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06Cr17Ni12Mo2不鏽鋼管穿孔或擴管發生分層開裂的原因,不鏽鋼管廠采取什麽措施避免層裂的加劇

作者: 來源:原創 日期:2016/4/4 14:32:37 人氣:199

超低破奧氏體不鏽鋼06Cr17Ni12Mo2因其價格優勢在許多使用場合下成為316L的替代材料,但企業在加工或使用過程中,發現這類不鏽鋼管在穿孔及擴管之後,部分產品出現分層開裂。本文通過掃描電鏡、能譜分析等方法研究了分層開裂的原因並提出了建議。

    1實驗方法

    對06Cr17Ni12Mo2不鏽鋼管的缺陷部位取樣.分別進行缺陷區域的掃描電鏡/能譜分析、基體部位的化學分析以及顯微組織金相分析。

    2實驗結果及討論

    2.1宏觀檢驗

    管材缺陷部位分離後,裂口與不鏽鋼管軸向約呈45°分層折疊鋼管內壁呈灰褐色,並有擴管後留下的縱向壓痕。裂痕表麵呈黑灰色深部形狀較平整裂口粗糙,且裂紋沿鋼管切向和軸向擴展,裂麵與鋼管切向呈2°~2.5°夾角,但未貫穿截麵,是典型的內分層或內折缺陷。超低碳奧氏體不鏽鋼屬於難變形合金,其管坯斜軋穿孔時,由於變形不易深透,頂頭前各階段變形強度呈(U1+W+2U2)形態分布這種分布將導致表層金屬的附加變形劇烈,從而引起內分層缺陷。此外,當軋製參數設置不當孔腔的形成將導致內折

    2.2化學分析

    在試樣正常部位取樣,對其中的主要合金元素進行化學分析參照GB/T 1220-1992,其主要合金元素含最均符合要求,可以排除分層缺陷與材料合金元素平均含量異常的相關性。

    在不鏽鋼管內表層開裂部位取樣,測得該區域的碳含量為0.013%.說明有少量脫碳。然而碳的質量分數在0.025%以下,已不足以形成Cr23C6沉澱而引起晶間腐蝕,因此可以排除由於局部晶間腐蝕造成層狀開裂的可能。

    2.2掃描電鏡及能譜分析

    2.2.1裂麵形態分析

    掃描電鏡200倍所顯示分層麵的低倍形貌較平滑,450倍下可見層裂麵上搜有網狀開裂的氧化層,650倍下可觀察到層裂麵上高溫氧化物呈平行條狀分布,1000倍下的氧化物裂縫中隱約可見金屬的撕裂韌窩形態。分層麵未見夾雜物。上述現象表明斜軋穿孔後由於後續擴孔的總擴徑率高達46.2%,高於資料關於總擴徑率≤45%的範圍,原有分層麵或內折麵上的氧化物受變形而撕裂,其一次裂紋呈網狀二次裂紋則與擴孔的拉伸方向平行.呈縱裂形態,層裂或內折在斜軋穿孔其間便已形成,且層裂不是由鋼中夾雜物所引起。

    由體截麵X射線能譜曲線可見.除Fe主峰線以及Cr,Ni,Mo,Mn,Si,P等常規元素峰線外還有Cu峰線,分析認為由管坯連鑄結晶器滲銅所致。對層裂麵進行x射線能譜分析,可見O(約26%),Cr(約37%)Mn(約17.2%),Fe(約14.7%),Ni(約2.3%)等峰線表明該物質為金屬在高溫下分層表麵的氧化物。

    螺旋狀分層開裂是在斜軋穿孔過程中.材料在螺旋前進、徑向壓縮以及受頂頭阻滯的持定條件下而形成局部分層,在變形區交變應力作用和管壁反複彎曲條件下不斷擴大分層麵,並與孔腔撕裂貫通,此時的裂紋的角度應與斜軋螺旋角有關,圖所示的分層裂縫傾角較大,是後續的兩道拉拔擴管變形所致。不鏽鋼管內表麵在擴管芯棒的作用下受徑向擠壓和軸向摩擦作用。可促使網狀裂紋擴展,裂紋表麵進一步受到高溫氧化而不可焊合。

    2.21拉伸斷口分析

    對試樣進行軸向拉伸試驗,以便對其斷口形貌進行觀察分析。圖5為管壁內側的斷麵低倍形貌,斷麵呈木紋狀,並分布有魚嘴狀孔穴。高倍下可見孔壁表麵較光滑有平行分布條紋.並可見細小撕裂韌窩形態。

    不鏽鋼管外壁側的斷麵低倍形貌,斷麵上分布有點狀孔穴,孔穴內存在穎粒狀第二相。圖8為同一區域的高倍組織,該區域大部分斷口呈韌窩形貌,“徽孔聚合”斷裂機製所造成的纖維區斷口明顯,且第二相均位於孔穴一側,表明第二相對韌性裂紋的移動具有釘鉚作用,金屬形變流動朝向一側,符合斜軋穿孔時的附加剪切變形規律。

    由斷口形貌比較可見,不鏽鋼管內外側孔穴形態不一,內側孔穴沿切向形狀較長,表明在熱變形過程中內側金屬所經受的橫向剪切變形較大較外側金屬更易形成分層。由於奧氏體不鏽鋼的寬展較大,為碳鋼的1.35~1.5倍,在連鑄管坯斜軋穿孔過程中.變形區最大橢圓度係數1.05~1.10為合理範圍,但變形區各段對分層形成作用各有不同頂頭穿孔區的金屬應變速率大動態再結晶不足可導致對分層敏感此時孔型橢圓度係數過大易造成管壁過度彎曲.這些較長的孔穴極易擴展相連從而形成內分層缺陷。因此,在不影響二次咬的前提下應對此段的導版開口度有所調整以實現對寬展的適當約束。

    2.3金相分析

    圖9所示為內圓區從體上取樣的高倍金相組織。可觀察到軸向和切向呈條狀分布、含為1.0級的鐵素體。對開裂部位的橫截麵取樣.其層裂尾部形貌如圖所示,裂紋呈層狀斷續分布,端部圓渾,局部伏域兩側組織呈獨立狀流變。由於Fe-Cr-Ni係合金中的高溫鐵素體,對不鏽鋼力學性能產生不利影響.將促使不鏽鋼熱裂傾向加劇。由圖可觀察到沿條狀鐵素體的貫通裂紋,說明層裂的產生與鐵素體組織相關。

    3結束語

    (1)06Cr17Ni12Mo2不鏽鋼管的層裂發生在斜軋穿孔過程中,並在後續擴孔成形過程中受到擴展。

    (2)二輥斜軋穿孔時.毛管內側比外側更容易出現層裂。

    (3)分層開裂對斜軋穿孔的工具調整參數較敏感應特別注意前進角與頂頭前伸址的調整,以避免孔形成。

    (4)斜軋穿孔橢圓度係數過大將導致內分層加劇,應注意控製橫向變形.尤其是穿孔區的橢圓度係數建議≤1.05.以免造成分層加劇

    (5)條狀分布的鐵素體在交變應力和附加應變作用下可誘發層裂。