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摘要：本文首先阐述了采用“离心浇铸空心坯+管坯特殊处理+热辊模连续顶轧成形”短流程工艺生产中大口径高合金钢管材的新方法，接着通过对试制管材的力学性能、腐蚀性能和金相组织的观察，表明这个流程新工艺由于突破了穿孔的固有局限，适合生产难变形的高端管材，且管材具有优良的综合使用特性；最好得出结论这种新的制造工艺节能降耗的优势明显。
关键词：高合金管材、离心浇铸空心坯、轧制工艺
中图分类号：TG335文献标识码： A
一、前言
目前在世界范围内吗，中大口径高合金钢无缝管材热加工的装备水平和方法虽有长足的进步，但从坯到管的基本工艺原理并无太大改变 ，仍以斜轧穿孔或压力穿孔作为主要手段来制备空心管坯(荒管)。采用离心浇铸技术加上适当的后续热加工成形，用以生产中大口径高端管材的工艺技术所具有的工艺优势日益得到业内人士的关注。北京首宏钢科技开发有限公司对此进行了自主开发，形成了多项专利 。本文仅介绍其中涉及采用 “离心浇铸空心坯十管坯特殊处理+热辊模连续顶轧成形”工艺技术生产中大口径高端管材进行的初步研究。本项新工艺的核心技术，包括质量可靠的离心浇铸空心坯加上经济合理的热加工技术及其相关联的独特技术。
二、工艺介绍
本工艺为一种生产中大口径中厚壁高端无缝钢管的新方法。其基本技术特征在于：采用独特工艺将离心铸造空心管坯进行加工制备，加热后通过特定的热轧加工技术制成所需的中大口径无缝钢管，特别适用于生产不宜进行穿孔 (冲TL)成形的难变形金属的中大口径中厚壁专用管材。其加工成形的核心之一就在于通过热辊模连续顶轧成形工艺轧制经过特殊处理的离心铸造空心坯。工艺流程 ：离心浇铸、管坯制备、管坯加热、热变形、精整、检测、 (热处理)、(矫直)、(检测)、成品。
三、工业性试验
利用顶管机的工作原理配置自制辊模等专有装备，采用“离心浇铸空心坯+管坯特殊处理+热辊模连续顶轧成形”工艺一火轧成 ；由于受试验机组承载能力的限制 ，工业性试验只选择2.33的延伸系数。采用离心浇铸的 125mnix15mm 1Crl8Ni9不锈钢 空心坯 ，按预期 要求 轧制 出 108mmx7mm热轧试验样管，总面缩率在 56％以上。
四、试验结果分析
为了建立对“成分结构一成形工艺一组织性能一成本”这一系统工程 的分析基础 ，对试轧所得管样的力学、物理性能(包括室温 、高温条件下的力学性能，晶间腐蚀 、金相组织等 )进行检测 ，并与铸态管坯进行了对比分析。
1、力学性能
(1)拉伸试验。铸态和轧态试样的室温拉伸试验结果表明：轧态试样各项数据均高于铸态试样，其中拉伸强度提高到 689MPa，提高幅度达 25％；断后延伸率从铸态的 67％提高到轧态的 76％。高温下铸态和轧态试样的拉伸试验结果表明：轧态试样除断后延伸率基本一致外，其他数据同样均高于铸态试样，其中拉伸强度提高到528MPa，提高幅度达29％。这主要是由于材料在热变形加工并经热处理后，在应变储存能的强力驱动下材料发生了回复再结晶，使晶粒由粗大的柱状晶变成了等轴晶。组织明显细化，晶粒度达到4级。众所周知，晶粒细化是提高材料强韧性的重要手段，这是材料经变形后强度和塑性均提高的主要原因。
以上结果还表明 ：后续的加工变形能明显改善离心铸造管坯材料的力学性能，或者说，离心铸造管坯材料非常适合后续的热变形。由于设备条件限制，延伸系数仅有2．33，但是经变形和热处理后的轧态无缝钢管各项拉伸力学性能明显且全面高于离心铸造钢管。
(2)冲击韧性试验。冲击试验结果表明：铸态试样的冲击吸收功和冲击韧性值 a 分别为 74J和 184J／cm，轧态试样的冲击吸收功A和冲击韧性值分别为87J和 218J／cm2，均比铸态试样提高了18％。这主要是由于铸态试样的断口面以柱状晶为主，而轧态试样的断口面以等轴晶为主，且晶粒细化，理所当然地改善了管材的冲击韧性。
2、晶间腐蚀
试验结果表明：未经退火的铸态原始状态试样的晶间腐蚀敏感性比轧态的高，铸态试样内表面的晶间腐蚀敏感性比外表面的高；经 650℃敏化处理的铸态试样的晶问腐蚀敏感性 比轧态的高，铸态和轧态试样外表面的晶问腐蚀敏感性比内表面的高；经 400℃敏化处理的铸态试样的晶间腐蚀敏感性比轧态的高。
目前的检测结果表明：铸态试样的晶问腐蚀敏感性比轧态试样的晶问腐蚀敏感性高。主要原因是铸态试样的晶粒比轧态试样的晶粒粗大，在单位体积内的晶界面积较小。在相同的敏化温度下生成的碳化铬沉淀量是一定的，因此，鑄态试样中粗大柱状晶的晶界处碳化物析出密度 比轧态试样细晶晶界处碳化物析出的密度高，有效铬含量较低，更容易产生晶间腐蚀。
3、金相组织
分别从铸态和轧态的1Crl8Ni9无缝管材上取样，进行表面处理与金相分析。铸态横截面晶粒形貌和纵截面晶粒形貌基本一致，晶粒为粗大柱状晶，且柱状晶沿着管径方向排列。这应与材料在浇铸过程中的热流方向有关。金属液体浇入铸模以后，由于液相温度逐渐降低，生成的晶体向液体内生长。由于晶粒生长速度是各向异性的，那些生长速度最快、方向与热流方向一致的晶粒会超出其他晶粒而优先生长，形成柱状晶。即柱状晶排列方向平行于热流方向。铸态最内和最外层区域都是粗大的晶粒，组织相近，其形貌介于等轴晶和状晶之间。轧态横截面和纵截面晶粒形貌基本一致，近表面区域与中间区域 晶粒形貌基本一致。均呈等轴晶状。与铸态晶粒形貌比较有明显的晶粒细化现象，且出现大量的孪生组织。这是因为铸态无缝管材经热加工变形和热处理后 (直径从 125mm减小到 108mm，壁厚从 15mm减小到7mm)，组织产生回复再结晶现象，使得晶粒均匀细化，并形成大量的退火孪生组织。
为描述铸态组织的晶粒大小，按照 GB,q"6394—2002测定铸态组织的平均晶粒度，采用直线截点法测量铸态试样的平均晶粒度 ，通过每毫米内晶界截点数平均值来确定晶粒度。
由测 定计 算结 果 ，并 参 考 GB／T6394—2002《任意取 向、均匀 、等轴晶粒的显微 晶粒度关系》可知，铸态显微晶粒度级别为00级，而铸态宏观晶粒度级别为 M一12．5级为了描述轧态组织晶粒大小，采用直线截点法测量轧态组织的平均晶粒度。
五、讨论
1、采用离心铸造空心坯代替传统的穿孔坯，从根本上消除了穿孔缺陷，且由于离心浇铸管坯的组织性能优于一般的连铸坯和模铸坯，将有助于大大改善成品管材的质量状况。
2、用本工艺生产 中大口径高端管材仅需一次工艺路线简约，技术复杂程度低，具有一定 的工艺和成本优势。
3、加工成形方式为热辊模连续顶轧成形。金属承受 二向压应力一 向拉应力的理想加工应力状态，变形力小。
4、在中大口径高合金钢管材生产领域内，该工艺路线简约，技术复杂程度低，具有一定的工艺和成本优势。
5、中大口径高合金钢无缝管材产品的需求特点是小批量 、多品种。本工艺技术易于更换工具，可以便捷地更换生产规格，适合此类高端管材的生产。
6、对于穿轧变形困难的中大口径厚壁高合金钢和合金无缝管材的生产(如各类不锈钢、G3等)，该工艺与传统工艺相比具有不可比拟的优势，生产的管材口径越大，这种优势也越明显。
六、结束语
与现有用以生产中大口径高合金管材的工艺相比，“离心浇铸空心坯+管坯特殊处理+热辊模连续顶轧成形”(CCE)工艺具有流程短和节能降耗的优势，由于突破了穿孔的固有局限，可以生产难变形高合金钢专用管材，符合国家节能减排的发展战略。该新工艺要实现规模化工业生产，将是有待进一步研究的新课题。
参考文献：
[1]刘涛．最新无缝钢管生产新工艺新技术与质量控制检验实用手册(第 4卷)[M]．北京 ：北方工业出版社，2006.
[2]刘涛．最新无缝钢管生产新工艺新技术与质量控制检验实用手册(第 3卷)[M]．jE京：北方工业出版社 ，2006.
[3]汤虎.铬钼合金钢无缝钢管代用分析[J].科技促进发展,2010,23（8）：91-92.
关键词：高合金管材、离心浇铸空心坯、轧制工艺
中图分类号：TG335文献标识码： A
一、前言
目前在世界范围内吗，中大口径高合金钢无缝管材热加工的装备水平和方法虽有长足的进步，但从坯到管的基本工艺原理并无太大改变 ，仍以斜轧穿孔或压力穿孔作为主要手段来制备空心管坯(荒管)。采用离心浇铸技术加上适当的后续热加工成形，用以生产中大口径高端管材的工艺技术所具有的工艺优势日益得到业内人士的关注。北京首宏钢科技开发有限公司对此进行了自主开发，形成了多项专利 。本文仅介绍其中涉及采用 “离心浇铸空心坯十管坯特殊处理+热辊模连续顶轧成形”工艺技术生产中大口径高端管材进行的初步研究。本项新工艺的核心技术，包括质量可靠的离心浇铸空心坯加上经济合理的热加工技术及其相关联的独特技术。
二、工艺介绍
本工艺为一种生产中大口径中厚壁高端无缝钢管的新方法。其基本技术特征在于：采用独特工艺将离心铸造空心管坯进行加工制备，加热后通过特定的热轧加工技术制成所需的中大口径无缝钢管，特别适用于生产不宜进行穿孔 (冲TL)成形的难变形金属的中大口径中厚壁专用管材。其加工成形的核心之一就在于通过热辊模连续顶轧成形工艺轧制经过特殊处理的离心铸造空心坯。工艺流程 ：离心浇铸、管坯制备、管坯加热、热变形、精整、检测、 (热处理)、(矫直)、(检测)、成品。
三、工业性试验
利用顶管机的工作原理配置自制辊模等专有装备，采用“离心浇铸空心坯+管坯特殊处理+热辊模连续顶轧成形”工艺一火轧成 ；由于受试验机组承载能力的限制 ，工业性试验只选择2.33的延伸系数。采用离心浇铸的 125mnix15mm 1Crl8Ni9不锈钢 空心坯 ，按预期 要求 轧制 出 108mmx7mm热轧试验样管，总面缩率在 56％以上。
四、试验结果分析
为了建立对“成分结构一成形工艺一组织性能一成本”这一系统工程 的分析基础 ，对试轧所得管样的力学、物理性能(包括室温 、高温条件下的力学性能，晶间腐蚀 、金相组织等 )进行检测 ，并与铸态管坯进行了对比分析。
1、力学性能
(1)拉伸试验。铸态和轧态试样的室温拉伸试验结果表明：轧态试样各项数据均高于铸态试样，其中拉伸强度提高到 689MPa，提高幅度达 25％；断后延伸率从铸态的 67％提高到轧态的 76％。高温下铸态和轧态试样的拉伸试验结果表明：轧态试样除断后延伸率基本一致外，其他数据同样均高于铸态试样，其中拉伸强度提高到528MPa，提高幅度达29％。这主要是由于材料在热变形加工并经热处理后，在应变储存能的强力驱动下材料发生了回复再结晶，使晶粒由粗大的柱状晶变成了等轴晶。组织明显细化，晶粒度达到4级。众所周知，晶粒细化是提高材料强韧性的重要手段，这是材料经变形后强度和塑性均提高的主要原因。
以上结果还表明 ：后续的加工变形能明显改善离心铸造管坯材料的力学性能，或者说，离心铸造管坯材料非常适合后续的热变形。由于设备条件限制，延伸系数仅有2．33，但是经变形和热处理后的轧态无缝钢管各项拉伸力学性能明显且全面高于离心铸造钢管。
(2)冲击韧性试验。冲击试验结果表明：铸态试样的冲击吸收功和冲击韧性值 a 分别为 74J和 184J／cm，轧态试样的冲击吸收功A和冲击韧性值分别为87J和 218J／cm2，均比铸态试样提高了18％。这主要是由于铸态试样的断口面以柱状晶为主，而轧态试样的断口面以等轴晶为主，且晶粒细化，理所当然地改善了管材的冲击韧性。
2、晶间腐蚀
试验结果表明：未经退火的铸态原始状态试样的晶间腐蚀敏感性比轧态的高，铸态试样内表面的晶间腐蚀敏感性比外表面的高；经 650℃敏化处理的铸态试样的晶问腐蚀敏感性 比轧态的高，铸态和轧态试样外表面的晶问腐蚀敏感性比内表面的高；经 400℃敏化处理的铸态试样的晶间腐蚀敏感性比轧态的高。
目前的检测结果表明：铸态试样的晶问腐蚀敏感性比轧态试样的晶问腐蚀敏感性高。主要原因是铸态试样的晶粒比轧态试样的晶粒粗大，在单位体积内的晶界面积较小。在相同的敏化温度下生成的碳化铬沉淀量是一定的，因此，鑄态试样中粗大柱状晶的晶界处碳化物析出密度 比轧态试样细晶晶界处碳化物析出的密度高，有效铬含量较低，更容易产生晶间腐蚀。
3、金相组织
分别从铸态和轧态的1Crl8Ni9无缝管材上取样，进行表面处理与金相分析。铸态横截面晶粒形貌和纵截面晶粒形貌基本一致，晶粒为粗大柱状晶，且柱状晶沿着管径方向排列。这应与材料在浇铸过程中的热流方向有关。金属液体浇入铸模以后，由于液相温度逐渐降低，生成的晶体向液体内生长。由于晶粒生长速度是各向异性的，那些生长速度最快、方向与热流方向一致的晶粒会超出其他晶粒而优先生长，形成柱状晶。即柱状晶排列方向平行于热流方向。铸态最内和最外层区域都是粗大的晶粒，组织相近，其形貌介于等轴晶和状晶之间。轧态横截面和纵截面晶粒形貌基本一致，近表面区域与中间区域 晶粒形貌基本一致。均呈等轴晶状。与铸态晶粒形貌比较有明显的晶粒细化现象，且出现大量的孪生组织。这是因为铸态无缝管材经热加工变形和热处理后 (直径从 125mm减小到 108mm，壁厚从 15mm减小到7mm)，组织产生回复再结晶现象，使得晶粒均匀细化，并形成大量的退火孪生组织。
为描述铸态组织的晶粒大小，按照 GB,q"6394—2002测定铸态组织的平均晶粒度，采用直线截点法测量铸态试样的平均晶粒度 ，通过每毫米内晶界截点数平均值来确定晶粒度。
由测 定计 算结 果 ，并 参 考 GB／T6394—2002《任意取 向、均匀 、等轴晶粒的显微 晶粒度关系》可知，铸态显微晶粒度级别为00级，而铸态宏观晶粒度级别为 M一12．5级为了描述轧态组织晶粒大小，采用直线截点法测量轧态组织的平均晶粒度。
五、讨论
1、采用离心铸造空心坯代替传统的穿孔坯，从根本上消除了穿孔缺陷，且由于离心浇铸管坯的组织性能优于一般的连铸坯和模铸坯，将有助于大大改善成品管材的质量状况。
2、用本工艺生产 中大口径高端管材仅需一次工艺路线简约，技术复杂程度低，具有一定 的工艺和成本优势。
3、加工成形方式为热辊模连续顶轧成形。金属承受 二向压应力一 向拉应力的理想加工应力状态，变形力小。
4、在中大口径高合金钢管材生产领域内，该工艺路线简约，技术复杂程度低，具有一定的工艺和成本优势。
5、中大口径高合金钢无缝管材产品的需求特点是小批量 、多品种。本工艺技术易于更换工具，可以便捷地更换生产规格，适合此类高端管材的生产。
6、对于穿轧变形困难的中大口径厚壁高合金钢和合金无缝管材的生产(如各类不锈钢、G3等)，该工艺与传统工艺相比具有不可比拟的优势，生产的管材口径越大，这种优势也越明显。
六、结束语
与现有用以生产中大口径高合金管材的工艺相比，“离心浇铸空心坯+管坯特殊处理+热辊模连续顶轧成形”(CCE)工艺具有流程短和节能降耗的优势，由于突破了穿孔的固有局限，可以生产难变形高合金钢专用管材，符合国家节能减排的发展战略。该新工艺要实现规模化工业生产，将是有待进一步研究的新课题。
参考文献：
[1]刘涛．最新无缝钢管生产新工艺新技术与质量控制检验实用手册(第 4卷)[M]．北京 ：北方工业出版社，2006.
[2]刘涛．最新无缝钢管生产新工艺新技术与质量控制检验实用手册(第 3卷)[M]．jE京：北方工业出版社 ，2006.
[3]汤虎.铬钼合金钢无缝钢管代用分析[J].科技促进发展,2010,23（8）：91-92.