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06Cr17Ni12Mo2 不锈钢管穿孔或膨胀引起分层开裂,不锈钢管厂采取什么措施避免散裂加重。 

发(fa)布时间(jian):2021-06-09


06Cr17Ni12Mo2超(chao)低破裂奥氏(shi)体不锈钢因其价(jia)格(ge)优势在很多应用中(zhong)成(cheng)为316L的替代品(pin)。 然而,在加(jia)工或使用过(guo)程中(zhong),企业发现(xian)此类不锈钢管在钻孔、扩径后(hou)出现(xian)分层、开裂.本文通过(guo)扫描电镜、能谱分析等(deng)方法对分层开裂的原因进(jin)行(xing)了(le)(le)研究,并提出了(le)(le)建议(yi)。

1 实验方法(fa)

06Cr17Ni12Mo2不锈钢管扫描电子显微镜/缺陷区域的能谱分析、基体的化学分析和微观结构的金相分析分别进行缺陷取样。

2 实验(yan)结果与讨论

2.1 宏观检查

管(guan)(guan)(guan)子缺陷(xian)分离后,裂纹(wen)与不(bu)(bu)(bu)锈钢管(guan)(guan)(guan)沿轴向(xiang)(xiang)呈45左右分层弯曲,钢管(guan)(guan)(guan)内(nei)壁呈灰褐色,并(bing)有因(yin)膨胀而(er)留下的(de)缺口纵线(xian)。管(guan)(guan)(guan)道。裂纹(wen)表(biao)面呈深(shen)灰色,深(shen)部形(xing)(xing)状较平坦(tan),裂纹(wen)粗糙,裂纹(wen)沿钢管(guan)(guan)(guan)切(qie)向(xiang)(xiang)和(he)轴向(xiang)(xiang)扩展,裂纹(wen)表(biao)面与钢管(guan)(guan)(guan)夹角。切(qie)线(xian)方向(xiang)(xiang)。钢管(guan)(guan)(guan)的(de)夹角为(wei)22.5,但不(bu)(bu)(bu)穿透(tou)横截面,是(shi)典型的(de)内(nei)裂。超(chao)低碳奥(ao)氏体不(bu)(bu)(bu)锈钢是(shi)一(yi)种不(bu)(bu)(bu)易变形(xing)(xing)的(de)合金。粗管(guan)(guan)(guan)轧(ya)制交(jiao)叉钻孔时(shi),变形(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)易深(shen)入(ru)深(shen)入(ru),塞前(qian)各(ge)阶段的(de)变形(xing)(xing)抗力为(wei)(U1+W+2U2)这种分布会导(dao)致金属表(biao)面进一(yi)步变形(xing)(xing)。严重,造(zao)成内(nei)部分层缺陷(xian)。此外,当层压参数(shu)设置不(bu)(bu)(bu)正(zheng)确时(shi),腔(qiang)的(de)形(xing)(xing)成会导(dao)致向(xiang)(xiang)内(nei)折叠。

2.2 化学分析

从样(yang)品的(de)(de)正常部分(fen)取(qu)样(yang),对合(he)金的(de)(de)主(zhu)要元(yuan)素进(jin)行化学分(fen)析。见GB/T1220-1992。合(he)金的(de)(de)主(zhu)要元(yuan)素含量(liang)符合(he)要求(qiu),脱层缺陷与材料中合(he)金元(yuan)素的(de)(de)异常平均(jun)含量(liang)之间的(de)(de)相关性(xing)可以被丢弃(qi)。

从(cong)不锈钢(gang)管表面(mian)裂纹(wen)部分(fen)取样,测得该区域含(han)碳(tan)量(liang)(liang)为0.013%,有少(shao)量(liang)(liang)脱碳(tan)。但低于0.025%的(de)碳(tan)质量(liang)(liang)分(fen)数不足以形(xing)成23C6 Cr析出而引(yin)起(qi)(qi)晶(jing)间(jian)腐蚀,因此(ci)可(ke)以排(pai)除局部晶(jing)间(jian)腐蚀引(yin)起(qi)(qi)层状裂纹(wen)的(de)可(ke)能。

2.2 扫描(miao)电(dian)镜及能谱分析

2.2.1 断口(kou)形貌(mao)分析(xi)

200倍(bei)扫描(miao)电镜显示(shi)的(de)(de)亚层低(di)倍(bei)形(xing)(xing)(xing)态更平滑。 450次后,裂(lie)纹(wen)(wen)表(biao)面(mian)有裂(lie)纹(wen)(wen)网(wang)状(zhuang)氧化层。 650次,裂(lie)纹(wen)(wen)表(biao)面(mian)的(de)(de)高(gao)温锈(xiu)迹(ji)可以看(kan)出表(biao)面(mian)呈平行(xing)条状(zhuang)分布,不(bu)(bu)到(dao)1000次的(de)(de)锈(xiu)迹(ji)裂(lie)纹(wen)(wen)中(zhong)可以隐(yin)约(yue)看(kan)到(dao)金属(shu)撕(si)裂(lie)凹坑(keng)的(de)(de)形(xing)(xing)(xing)态。在亚层中(zhong)没有观察到(dao)夹杂(za)物。上(shang)述现象表(biao)明,横滚钻后,由于(yu)后孔(kong)扩(kuo)径(jing)(jing)全径(jing)(jing)扩(kuo)径(jing)(jing)率(lv)高(gao)达46.2%,高(gao)于(yu)全径(jing)(jing)扩(kuo)径(jing)(jing)45%的(de)(de)范围。数据(ju)显示(shi),原(yuan)始亚层或(huo)折叠(die)内表(biao)面(mian)的(de)(de)氧化物发生变形(xing)(xing)(xing)。撕(si)裂(lie)时(shi)(shi),初(chu)级裂(lie)纹(wen)(wen)呈网(wang)状(zhuang),次级裂(lie)纹(wen)(wen)平行(xing)于(yu)铰孔(kong)拉伸方向(xiang)。是纵向(xiang)裂(lie)纹(wen)(wen),在横轧和钻孔(kong)时(shi)(shi)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)崩刃或(huo)向(xiang)内弯曲(qu),崩刃不(bu)(bu)是钢材造成(cheng)的(de)(de)。

从基(ji)体截面的(de)(de)(de)X射(she)线(xian)(xian)能谱曲线(xian)(xian)可(ke)以看出。除了(le)主要的(de)(de)(de)Fe 峰(feng)线(xian)(xian)和常规元(yuan)素Cr、Ni、Mo、Mn、Si、P 峰(feng)线(xian)(xian)外,还有Cu 峰(feng)线(xian)(xian)。分(fen)析表明(ming),铜是(shi)由管坯连铸结晶(jing)器渗入造成(cheng)的(de)(de)(de)。切屑表面的(de)(de)(de)X射(she)线(xian)(xian)能谱分(fen)析显(xian)示O(约26%)、Cr(约37%)、Mn(约17.2%)、Fe(约14.7%)、Ni(约2.3%)等峰(feng)线(xian)(xian)表明(ming)该物质在(zai)高温(wen)下(xia)是(shi)层状金属表面的(de)(de)(de)氧化物。

在交叉辊钻孔过程中发现了螺旋分层开裂。材料在螺旋推进、径向压缩和塞子夹紧的条件下形成局部分层。变形区的交变应力和管壁的反复弯曲不断扩大子层并撕裂空腔。此时裂纹的角度应与交叉层压板的螺旋角有关。图中层状裂纹的陡峭程度较大,这是管材随后在两道次中拉伸膨胀的结果。不锈钢管内表面在胀管芯轴的作用下受到径向压缩和轴向摩擦。能促进网状裂纹的扩大,裂纹表面在高温下进一步氧化,不能焊接。

2.21 拉伸断(duan)裂分析(xi)

对(dui)试样(yang)进行(xing)轴向拉(la)伸试验(yan),观察和(he)分(fen)析其(qi)断(duan)裂形(xing)态。图5为(wei)管壁内横截面(mian)的(de)低倍(bei)形(xing)貌,横截面(mian)类似于木纹,孔(kong)洞(dong)呈鱼嘴(zui)状分(fen)布(bu)。高倍(bei)镜下可(ke)以看到孔(kong)壁表面(mian)比(bi)较光滑,有平行(xing)条纹,可(ke)以看到小撕裂凹(ao)坑(keng)的(de)形(xing)状。

不锈钢管外壁断(duan)面(mian)(mian)呈低倍形貌,断(duan)面(mian)(mian)分(fen)布有点状(zhuang)空腔,空腔内有第(di)二(er)(er)个颖(ying)片状(zhuang)相(xiang)。图8 显示(shi)了(le)同一(yi)区(qu)域的(de)(de)高倍结构。该区(qu)域的(de)(de)大部分(fen)裂(lie)缝为(wei)凹坑。由“微孔聚集”断(duan)裂(lie)机制引起的(de)(de)纤维区(qu)断(duan)裂(lie)明显,第(di)二(er)(er)相(xiang)位于空腔一(yi)侧,表(biao)明第(di)二(er)(er)相(xiang)相(xiang)对韧性。裂(lie)纹(wen)的(de)(de)运动(dong)有铆钉的(de)(de)作(zuo)用(yong),金属的(de)(de)变形向一(yi)侧流(liu)动(dong),符合横轧和钻孔时附加剪切变形的(de)(de)规(gui)律。

从(cong)断口形(xing)貌对比可以看(kan)出,不锈钢管(guan)的(de)(de)内(nei)(nei)(nei)外(wai)腔形(xing)状不同(tong)(tong),内(nei)(nei)(nei)腔在切线方(fang)向(xiang)较长,说明(ming)内(nei)(nei)(nei)部金属发(fa)生较大(da)变形(xing)。热操作。变形(xing)过程(cheng),比外(wai)层金属更容(rong)易形(xing)成(cheng)分层。由于奥氏体不锈钢的(de)(de)宽度(du)较大(da),是碳钢的(de)(de)1.351.5倍,在连(lian)(lian)铸管(guan)坯斜轧和钻孔过程(cheng)中(zhong),变形(xing)区的(de)(de)最大(da)椭圆(yuan)率(lv)系数(shu)为1.051.10是合理的(de)(de)范围。分层的(de)(de)形(xing)成(cheng)有不同(tong)(tong)的(de)(de)影(ying)响。上头部穿孔区金属变形(xing)率(lv)大(da),动态再(zai)结晶不足(zu)(zu)会导致(zhi)对分层敏感。此时(shi)孔型椭圆(yuan)系数(shu)过大(da),容(rong)易造成(cheng)管(guan)壁过度(du)弯曲。这些长孔非常长。易膨胀连(lian)(lian)接(jie),形(xing)成(cheng)内(nei)(nei)(nei)部分层缺陷。因此,在不影(ying)响二次咬合的(de)(de)前提(ti)下,应(ying)调整该段(duan)导板的(de)(de)开度(du),以达到足(zu)(zu)够的(de)(de)宽度(du)限制。

2.3 金(jin)相分析

图(tu)9 为(wei)采样的(de)(de)(de)主体(ti)(ti)(ti)内圆(yuan)区(qu)域的(de)(de)(de)高倍金相组(zu)织。可以(yi)看出(chu),铁(tie)素体(ti)(ti)(ti)在轴向(xiang)和切线方向(xiang)呈条状分(fen)布,含量为(wei)1.0。横(heng)截面样品(pin)取自裂(lie)(lie)纹部分(fen)。如图(tu)的(de)(de)(de)裂(lie)(lie)尾(wei)形态(tai)显示,裂(lie)(lie)纹呈断续分(fen)层(ceng),末端呈圆(yuan)形,局部裂(lie)(lie)片两侧有组(zu)织。表(biao)现出(chu)独(du)立的(de)(de)(de)流变(bian)学(xue)(xue)。由于Fe-Cr-Ni系合金中含有高温铁(tie)素体(ti)(ti)(ti),对不(bu)锈钢的(de)(de)(de)力(li)学(xue)(xue)性能有不(bu)利影响,会促进不(bu)锈钢的(de)(de)(de)热裂(lie)(lie)倾向(xiang)。图(tu)中可以(yi)看到沿铁(tie)氧体(ti)(ti)(ti)条带的(de)(de)(de)贯(guan)通裂(lie)(lie)纹,说明(ming)剥落的(de)(de)(de)产生(sheng)与铁(tie)氧体(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)结(jie)构有关(guan)。

3 结束语(yu)

(1) 06Cr17Ni12Mo2不锈钢管在(zai)斜轧(ya)和(he)钻(zuan)孔(kong)过程(cheng)中发生剥落(luo),并在(zai)随后的铰孔(kong)和(he)成形过程(cheng)中发生膨胀。

(2)在进行两辊(gun)交(jiao)叉辊(gun)钻(zuan)孔(kong)时,毛细管内部(bu)比外部(bu)更容易分离。

(3)分(fen)层开裂对横辊钻具设置参数较为敏感,应(ying)特别注意调整头部的(de)导程角和前(qian)伸(shen),避免形成空腔(qiang)。

(4)交叉穿(chuan)(chuan)孔椭圆(yuan)度(du)系(xi)数过大,会(hui)加剧(ju)内(nei)部分层。应注意控制横向(xiang)变形。特别是穿(chuan)(chuan)孔带的(de)椭圆(yuan)度(du)系(xi)数,建议1.05。以免加重(zhong)分层。

(5) 条状(zhuang)铁(tie)素体(ti)在交变应力和(he)附加应力的作用下会(hui)引起(qi)散裂。


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