37Mn5钢管外折叠成因分析和工艺控制的学习体会

文献概况与缺陷背景

本文出自北京科技大学魏军等学者团队，发表于2010年《特殊钢》第31卷第1期，针对37Mn5钢Φ85mm×8mm钢管外折叠缺陷进行了系统的成因分析，并提出了有效的工艺控制措施。外折叠是无缝钢管生产中常见的表面缺陷之一，表现为钢管外表面出现纵向或螺旋形的折叠痕迹，严重时会导致管材报废，直接影响产品质量和生产成本。

外折叠缺陷的成因分析

夹杂物与外折叠的关系

通过对37Mn5钢外折叠缺陷的金相分析，研究发现钢晶界处存在尺寸约20μm的硅酸盐和SiO₂等脆性夹杂物，这是钢管外折叠形成的主要原因。在轧制过程中，这些脆性夹杂物在变形应力作用下容易沿轧制方向被拉长，形成片状或链状分布。当钢管经过后续加工工序时，这些夹杂物成为应力集中源，在表面形成折叠缺陷。

夹杂物类型	典型尺寸	形成机理	对外折叠的影响
硅酸盐	~20μm	钢中SiO₂与造渣剂反应	降低晶界强度，促进折叠
SiO₂	~20μm	钢中Si氧化	脆性相，易在变形中开裂
其他氧化物	较小	多种来源	综合影响

炼钢工艺对夹杂物的控制

文献中提出的工艺控制措施涵盖了从转炉出钢到连铸的全流程。关键控制要点包括：

工序	控制参数	目标值	控制目的
转炉出钢	钢包顶渣厚度	≤50mm	减少渣中有害元素浸入钢液
LF精炼	FeO含量	≤1%	降低渣中氧化性，减少脱氧产物
LF精炼	白渣时间	≥15min	充分去除夹杂物，稳定渣性
软吹氩	吹氩时间	≥10min	促进夹杂物上浮，均匀成分
连铸	保护浇注	全程保护	防止二次氧化
最终控制	钢中[O]	(11.6~17.1)×10⁻⁶	极低氧含量，减少氧化物夹杂

夹杂物级别控制

通过上述工艺措施，文献中实现了钢中夹杂物级别的严格控制：A类（球形氧化物）为0~2.0级，B类（链状硫化物）和C类（点状硫化物）为0级，D类（片状氧化物）为0.5~1.0级。这种控制水平有效减少了脆性夹杂物的数量和尺寸，从而降低了外折叠缺陷的发生概率。

工艺控制的PDCA循环

从质量管理的角度来看，该研究体现了PDCA循环的思想：

计划（Plan）：分析外折叠缺陷的成因，确定夹杂物是主要致因，制定控制目标。
执行（Do）：实施转炉出钢、LF精炼、软吹氩和连铸保护浇注等工艺措施。
检查（Check）：通过金相分析和夹杂物级别评定，验证控制效果。
处理（Act）：根据检查结果优化工艺参数，形成标准化作业规程。

工程实践启示

从钢管制造企业的角度来看，外折叠缺陷的控制是一个系统工程，需要从炼钢源头就开始严格控制。37Mn5钢作为一种中碳中锰钢，其冶炼工艺相对成熟，但在生产Φ85mm×8mm规格钢管时，由于管坯尺寸较小，对钢液纯净度的要求更高。小规格钢管的管坯在穿孔和轧管过程中，变形量较大，夹杂物更容易被暴露到钢管表面，形成折叠缺陷。

在实际生产中，建议将钢中氧含量控制在20×10⁻⁶以下，这是保证钢管表面质量的基本要求。同时，LF精炼过程中的渣温和渣碱度控制也非常关键，过高的渣温会促进钢液与渣之间的反应，产生新的夹杂物。白渣时间的控制需要与FeO含量配合，确保渣中FeO含量稳定在较低水平。

软吹氩是去除钢中夹杂物的重要工序，其效果取决于氩气流量、吹氩时间和钢包内钢液的流动状态。吹氩时间过短，夹杂物上浮不充分；吹氩时间过长，可能导致钢液温度下降和二次氧化。文献中建议的≥10min吹氩时间是一个合理的下限值，实际生产中可根据钢种和规格适当调整。

连铸保护浇注是防止二次氧化的最后一道防线，全程保护浇注要求从开浇到结束都保持保护剂覆盖，避免钢液与空气接触。保护剂的选型和添加量需要根据钢种和浇注速度进行优化，确保保护效果。

该文献为37Mn5钢管外折叠缺陷的成因分析和工艺控制提供了系统的解决方案，其提出的工艺参数控制方法具有普遍适用性，对同类钢管产品的质量控制具有重要的参考价值。通过从炼钢到连铸的全流程控制，可以有效降低外折叠缺陷的发生率，提高钢管产品的表面质量和综合性能。