèi)應(yīng)力和組織不均，細(xì)化結(jié)晶組織，以利于鋼管的機(jī)加工和為鋼管的最終熱處理奠定組織基礎(chǔ)。

④鋼管回火：將鋼加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后以一定的方式使鋼管冷卻，以得到較為穩(wěn)定狀態(tài)組織的工藝過程。

a. 主要目的：提高鋼管的塑性和韌性，使鋼管獲得良好的綜合力學(xué)性能，降低或消除鋼管在淬火時(shí)所產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力以及穩(wěn)定鋼管尺寸，使鋼管的組織在使用過程中不發(fā)生變化。

b. 鋼管回火后一般采用空冷：為防止鋼管重新產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)緩慢冷卻，對(duì)于具有高溫回火脆性的鋼管，回火后應(yīng)采用快速冷卻，如油冷。

c. 鋼管回火一般分為：低溫回火 150～250℃

中溫回火 350～500℃

高溫回火 500～650℃

⑤鋼管淬火：將鋼管加熱到Ac3以上30～50℃，保溫一段時(shí)間后使鋼管快速冷卻而得到M和B組織的工藝過程。

a. M一般具有高的硬度和脆性，是A急速冷卻的產(chǎn)物。

b. 鋼管淬火后的組織除M，B外還有少量的A殘，它們都是不穩(wěn)定組織。

c. 鋼管經(jīng)過淬火之后，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，一般可通過回火來予以消除和改善，調(diào)質(zhì)（Q+T）能使鋼材的綜合性能得到大幅度的提高。

⑥固溶處理：實(shí)質(zhì)是鋼管的淬火工藝，只是固溶處理的溫度較高。固溶處理主要用于A不銹鋼管，其目的是降低鋼管的硬度和強(qiáng)，提高鋼管的塑性和韌性，以及提高成品鋼管的耐腐蝕性和綜合性能，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或用戶要求。

3．鋼管熱處理缺陷及其預(yù)防

① 鋼管組織性能不合格：熱處理不當(dāng)所致（T、t、冷卻方式）三要素

a．魏化組織：鋼在高溫加熱條件下形成的粗晶粒A在冷卻時(shí)，形成片狀的F而分布在P上的一種組織，是一種過熱組織，對(duì)鋼管的綜合性能有不良影響，特別是使鋼的常溫強(qiáng)度降低，脆性增加。

b．程度較輕的W組織，可采用適當(dāng)溫度的正火來消除，而程度較重的W組織，可用二次正火來消除，第一次正火溫度較高，第二次正火溫度較低，細(xì)化晶粒。

c． F—C平衡圖是制定鋼管熱處理加熱溫度的重要依據(jù)，也是研究平衡狀態(tài)下F—C合晶的成分，金相組織與性能的基礎(chǔ)，過冷A等溫度轉(zhuǎn)變圖（TTT圖）以及過冷A連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖（CCT圖），是制定熱處理冷卻溫度的重要依據(jù)

②鋼管尺寸不合格：外徑，橢圓度，彎曲度超差。

a. 鋼管外徑的變化常發(fā)生在淬火工藝，因體積變化（組織變化引起）使得鋼管外徑增大。常在回火工序后增設(shè)定徑工序。

b. 鋼管橢圓度的變化：鋼管端部，主要是大口徑薄壁管。

c. 鋼管彎曲：鋼管加熱和冷卻不均造成的，可以通過矯直解決，對(duì)于有特殊要求的鋼管應(yīng)采用溫矯工藝（550℃左右）。

③鋼管表面裂紋：是因?yàn)榧訜崴俣然蚶鋮s速度太快，熱應(yīng)力過大而造成的。

為了減輕鋼管的熱處理裂紋，一方面應(yīng)根據(jù)鋼種來制訂鋼管的加熱制度和冷卻制度，選用合適的淬火介質(zhì)；一方面應(yīng)盡快對(duì)經(jīng)過淬火的鋼管進(jìn)行回火或退火以消除其應(yīng)力。

④鋼管表面擦傷或硬傷：鋼管與工件、工具及輥道之間相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生。

⑤鋼管產(chǎn)生氧化、脫C、過熱或過燒。T↑、t↑引起。

⑥保護(hù)氣體熱處理的鋼管表面氧化：加熱爐密封不好，爐內(nèi)進(jìn)入空氣。

爐氣成分不穩(wěn)定。

△ 必須加強(qiáng)管坯（鋼管）加熱各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。

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