2000年元月，安陽鋼鐵股份公司第四軋鋼廠（簡稱軋鋼廠）成功地開發出20G冷拔高壓鍋爐鋼管，在隨后的大批量生產中，產品的力學性能合格率達到100%；脫碳層、晶粒度的合格率達到100%．但在部分試樣的組織中存在魏氏組織(W)。按照國家標準要求，魏氏組織是20G冷拔高壓鍋爐鋼管不允許存在的異常組織。通過理論與生產實際分析，找出了20G冷拔高壓鍋爐鋼管巾魏氏組織形成的原因以及消除的方法，本文對此作簡要介紹。
1、存在魏氏組織的根源
文獻認為，亞共析鋼在奧氏體晶粒粗大且冷卻速度大于100℃/min，或者正常晶粒冷卻速度大于500℃/min的條件下才產生魏氏組織；而低碳鋼在高溫長時間加熱空冷后，也能形成魏氏組織。也就是說具有粗大晶粒的20鋼在奧氏體狀態(835℃以上)以較快速度冷到650℃就能形成魏氏組織。為了找出生產中20G冷拔高壓鍋爐鋼管魏氏組織產生的根源，分別對中50 mm*9mm、中32 mmx3 mm、中57 mmx3.5 mm常用規格的20G冷拔高壓鍋爐鋼管的熱軋管生產、冷拔管中間退火及成品管正火等環節進行了取樣分析。
1.1熱軋管顯微組織分析
軋鋼廠∮90 mm機組的實際生產情況是：管坯加熱時，加熱段的溫度為1100—1200℃，均熱段的溫度為1250—1300℃，這兩個溫度段的加熱時間超過1h這種條件很容易形成粗大的奧氏體晶粒；同時，穿孔后毛管溫度在1200℃以上，熱軋后荒管溫度在950℃左右，軋制過程中的溫降約為300℃，冷卻速度大于100℃/min，具備了產生魏氏組織的條件。生產∮50mmx9mm、∮32mmx3mm、∮57mmx3.5mm的冷拔管，其所用熱軋管的規格分別為∮83 mmx10mm、∮74mmx3.8 mm、∮74 mmx4.3 mm。隨機取熱軋管樣20個，用于顯微組織分析。分析結果表明，熱軋管試樣全部存在魏氏組織，魏氏組織的級別為1.5—3.0級，并且加熱溫度越高，時間越長，魏氏組織的級別越高。
1.2 2成品管拔制前鋼管的顯微組織分析
成品鋼管拔制前，隨機取中間管樣20個進行顯微組織分析。分析結果是：組織均為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒度為8.0～9.5級，所有試樣沒有魏氏組織，這說明通過中間退火處理后，完全消除了熱軋管中的魏氏組織，見表1。
1.3 20C成品鋼管正火后的顯微組織
20G成品鋼管正火后顯微組織數據統計見表2。
經對各工序鋼管的組織分析可知，20G冷拔高壓鍋爐鋼管中魏氏組織的產生是因成品正火工藝的控制或操作不當造成的。
2、原因分析
從軋鋼廠的退火爐結構看，該爐的有效長度約34 m，由供熱的加熱1段、加熱2段和不供熱的均熱段組成。其中進料端的供熱段長度約14 m，出料端的均熱段長度約20 m，爐內輥道等速運行。鋼管人爐后先在加熱段進行強制加熱，然后進入均熱段，靠煙氣余熱完成均熱保溫過程，鋼管在爐內的運行方向與爐氣流向相同。因此正常生產時，鋼管在供熱段的加熱時間約占退火時間的2/5，在均熱段的均熱保溫時間占退火時間的3/5：如果退火時間為15 min．則加熱時間只有6 min，而均熱保溫時間為9 min。由于均熱段未設加熱燒嘴，鋼溫的控制主要在加熱段完成，所以出爐鋼溫可控性差，尤其是薄壁鋼管（升溫快、降溫也快）。表3中的統計數據表明，在現有生產條件下，20℃冷拔高壓鍋爐鋼管中的魏氏組織主要發生在薄壁管的生產過程中。現以∮57 mmx3.5 mm管為例，對20℃冷拔高壓鍋爐鋼管魏氏組織的產生原因進行分析，富通新能源銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
2.1數據統計
表3為∮57 mmx3.5 mmx9000 mm鋼管每批正火后魏氏組織的統計情況。正火加熱后的冷卻方式均為自然冷卻。
2.2原因分析
根據試驗和以上生產統計數據可以認為：①出爐鋼溫越高，魏氏組織生成的機率越大：②供熱段加熱溫度越高，魏氏組織生成的機率越大；③加熱時間越長，魏氏組織生成的機率越大；③較低的加熱溫度和較長的加熱時間，并未使成品管中的魏氏組織隨之增大，這說明魏氏組織對加熱時間的敏感性遠小于加熱溫度；⑤20G高溫正火時的奧氏體品粒長大，是20G冷拔高壓鍋爐鋼管是否產生魏氏組織的根本原因，如果正火工藝控制合理，奧氏體晶粒細小，則完全可以不產生新的魏氏組織；⑥在一定的加熱時間內，當鋼管出爐溫度>920℃時，其出現魏氏組織的機率要遠遠大于鋼管出爐溫度<920℃時的機率。
2.3理論依據
按照GB 5310-1995要求，20G正火鋼溫在900~930℃。由于軋鋼廠退火爐的條件所限，工藝執行時，鋼管需在供熱段強制加熱，且達到的鋼溫需遠高于900~930℃，更易造成鋼管過熱。另一方面，鋼管在均熱段時間較長，也容易形成粗大的奧氏體晶粒。從理論上講，粗大的奧氏體晶粒，在快速冷卻的條件下容易產生魏氏組織。
實際生產中，正火后出爐鋼溫在90O℃以上，薄壁管出爐后冷卻速度能達到100～1500℃/min．而且隨著鋼溫的提高，冷卻速度會進一步加大，所以很容易形成魏氏組織。而厚壁管升溫、降溫均較慢，不易過熱，且出爐鋼溫易保證，正常晶粒的20G鋼管很難產生魏氏組織。所以∮50 mmx9 mm的20G鋼管，正火后冷卻即使采用風冷，也不會產生魏氏組織。
3、魏氏組織的消除
消除魏氏組織的常用方法是采用正火、退火處理等。經對4批因存在魏氏組織不合格的中57 mmX3.5 mm鋼管重新正火處理，然后逐一取樣檢查魏氏組織消除情況，其結果見表4。
從表4看出，再次正火處理時，鋼溫控制在≤910℃，幾乎可以消除魏氏組織；但不合理的重處理工藝，不僅沒有消除魏氏組織，而且會新生成魏氏組織和增加魏氏組織的級別。
4、措施
為了更加有效地控制20G冷拔高壓鍋爐鋼管的組織形態，杜絕魏氏組織，對普通的退火爐來說，應做如下改進。
(1)改進退火爐輥道傳動系統，供熱段和均熱段輥道傳動相互獨立，速度獨立調控，使加熱時間和均熱時間可靈活調整，為工藝執行提供保障。
(2)對爐子進行適當的改進，在均熱段增設燒嘴，保證出爐鋼溫的可控性。
(3)在原進料端設置收集料槽，以便退火爐能正反兩向處理鋼管：20G成品管高溫正火時可進行反向處理。這樣既保證鋼管的出爐溫度，叉可控制鋼管的加熱時間。
5、結論
(1) 20G冷拔高壓鍋爐鋼管在高溫正火處理時容易形成粗犬的奧氏體晶粒，在出爐冷卻速度達到100℃/min時，極易產生魏氏組織。
(2)厚壁鋼管不易出現過熱，且出爐后的冷卻速度較慢，所以厚壁管較薄壁管不易產生魏氏組織。
(3)魏氏組織可以通過合理的正火或退火處理來消除。
(4)在薄壁管的生產中，成品鋼管退火時的出爐溫度控制在900~920℃，能夠在一定程度上避免魏氏組織的產生。
