无缝钢管屈服强度偏低原因分析

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第 43卷第 1期 Vol. 43 .No. 1
包钢科技
2017年2月 Sc:ie.nce and Technology of BaOIOu Steel February.2ο17
无缝钢管屈服强度偏低原因分析
黄禄璐，张行刚，张建军
(内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心，内蒙古包头 014010)
摘 要:文章研究了在包钢铜管公司制60 mm PQF连轧机组生产的 20优质碳素结构钢无缝钢管，针对轧态无缝
管屈服强度偏低的情况.从材料的规格 、化学成分、力学位能以及它们的相关性分析了屈服强度偏低的原因，并提
出改进锚施，保证钢管的质量。
关.词 :20钢;屈服强度;无缝钢管
中回分类号 : TCII3. 25 t 1 文献标识码:日
文，世编号 : 1∞9 -5438(2017)01 -∞58 - 04
Cause Analysis for Low Yield Strength of Seamless Steel Tube
HUANG Lu -lu , ZHA NG Xing - gang, ZHANG Jian - jun
( 74础nical CenJ.er 01 Steel Union Co. μd. 01 Baoωu Steel ( 命。叩 )仇恨 . Baωou 014010 ，胁i Mot嘟ol ， China)
Abstract: In the 阴阳r. seaml倒 sleel tuhe of No. 20 higb甲ality carbon s田ctur剖 slee] whic.h pr叫ucedbyφ4ωmm
PQF conlinuous rolling mill in Baolou Sleel is studied. Aiming al lhe situalion Ihat the yield strength o( rolled seaml倒 tube
is low. Ihe caωes of the low yield s阳.ngth are a.nalyv,ed from the material 91四ific81ion t chemical ωmposillon. mechanical
proper1ies and their correlalion. And Ihe improvemenl me8Sures are pUI forward 10 ensure the quaJity of the 81ecl lube.
Key words: No. 20 sl创; yield strength ;阳mless steel tube
20钢属于优质碳素结构钢，该钢的强度低 ，韧 成本偏离，针对这种情况 ，从材料的规格、化学成分、
组织等多个方面和材料性能影响关系进行检验分
性、塑性和焊接性均好，不经过热处理，轧态使用，被
广泛运用于一般的机械制造业中不太重要的零部件 析，并提出了相应的改进措施和建议。
以及建筑结构中，具有稳定的市场份额[门，但包钢
1 技术要求
φ物o mm机组在生产过程中 ，发现多个批次多种规
格出现屈服强度低于 GB/T 8163-2∞8，<输送流体 1. 1 GB/T 8163对20铜成分要求(见表 1 ) ( 2)
用无缝钢管》标准下限的要求{21，导致部分产品需
经过正火后性能才能满足要求，造成了该钢的制造
，曼 1 20钢化学成分要求(质量分戴)
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C 5 ~ Ni s
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0.17-0.23 0. 17-0.37 O.3S-0.65
收稿日期 :2016 - 12-28
作者简介:黄禄璐(1981 币 ).辽宁省辽阳县人，助理工程师 ，现从事金属材料物理检验工作。
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第 1期 无缝钢管屈服强度偏低原因分析
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GB/ T 8163对20铜性能要求(见表 2 ) (2)
1. 2
2
化学成分统计
褒 2 20钢力学位能要求
抗拉强度IMPa 屈服强度IMPa 延伸率/% 按照 GB/T 8163 ，(输送流体用无缝钢管》对 20
型蓝赂
钢成分要求，包钢钢管公司 φ460 mm机组生产的
运 l6 mm 410 -530 ",,245 ",,20
20钢的主要元素为 C ，Si 、Mn，不含 Cr、 Ni、Cu等合
16句30 mm
410 -530 王军235 ",,20
金元素。 因此，对其主要强化元素 C 、Mn成分进行
>30 mm 410 -530 注225 ",,20
统计分析，共计536个样本数据，结果见图 l 。
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(a) w[C]分布统计 (b)w[Mn ]分布统计
20''钢 C、Mn元素统计
图 l
从成分统计中可以看出， ω[C] 集中分布在 较大，冬天轧制和夏天轧制后的铜管冷速存在差别，
0.18% - 0.21 %之间，ω[Mn ]集中分布在 0.45% 可能会对材料性能有一定的影响，因此 ，分别对
以下，全部满足标准要求，出于成本考虑 ，ω[Mn ]炼 制ωm机组冬天(1 1月份)和夏天(8月份)生产
的20钢分壁厚运 16 mm, 16 mm <壁厚运30 mm ，壁
钢控制偏标准要求的下限。
厚 >30 mm的屈服强度进行了统计见图2、图 3、图4
3 性能和壁厚影响关系统计
(图中方形表示国标数值 ，菱形表示实际检测数
值) 。 φ460 mm机组生产的 20钢所有的抗拉强度
根据标准可知 [2] ，对于不同的壁厚，标准对材
和延伸率都满足标准要求，在这里不做统计。
料屈服强度要求不一样，而且北方冬天和夏天温差
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( a) 11 月份(冬天) (b)8月份(夏天)
国 2 φ460 mm机组壁厚~16 mm的 20钢屈服强度统计
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包钢科技 第43卷
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图 3 φ460 mm机组 16 mm<壁犀运30 mm的 20''钢屈服强度统计
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图 4 制60 mm机组壁犀 >30 mm的 20''钢屈服强皮统计
从冬天 φ460 mm机组生产 20钢屈服强度统计
4
组织检验
可以看出，壁厚 <30 mm材料屈服强度有极个别低
包钢钢管公司 φ159 mm机组生产铜管以小规
于标准下限要求的现象出现，概率约为 2%o(样本数
1 185 个) 。 但壁厚兰30 mm材料的屈服强度低于 格薄壁为主，φ460 mm机组生产的钢管以大规格厚
下限要求的现象明显增多，检验不合的概率约为 壁为主，从现场抽取化学成分 ω[C] 在 0.18% -
17% (样本数相对少共计 25个样本数据);从夏天 0.21%之间，Mn含量在0.45%以下的炉号，分别从
生产 20钢屈服强度统计可以看出，壁厚 <30 mm材 φ159 mm 机组和 φ460 mm 机组取规格为
φ，76 mm x4 mm和 φ406mm x40 mm对比样进行了
料屈服强度有极个别低于标准要求下限的现象出
现，概率约为4%咽(样本数648) 。 但壁厚兰30 mm材 组织性能检验对比。 两个规格组织相片见图 5 、
料的屈服强度低于下限要求的现象明显增多，检验 图 6、图 7。
不合的概率约为 12.5%(样本数相对少共计 26个
样本数据) 。
总的来说制60 mm机组生产20钢夏天和冬天
情况基本一致，随着壁厚的增加，屈服强度不合现象
明显增多，壁厚 <30 mm，屈服强度偏低的情况非常
少见，属于个别现象，但也应当看到，材料的屈服强
度都偏标准要求的下限。 但壁厚兰30 mm的 20钢，
屈服强度偏下限的现象增多，屈服强度不合概率达
图 5 φ4ωmm机组20钢组织相片
到了约 159也 。
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第 1期 无缝钢管屈服强度偏低原因分析
61
不同规格下 20钢的性能和组织对比见表 3 和
表 4，从材料性能可知，φ159 mm机组生产小规格
φ76 mmx4 mm的 20钢屈服强度比φ460 mm机组
生产的大规格 φ406 mm x40 mm的 20钢屈服强度
高约 170 MPa ，组织都为 F + P ，φ76mm x4mm钢管
晶粒度为 10. 5级，φ406 mm x40 mm钢管品位度为
4.5级，两者相差 6级，这是因为钢管规格小，壁厚
薄，轧制过程中钢管的降温快，终轧温度低，同时
图 6 φ460 mm机组 20钢组织相片
φ76 mm x4mm钢管用 φ180 mm坯型轧制 ，压缩比
为 28 ，φ406 mm x40 mm钢管用 φ460 mm坯型轧
制，压缩比为 3.6，因此轧制 φ76 mm x4 mm钢管的
压缩比轧制制06 mm x40 mm钢管压缩比大的多，
单道次轧制过程中压下量大使铜管发生动态再结
晶 [31，两者导致φ，76 mm x4 mm钢管比φ406 mm x
40 mm钢管组织要细的多，从而使φ159 mm机组轧
制的 20钢比 φ460 mm机组轧制的 20钢屈服强度
高得多。 同类比较 φ406 mm x40 mm铜管合格与
不合格的力学性能及金相组织，也可以看出在这种
图 7 φ 159 mm机组20钢组织相片
由于晶粒细化提高屈服强度的规律。
褒 3 不同规格下 20钢的性能对比
规格I(mmxmm} 屈服强度IMPa 抗拉强度IMPa
机组 炉号
167α汤473 φ406 x40 2161229 4111418
制ω t1l组
474/470
制ω机组 φ406 x40 2781丁285
167∞8216
φ，76 x4 524/ 529
φ159机组 166007310 401 / 394
亵4 不同规格下 20钢的组织对比
机组 炉号 规格Imm 品校JJtI级 备注
φ406 x40 4.5 不合格
制ω机组 167α治473
制创机组 φ406 x40 7.0 合格
167∞8216
φ159机组 166007310 φ76 x4 10.5 合格
1 230 ''c以下，降低钢管的终轧温度;轧制过程中，
5 结论
定径后水冷巷道全开，床上风机全开，提高轧制后的
( 1 )由于 φ460 mm机组壁厚 <30 mm的 20钢 冷速，细化晶粒提高强度。
出现屈服强度偏低的情况少，但也是偏标准要求的
参考文献
下限居多 ，从成本考虑起见，只将w [C] 的范围改成
0. 19% -0.23%按标准要求上限控制，Mn的成分不 [ 1 ] 适登尧，~娟.20号铜管外折叠研究 [ J ].特钢
变，成本无需增加还能提高钢的强度 。 技术，2∞0 ，28(3) :1 8 -20.
(2)φ460 mm机组生产壁厚兰30 mm 的 20钢， [2] GB/T 8163-2008，输送流体用无缝钢管[S] .
将w[C]范围改为0.19% -0. 23% ，Mn范围调整为 [3] 杨建平，李雪洁. Q345B铜板拉伸性能不合格
O. 45% - O. 65% ，按标准成分要求的上限控制，利用 原因分析 [ 1].理化检验，2014 ，38( 1) :26-
29.
强化元素提高钢管的屈服强度。
(3)加热炉不同区域加热温度尽可能控制在
7亏为数据