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06Cr17Ni12Mo2不锈钢管穿孔或扩管发生分层开裂的原因,不锈钢管厂采取什么措施避免层裂的加剧

作者: 来源:原创 日期:2016/4/4 14:32:37 人气:285

超低破奥氏体不锈钢06Cr17Ni12Mo2因其价格优势在许多使用场合下成为316L的替代材料,但企业在加工或使用过程中,发现这类不锈钢管在穿孔及扩管之后,部分产品出现分层开裂。本文通过扫描电镜、能谱分析等方法研究了分层开裂的原因并提出了建议。

    1实验方法

    对06Cr17Ni12Mo2不锈钢管的缺陷部位取样.分别进行缺陷区域的扫描电镜/能谱分析、基体部位的化学分析以及显微组织金相分析。

    2实验结果及讨论

    2.1宏观检验

    管材缺陷部位分离后,裂口与不锈钢管轴向约呈45°分层折叠钢管内壁呈灰褐色,并有扩管后留下的纵向压痕。裂痕表面呈黑灰色深部形状较平整裂口粗糙,且裂纹沿钢管切向和轴向扩展,裂面与钢管切向呈2°~2.5°夹角,但未贯穿截面,是典型的内分层或内折缺陷。超低碳奥氏体不锈钢属于难变形合金,其管坯斜轧穿孔时,由于变形不易深透,顶头前各阶段变形强度呈(U1+W+2U2)形态分布这种分布将导致表层金属的附加变形剧烈,从而引起内分层缺陷。此外,当轧制参数设置不当孔腔的形成将导致内折

    2.2化学分析

    在试样正常部位取样,对其中的主要合金元素进行化学分析参照GB/T 1220-1992,其主要合金元素含最均符合要求,可以排除分层缺陷与材料合金元素平均含量异常的相关性。

    在不锈钢管内表层开裂部位取样,测得该区域的碳含量为0.013%.说明有少量脱碳。然而碳的质量分数在0.025%以下,已不足以形成Cr23C6沉淀而引起晶间腐蚀,因此可以排除由于局部晶间腐蚀造成层状开裂的可能。

    2.2扫描电镜及能谱分析

    2.2.1裂面形态分析

    扫描电镜200倍所显示分层面的低倍形貌较平滑,450倍下可见层裂面上搜有网状开裂的氧化层,650倍下可观察到层裂面上高温氧化物呈平行条状分布,1000倍下的氧化物裂缝中隐约可见金属的撕裂韧窝形态。分层面未见夹杂物。上述现象表明斜轧穿孔后由于后续扩孔的总扩径率高达46.2%,高于资料关于总扩径率≤45%的范围,原有分层面或内折面上的氧化物受变形而撕裂,其一次裂纹呈网状二次裂纹则与扩孔的拉伸方向平行.呈纵裂形态,层裂或内折在斜轧穿孔其间便已形成,且层裂不是由钢中夹杂物所引起。

    由体截面X射线能谱曲线可见.除Fe主峰线以及Cr,Ni,Mo,Mn,Si,P等常规元素峰线外还有Cu峰线,分析认为由管坯连铸结晶器渗铜所致。对层裂面进行x射线能谱分析,可见O(约26%),Cr(约37%)Mn(约17.2%),Fe(约14.7%),Ni(约2.3%)等峰线表明该物质为金属在高温下分层表面的氧化物。

    螺旋状分层开裂是在斜轧穿孔过程中.材料在螺旋前进、径向压缩以及受顶头阻滞的持定条件下而形成局部分层,在变形区交变应力作用和管壁反复弯曲条件下不断扩大分层面,并与孔腔撕裂贯通,此时的裂纹的角度应与斜轧螺旋角有关,图所示的分层裂缝倾角较大,是后续的两道拉拔扩管变形所致。不锈钢管内表面在扩管芯棒的作用下受径向挤压和轴向摩擦作用。可促使网状裂纹扩展,裂纹表面进一步受到高温氧化而不可焊合。

    2.21拉伸断口分析

    对试样进行轴向拉伸试验,以便对其断口形貌进行观察分析。图5为管壁内侧的断面低倍形貌,断面呈木纹状,并分布有鱼嘴状孔穴。高倍下可见孔壁表面较光滑有平行分布条纹.并可见细小撕裂韧窝形态。

    不锈钢管外壁侧的断面低倍形貌,断面上分布有点状孔穴,孔穴内存在颖粒状第二相。图8为同一区域的高倍组织,该区域大部分断口呈韧窝形貌,“徽孔聚合”断裂机制所造成的纤维区断口明显,且第二相均位于孔穴一侧,表明第二相对韧性裂纹的移动具有钉铆作用,金属形变流动朝向一侧,符合斜轧穿孔时的附加剪切变形规律。

    由断口形貌比较可见,不锈钢管内外侧孔穴形态不一,内侧孔穴沿切向形状较长,表明在热变形过程中内侧金属所经受的横向剪切变形较大较外侧金属更易形成分层。由于奥氏体不锈钢的宽展较大,为碳钢的1.35~1.5倍,在连铸管坯斜轧穿孔过程中.变形区最大椭圆度系数1.05~1.10为合理范围,但变形区各段对分层形成作用各有不同顶头穿孔区的金属应变速率大动态再结晶不足可导致对分层敏感此时孔型椭圆度系数过大易造成管壁过度弯曲.这些较长的孔穴极易扩展相连从而形成内分层缺陷。因此,在不影响二次咬的前提下应对此段的导版开口度有所调整以实现对宽展的适当约束。

    2.3金相分析

    图9所示为内圆区从体上取样的高倍金相组织。可观察到轴向和切向呈条状分布、含为1.0级的铁素体。对开裂部位的横截面取样.其层裂尾部形貌如图所示,裂纹呈层状断续分布,端部圆浑,局部伏域两侧组织呈独立状流变。由于Fe-Cr-Ni系合金中的高温铁素体,对不锈钢力学性能产生不利影响.将促使不锈钢热裂倾向加剧。由图可观察到沿条状铁素体的贯通裂纹,说明层裂的产生与铁素体组织相关。

    3结束语

    (1)06Cr17Ni12Mo2不锈钢管的层裂发生在斜轧穿孔过程中,并在后续扩孔成形过程中受到扩展。

    (2)二辊斜轧穿孔时.毛管内侧比外侧更容易出现层裂。

    (3)分层开裂对斜轧穿孔的工具调整参数较敏感应特别注意前进角与顶头前伸址的调整,以避免孔形成。

    (4)斜轧穿孔椭圆度系数过大将导致内分层加剧,应注意控制横向变形.尤其是穿孔区的椭圆度系数建议≤1.05.以免造成分层加剧

    (5)条状分布的铁素体在交变应力和附加应变作用下可诱发层裂。