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[摘 要]针对通钢第二钢轧厂20钢方坯轧制大圆管坯穿管外折严重的情况，取缺陷样进行金相分析，分析认为钢水的纯净度低、连铸保护浇注不好等原因导致轧制坯表面裂纹产生，后经轧制扩展成外折缺陷。通过强化炼钢脱氧、提高钢水纯净度等措施，穿管外折缺陷得到有效控制。
[关键词]纵裂纹 外折 金相分析
中图分类号：TG334.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0022-01
通钢第二钢轧厂电炉线生产的20钢200*200cm2铸坯，经型钢线轧制圆管坯，主要规格为Ф90、Ф100、Ф110，轧制后送至无缝钢管厂（以下简称管厂）穿管。2014年年初，管厂在进行穿管时出现大批外折缺陷，2月份穿管一次合格率仅为47.01%。针对上述情况，对20钢外折缺陷处进行分析，以查明20钢外折的原因，并采取措施优化生产工艺提升20钢钢管质量。
1、工艺流程
20钢钢管生产工艺流程为：
70t Consteel电转炉→LF精炼→R9m弧形连铸机→型钢连轧厂轧制成圆坯→管厂穿管
2、20钢外折缺陷原因分析
2.1 20钢钢管成品缺陷分析
观察穿管后成品缺陷发现，缺陷为螺旋形外折，打磨后形成与轴线成一定角度且呈螺旋状延伸的裂纹，如图1所示。为了找到20钢外折缺陷的原因，我们将成品缺陷处进行酸洗及金相检测。
金相高倍检测（见图2）发现，裂纹内部嵌有氧化铁皮和黑色的夹杂，裂纹周围有明显脱碳。这表明有夹杂物在裂纹处富集，并且经历过高温脱碳，所以缺陷应来自于坯料问题。
2.2 20钢轧制坯金相分析
为了进一步查找裂纹产生的原因，将同一浇次未穿管的轧制坯进行酸洗，发现轧制坯表面确有微小裂纹，对轧制坯裂纹处进行金相高倍检测，检测结果如图3、4所示。
20钢轧制坯裂纹处金相结果显示，轧制坯基体组织正常，为均匀的铁素体+珠光体。试样a脱碳层深度为0.2mm，裂纹深约0.5mm，内部充满氧化铁皮，两侧有脱碳。试样b脱碳层深0.2mm，裂纹深度0.15mm。金相检测结果可以看出，裂纹在进入加热炉加热前已存在。
对未进行轧制的连铸坯取样进行了酸浸低倍检测，近表面处有不易被发现的细小裂纹和针孔。
2.3 原因分析
检测结果表明，铸坯近表面存在的裂纹、气孔等原始缺陷，并被氧化铁皮所覆盖，在加热炉加热时，形成高温氧化产物氧化亚铁，并在缺陷周围形成明显的脱碳层。轧制成圆管坯过程中，细小的裂纹进一步扩展，在管坯表面形成纵裂纹。采用修磨的办法无法全部清理干净，在轧制坯加热时间短、穿管温度较低的情况下穿管，演变发展为外折叠缺陷。
因此，铸坯表层下的裂纹、针孔等缺陷，是导致20钢钢管外折的主要原因。钢水脱氧不充分、纯净度不足、连铸保护浇注不到位等都会导致钢中气体和氧化物夹杂含量高，使铸坯产生裂纹、针孔缺陷。
此外，从缺陷金相上看，管坯的开坯清理和穿孔前的加热制度对外折叠也有很大的影响。
3 工艺措施
3.1 电炉工艺
电炉初炼工艺重点要控制好钢中的氧含量，减少钢中夹杂物的生成量。控制电炉终点碳含量，在冶炼后期通过炉门氧枪向钢水中喷碳粉，打破钢中的碳-氧平衡，降低钢中氧含量，避免终点钢水过氧化。
3.2 精炼工艺
为保证钢水质量，出钢后采取钢包精炼处理工艺。精炼工艺的重点是去除钢中的夹杂物，保证钢水的纯净度。具体措施如下：
1）优化精炼渣系，确定精炼渣料合理加入量。精炼渣成分控制为w（CaO）=55%-59%、w（SiO2）=8%-11%、w（Al2O3）=22%-25%、w（MgO）≤7%，确保形成高碱度、低熔点、流动性好的白渣，并保持足够时间，充分脱S去夹杂。同时降低渣中FeO含量，保证渣中FeO含量降至0.5%以下。
2）优化脱氧工艺，减少氧化产物。电炉出钢时一次性加入足够的脱氧剂，利用出钢时钢水的冲击充分交换脱氧，精炼前期用铝粒进行扩散脱氧。同时为保证钢水良好的流动性和可浇性，需要在精炼后期对脱氧产物进行钙处理，软吹时间不低于15min，促进钢中Al2O3夹杂物充分上浮，同时减少连铸在浇注过程中结瘤现象。
3.3 连铸工艺
连铸工艺采用全程保护浇注、结晶器电磁搅拌、结晶器液面自动控制等技术，减少钢水的二次氧化和钢水夹杂，提高铸坯质量。具体措施如下：
1）优化长水口氩封，由内置式改为外置式氩封，避免空气中氩气随钢水进入中間包，防止在注流区产生钢水翻腾情况从而导致钢水增氧、增氮；
2）结晶器液面采用自动控制，减少钢液面波动，防止由于卷渣引起的夹杂；
3）选择最佳的电磁搅拌参数，结晶器内使用电磁搅拌可以冲刷初生坯壳凝固前沿，旋转的钢液有较强的离心力可压迫坯壳，使气泡分离上浮，大大减少钢中气体和夹杂物。
4）使用20钢专用保护渣，专用保护渣的结晶温度在1050℃左右，起到了良好的润滑作用，保证了铸坯的表面质量。
3.4 轧制工艺
为减少轧制坯表面的缺陷，在型钢厂轧制圆坯时采取如下保障措施：
1）加强初轧坯表面的清理和检查工作，减少后部工序缺陷。
2）优化轧制压下量，增加铸坯在轧制过程中的翻钢次数。减少不均匀变形及在钢锭表面形成的氧化铁皮压坑而在凹陷处形成裂纹。
3）轧制时采用高压水除磷，减少氧化铁皮压入，提高轧制坯的质量。
4）加强对导卫、辊道和轧制过程的检查，减少管坯表面划伤、耳子和“错牙”等缺陷。
3.5 穿管工艺
在此基础上，对穿管工艺也进行了一系列优化。
1）加强穿管前管坯表面质量的检查。对管坯表面存在划伤、耳子和“错牙”等缺陷的及时修磨，避免在穿管过程中形成外折。
2）提高加热炉均热段温度，把目标温度由1250℃提高到1270℃。加热温度的升高可消除部分小裂纹，从而降低外折比例。
3）稳定生产节奏，延长管坯在加热炉内加热时间。以此使微裂纹周围的金属有充足的时间氧化脱落，从而减少管坯在穿管时裂纹发展成为外折的机会。
4 工艺优化效果
采取以上措施后，对一段时间的穿管合格率进行了统计，从中可以看出，工艺优化后取得了明显的效果。20钢穿管一次合格率稳步提高，到9月份20钢穿管合格率为94.01%，较同年2月提高了47%。
5 结论
20钢外折的主要因素是穿管之前坯料表面的微裂纹。钢水脱氧效果不佳、连铸保护浇注不到位等因素导致了坯料表面裂纹的产生。通过优化钢水脱氧工艺、提高钢水纯净度控制、加强连铸保护浇注等一系列合理的技术措施后，20钢铸坯质量明显提高。同时加强管坯的开坯清理，减少耳子、划伤等缺陷，穿孔前延长加热炉时间，20钢穿管一次合格率稳步上升，9月份穿管一次合格率达到了94%。
[关键词]纵裂纹 外折 金相分析
中图分类号：TG334.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0022-01
通钢第二钢轧厂电炉线生产的20钢200*200cm2铸坯，经型钢线轧制圆管坯，主要规格为Ф90、Ф100、Ф110，轧制后送至无缝钢管厂（以下简称管厂）穿管。2014年年初，管厂在进行穿管时出现大批外折缺陷，2月份穿管一次合格率仅为47.01%。针对上述情况，对20钢外折缺陷处进行分析，以查明20钢外折的原因，并采取措施优化生产工艺提升20钢钢管质量。
1、工艺流程
20钢钢管生产工艺流程为：
70t Consteel电转炉→LF精炼→R9m弧形连铸机→型钢连轧厂轧制成圆坯→管厂穿管
2、20钢外折缺陷原因分析
2.1 20钢钢管成品缺陷分析
观察穿管后成品缺陷发现，缺陷为螺旋形外折，打磨后形成与轴线成一定角度且呈螺旋状延伸的裂纹，如图1所示。为了找到20钢外折缺陷的原因，我们将成品缺陷处进行酸洗及金相检测。
金相高倍检测（见图2）发现，裂纹内部嵌有氧化铁皮和黑色的夹杂，裂纹周围有明显脱碳。这表明有夹杂物在裂纹处富集，并且经历过高温脱碳，所以缺陷应来自于坯料问题。
2.2 20钢轧制坯金相分析
为了进一步查找裂纹产生的原因，将同一浇次未穿管的轧制坯进行酸洗，发现轧制坯表面确有微小裂纹，对轧制坯裂纹处进行金相高倍检测，检测结果如图3、4所示。
20钢轧制坯裂纹处金相结果显示，轧制坯基体组织正常，为均匀的铁素体+珠光体。试样a脱碳层深度为0.2mm，裂纹深约0.5mm，内部充满氧化铁皮，两侧有脱碳。试样b脱碳层深0.2mm，裂纹深度0.15mm。金相检测结果可以看出，裂纹在进入加热炉加热前已存在。
对未进行轧制的连铸坯取样进行了酸浸低倍检测，近表面处有不易被发现的细小裂纹和针孔。
2.3 原因分析
检测结果表明，铸坯近表面存在的裂纹、气孔等原始缺陷，并被氧化铁皮所覆盖，在加热炉加热时，形成高温氧化产物氧化亚铁，并在缺陷周围形成明显的脱碳层。轧制成圆管坯过程中，细小的裂纹进一步扩展，在管坯表面形成纵裂纹。采用修磨的办法无法全部清理干净，在轧制坯加热时间短、穿管温度较低的情况下穿管，演变发展为外折叠缺陷。
因此，铸坯表层下的裂纹、针孔等缺陷，是导致20钢钢管外折的主要原因。钢水脱氧不充分、纯净度不足、连铸保护浇注不到位等都会导致钢中气体和氧化物夹杂含量高，使铸坯产生裂纹、针孔缺陷。
此外，从缺陷金相上看，管坯的开坯清理和穿孔前的加热制度对外折叠也有很大的影响。
3 工艺措施
3.1 电炉工艺
电炉初炼工艺重点要控制好钢中的氧含量，减少钢中夹杂物的生成量。控制电炉终点碳含量，在冶炼后期通过炉门氧枪向钢水中喷碳粉，打破钢中的碳-氧平衡，降低钢中氧含量，避免终点钢水过氧化。
3.2 精炼工艺
为保证钢水质量，出钢后采取钢包精炼处理工艺。精炼工艺的重点是去除钢中的夹杂物，保证钢水的纯净度。具体措施如下：
1）优化精炼渣系，确定精炼渣料合理加入量。精炼渣成分控制为w（CaO）=55%-59%、w（SiO2）=8%-11%、w（Al2O3）=22%-25%、w（MgO）≤7%，确保形成高碱度、低熔点、流动性好的白渣，并保持足够时间，充分脱S去夹杂。同时降低渣中FeO含量，保证渣中FeO含量降至0.5%以下。
2）优化脱氧工艺，减少氧化产物。电炉出钢时一次性加入足够的脱氧剂，利用出钢时钢水的冲击充分交换脱氧，精炼前期用铝粒进行扩散脱氧。同时为保证钢水良好的流动性和可浇性，需要在精炼后期对脱氧产物进行钙处理，软吹时间不低于15min，促进钢中Al2O3夹杂物充分上浮，同时减少连铸在浇注过程中结瘤现象。
3.3 连铸工艺
连铸工艺采用全程保护浇注、结晶器电磁搅拌、结晶器液面自动控制等技术，减少钢水的二次氧化和钢水夹杂，提高铸坯质量。具体措施如下：
1）优化长水口氩封，由内置式改为外置式氩封，避免空气中氩气随钢水进入中間包，防止在注流区产生钢水翻腾情况从而导致钢水增氧、增氮；
2）结晶器液面采用自动控制，减少钢液面波动，防止由于卷渣引起的夹杂；
3）选择最佳的电磁搅拌参数，结晶器内使用电磁搅拌可以冲刷初生坯壳凝固前沿，旋转的钢液有较强的离心力可压迫坯壳，使气泡分离上浮，大大减少钢中气体和夹杂物。
4）使用20钢专用保护渣，专用保护渣的结晶温度在1050℃左右，起到了良好的润滑作用，保证了铸坯的表面质量。
3.4 轧制工艺
为减少轧制坯表面的缺陷，在型钢厂轧制圆坯时采取如下保障措施：
1）加强初轧坯表面的清理和检查工作，减少后部工序缺陷。
2）优化轧制压下量，增加铸坯在轧制过程中的翻钢次数。减少不均匀变形及在钢锭表面形成的氧化铁皮压坑而在凹陷处形成裂纹。
3）轧制时采用高压水除磷，减少氧化铁皮压入，提高轧制坯的质量。
4）加强对导卫、辊道和轧制过程的检查，减少管坯表面划伤、耳子和“错牙”等缺陷。
3.5 穿管工艺
在此基础上，对穿管工艺也进行了一系列优化。
1）加强穿管前管坯表面质量的检查。对管坯表面存在划伤、耳子和“错牙”等缺陷的及时修磨，避免在穿管过程中形成外折。
2）提高加热炉均热段温度，把目标温度由1250℃提高到1270℃。加热温度的升高可消除部分小裂纹，从而降低外折比例。
3）稳定生产节奏，延长管坯在加热炉内加热时间。以此使微裂纹周围的金属有充足的时间氧化脱落，从而减少管坯在穿管时裂纹发展成为外折的机会。
4 工艺优化效果
采取以上措施后，对一段时间的穿管合格率进行了统计，从中可以看出，工艺优化后取得了明显的效果。20钢穿管一次合格率稳步提高，到9月份20钢穿管合格率为94.01%，较同年2月提高了47%。
5 结论
20钢外折的主要因素是穿管之前坯料表面的微裂纹。钢水脱氧效果不佳、连铸保护浇注不到位等因素导致了坯料表面裂纹的产生。通过优化钢水脱氧工艺、提高钢水纯净度控制、加强连铸保护浇注等一系列合理的技术措施后，20钢铸坯质量明显提高。同时加强管坯的开坯清理，减少耳子、划伤等缺陷，穿孔前延长加热炉时间，20钢穿管一次合格率稳步上升，9月份穿管一次合格率达到了94%。