隨著天然氣和石油等能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，利用管道進行運輸成為最便捷、最實用、最重要的運輸方式，與其同時發(fā)展的就是管線鋼。我國進行西氣東輸、北油南運工程，建設惠及全國的管線網(wǎng)絡，管線鋼存在廣闊的市場。2020年，唐鋼新區(qū)2050熱軋產(chǎn)線建成投產(chǎn)，唐鋼逐步向管線鋼領域靠攏[1−4]。2021年初進行X80M初次試生產(chǎn)，鑄坯經(jīng)過軋制后，進行現(xiàn)場鋼卷實物檢測，發(fā)現(xiàn)頭尾下表面，均存在不同程度舌狀翹皮缺陷，通過對同爐號未軋制鑄坯的表面檢查，發(fā)現(xiàn)鑄坯角部存在橫裂缺陷，帶有舌狀翹皮缺陷的鋼卷送往客戶進行試制確認，探傷均不合，缺陷出現(xiàn)在焊口附近，提高銑邊量后依舊無法消除，影響客戶使用。為此唐鋼質量管理部、唐鋼熱軋事業(yè)部、唐鋼技術中心組成了攻關小組對舌狀翹皮缺陷進行攻關。
1. 舌狀翹皮
1.1 舌狀翹皮表面檢測結果
X80M管線鋼舌狀翹皮缺陷頭部呈舌尖狀，舌尖處有翹起或裂紋，裂紋沿舌尖兩側延伸一段距離，位置一般距邊部20~40 mm左右，有的達到50 mm，出現(xiàn)在帶鋼的下表面，上表面未發(fā)現(xiàn)，形貌如圖1所示。制管后，舌狀翹皮缺陷位于焊口邊部或一部分融入焊口，導致探傷報警，形貌如圖2。
1.2 舌狀翹皮微觀檢測分析
對X80M管線鋼舌狀翹皮缺陷進行檢驗分析，利用金相顯微鏡、掃描電鏡等檢測手段分析其是否存在脫碳及氧化質點，微觀狀態(tài)下的組織形貌如圖3。通過金相顯微鏡、掃描電鏡檢測結果，此缺陷深度達到1~2 mm，基體組織為典型鐵素體+珠光體組織（圖4），舌狀翹皮缺陷邊部存在輕微脫碳層及大量的硅錳氧化質點。氧化質點（圖5）和脫碳的出現(xiàn)都屬于高溫作用的結果：氧化質點是高溫下缺陷中氧化物沿氧擴散，硅錳等元素與氧氣結合，從而析出的結果，而脫碳是由于鑄坯在高溫加熱條件下導致碳因氧化而損失。故初步斷定鑄坯缺陷是造成舌狀翹皮缺陷的根本原因[5]。
2. 舌狀翹皮形成原因與機理分析
對同爐次X80M管線鋼未軋制鑄坯的角部進行取樣，對樣品進行鹽酸浸蝕，通過鹽酸浸蝕后，鑄坯角部發(fā)現(xiàn)了比較明顯的裂紋如圖6。從鑄坯上可以看出鑄坯角部裂紋較明顯，呈無規(guī)律的線狀形態(tài)，長度為20~50 mm、深度為1~3 mm。這些角部裂紋位于鑄坯外弧角下部，與鑄坯振痕重疊，不易被發(fā)現(xiàn)[6]。
由于X80M管線鋼合金成分復雜，其中加入了如Ti、V、NB、Mo等微量元素[7−8]使得鑄坯變得比一般鑄坯的脆性高，易造成角部橫裂，并使得X80M的塑性變差。同時，鑄坯在冷卻過程中，各部位冷卻不均，邊部尤其是角部的冷卻速度快，在振痕處形成角橫裂。同時唐鋼X80M管線鋼鑄坯在設計鑄坯寬度和軋制寬度時，采用較寬鑄坯減寬軋制，在鑄坯經(jīng)過軋制時，由于定寬機作用，將邊部的角橫裂缺陷（圖7）向下表面延伸，出現(xiàn)在下表面邊部。同時，該鋼種由于采用精軋入口溫度目標值低于950 °C，卷取溫度低于450 °C的軋制工藝制度，且粗軋多道次、長時間擺鋼，致使邊部溫降更加明顯，經(jīng)過粗軋多道次軋制后，邊部形成的舌狀翹皮缺陷，未能通過精軋軋制消除。
3. 舌狀翹皮控制方法
管線鋼X80M含有Nb、Mn、Ni、V等多種合金成分，對角橫裂出現(xiàn)有較明顯的影響，同時影響著X80M管線鋼的拉伸性能，在生產(chǎn)過程中需要盡量減少成分的改變。因此，為了保證X80M管線鋼試制的順利進行，唐鋼主要是從鑄坯處理和熱軋工藝兩個方面，減輕和遏制舌狀翹皮的形成
3.1 火焰切角或倒角結晶器
唐鋼對鑄坯進行下線處理，對鑄坯4個角均進行火焰切角，如圖8，盡可能消除角部橫裂，安排專門人員進行鑄坯切角后的鑄坯檢驗，同時也確保了X80M工藝冷坯裝爐。
3.2 等寬或少減寬軋制
客戶制管過程中對試制鋼卷首先進行銑邊操作，銑邊量在10~25 mm，舌狀翹皮缺陷出現(xiàn)在焊口，焊接的焊口方式一般有2種：X型焊口（如圖9）和Y型焊口（如圖10），客戶使用的為Y型焊接口，需要對上表面進行切口處理。故我們需要將舌狀翹皮缺陷盡可能靠近邊部，首先通過客戶銑邊消除，如果銑邊不能消除也可以使舌狀翹皮位于切口位置，從而通過切口處理消除。因此在軋制過程中需要減少定寬量：將初次軋制的1600 mm→1560 mm軋制，修改為1580 mm→1565 mm軋制，使角橫裂向下表面延伸量減少，更靠近邊部，以便于通過銑邊或者切口處理消除舌狀翹皮缺陷。
4. 結束語
管線鋼屬于多合金鋼種，具有脆性高、塑性差的特性，鑄坯在冷卻過程中，各部位冷卻不均，邊部尤其是角部的冷卻速度快，在振痕處易造成鑄坯角部橫向裂紋，鑄坯角部橫向裂紋遺傳到熱軋工序形成舌狀翹皮缺陷。在連鑄區(qū)域，通過對鑄坯的火焰切角、使用倒角結晶器等手段可以有效消除舌狀翹皮缺陷；在熱軋區(qū)域，通過減小定寬量，使舌狀翹皮邊緣化，通過客戶銑邊或切口處理操作消除，滿足客戶使用。
參考文獻
文章來源——金屬世界