P91钢连铸圆坯热轧钢管表面开裂原因分析的学习体会

文献概况与缺陷背景

宋景凌等2018年在《上海金属》发表的这篇论文，针对P91钢连铸圆坯热轧钢管表面开裂缺陷进行了系统的根因分析。P91钢是一种马氏体耐热钢，广泛应用于电站锅炉的过热器、再热器和高温管道。该钢种的冶炼工艺为电弧炉冶炼加炉外精炼（LF加VD），采用弧形连铸工艺生产圆管坯，再经周期连轧管机组轧制为高压锅炉用钢管。

本批次产品规格为Φ559 mm×35 mm，使用Φ500 mm连铸圆坯轧制。钢管外表面出现裂纹，大部分钢管经局部修磨后探伤合格，但仍有部分钢管因修磨超过壁厚负公差而报废。这一缺陷问题在生产中造成了较大的经济损失和质量风险。

缺陷分析与检测方法

文献采用金相、酸浸、扫描电镜及能谱等综合检测方法对钢管和连铸坯进行了系统分析。这些检测方法的组合使用，体现了缺陷分析中"从宏观到微观、从形貌到成分"的递进式分析思路。

δ铁素体与裂纹机理

文献的核心发现是：连铸坯表面凹陷处存在的δ铁素体增大了钢管加工变形时产生裂纹的倾向。δ铁素体是奥氏体不锈钢和某些合金钢中常见的有害相，在P91钢中同样存在类似问题。

δ铁素体的形成与连铸工艺条件密切相关：

1. 结晶器冷却不均：弧形连铸过程中，结晶器冷却水分布不均导致铸坯表面温度场不均匀，形成表面凹陷。
2. 温度梯度影响：表面凹陷处冷却速率与正常区域不同，导致凝固组织差异，促进δ铁素体析出。
3. 凝固路径影响：δ铁素体通常在较高温度下优先析出，其分布受凝固路径和冷却速率影响。

在热轧加工过程中，δ铁素体沿晶界分布形成连续网络，成为裂纹的优先扩展路径。当钢管轧制变形时，应力在δ铁素体相界处集中，导致沿晶开裂。这一机理与"沿晶界脆化"的经典理论一致。

FMEA分析与预防措施

基于文献的分析结果，可以采用FMEA方法对连铸坯表面裂纹缺陷进行系统评估：

针对上述缺陷，提出以下预防措施：

1. 优化结晶器冷却：采用动态液面控制，确保冷却水均匀分布，减少表面温度梯度。
2. 控制拉速：适当降低拉速，延长凝固时间，减少δ铁素体析出。
3. 坯料检测：增加连铸坯表面检测手段，及时发现表面缺陷坯料。
4. 热处理改善：在热轧前增加中间退火工序，促进δ铁素体转变。

工程实践中的质量控制要点

从工程实践角度，P91钢连铸圆坯热轧钢管的生产质量控制需要关注以下环节：

1. 冶炼质量控制：严格控制P91钢的化学成分，特别是Cr、Mo、Ni、V等合金元素的含量，确保成分在合格范围内。
2. 连铸工艺优化：优化结晶器参数，包括冷却水量、拉速、电磁搅拌等，确保铸坯质量。
3. 坯料入库检验：对连铸坯进行严格的表面质量检验，包括目视检查、磁粉探伤等，剔除表面缺陷坯料。
4. 轧制工艺控制：控制开轧温度和终轧温度，避免过大的变形量导致δ铁素体沿晶开裂。
5. 在线检测：增加钢管表面在线检测手段，如涡流检测、超声检测等，及时发现表面缺陷。

学习心得与启示

这篇文献的缺陷分析方法体现了"从现象到本质"的科学分析思路。通过对钢管和连铸坯的取样分析，逐步追溯缺陷的源头，最终定位到连铸坯表面裂纹和δ铁素体析出这一根本原因。这种分析方法对于生产中的质量问题分析具有重要的参考价值。

δ铁素体问题在合金钢生产中是一个经典难题。P91钢作为高温合金钢，其δ铁素体控制尤为关键。文献的分析结果表明，连铸工艺对δ铁素体的形成有重要影响，这提示我们在工艺优化中需要关注凝固过程的控制。对于从事钢管生产的技术人员而言，理解缺陷形成机理是制定有效预防措施的基础。这篇文献的FMEA分析思路和质量控制要点，为类似缺陷的预防和控制提供了实用指导。