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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。 

发布时(shi)间:2021-06-09


06Cr17Ni12Mo2超(chao)低(di)破(po)裂奥(ao)氏体不锈钢(gang)因其价(jia)格(ge)优势(shi)在很多应用(yong)中(zhong)成为316L的替代品。 然(ran)而,在加(jia)工或使用(yong)过(guo)程中(zhong),企业发现此类不锈钢(gang)管在钻孔、扩径后出现分层(ceng)、开裂.本文通过(guo)扫描电镜、能谱分析等方法对分层(ceng)开裂的原因进行(xing)了研究,并(bing)提出了建议(yi)。

1 实验(yan)方(fang)法

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 实验结果与讨论

2.1 宏观检查

管(guan)(guan)(guan)子缺(que)陷分离后,裂(lie)纹(wen)与不锈钢(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)沿轴向(xiang)(xiang)(xiang)呈(cheng)(cheng)45左右分层(ceng)弯曲,钢(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)内(nei)壁(bi)呈(cheng)(cheng)灰褐色(se),并有因(yin)膨胀而留下的(de)缺(que)口(kou)纵线。管(guan)(guan)(guan)道。裂(lie)纹(wen)表面(mian)呈(cheng)(cheng)深灰色(se),深部(bu)形状(zhuang)较平坦,裂(lie)纹(wen)粗糙,裂(lie)纹(wen)沿钢(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)切向(xiang)(xiang)(xiang)和轴向(xiang)(xiang)(xiang)扩(kuo)展,裂(lie)纹(wen)表面(mian)与钢(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)夹角(jiao)。切线方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)。钢(gang)(gang)(gang)管(guan)(guan)(guan)的(de)夹角(jiao)为22.5,但不穿(chuan)透横截(jie)面(mian),是典型的(de)内(nei)裂(lie)。超低碳(tan)奥氏(shi)体不锈钢(gang)(gang)(gang)是一种(zhong)不易变(bian)形的(de)合金。粗管(guan)(guan)(guan)轧制(zhi)交(jiao)叉(cha)钻孔时(shi)(shi),变(bian)形不易深入深入,塞(sai)前各阶段的(de)变(bian)形抗力为(U1+W+2U2)这种(zhong)分布会导致金属表面(mian)进一步(bu)变(bian)形。严(yan)重,造成(cheng)内(nei)部(bu)分层(ceng)缺(que)陷。此外,当层(ceng)压(ya)参数设置不正确时(shi)(shi),腔(qiang)的(de)形成(cheng)会导致向(xiang)(xiang)(xiang)内(nei)折叠。

2.2 化学(xue)分(fen)析

从样品的(de)正(zheng)常部分(fen)取样,对(dui)合(he)金(jin)的(de)主要(yao)元素(su)(su)进行(xing)化学分(fen)析。见GB/T1220-1992。合(he)金(jin)的(de)主要(yao)元素(su)(su)含量符合(he)要(yao)求,脱(tuo)层缺陷与材料中合(he)金(jin)元素(su)(su)的(de)异常平均含量之间(jian)的(de)相关(guan)性(xing)可(ke)以(yi)被丢弃。

从不(bu)锈(xiu)钢管表面(mian)裂纹(wen)部分取样,测得该(gai)区域含碳量(liang)为0.013%,有少量(liang)脱碳。但低(di)于0.025%的(de)碳质(zhi)量(liang)分数不(bu)足以形成23C6 Cr析出而(er)引起(qi)晶间(jian)腐蚀,因此可(ke)(ke)以排(pai)除局部晶间(jian)腐蚀引起(qi)层(ceng)状裂纹(wen)的(de)可(ke)(ke)能(neng)。

2.2 扫描电镜及(ji)能谱分析

2.2.1 断口形(xing)貌(mao)分析

200倍扫(sao)描电镜显示的(de)亚层(ceng)低(di)倍形态更平滑。 450次(ci)(ci)后,裂(lie)(lie)纹表(biao)(biao)面有裂(lie)(lie)纹网状(zhuang)氧(yang)化(hua)层(ceng)。 650次(ci)(ci),裂(lie)(lie)纹表(biao)(biao)面的(de)高温锈(xiu)迹可以(yi)看出(chu)表(biao)(biao)面呈平行条状(zhuang)分布(bu),不到(dao)1000次(ci)(ci)的(de)锈(xiu)迹裂(lie)(lie)纹中可以(yi)隐(yin)约看到(dao)金属撕(si)裂(lie)(lie)凹坑(keng)的(de)形态。在亚层(ceng)中没有观察到(dao)夹杂物。上述现象(xiang)表(biao)(biao)明,横(heng)滚钻后,由(you)于后孔(kong)(kong)扩径全径扩径率高达46.2%,高于全径扩径45%的(de)范围。数据显示,原始亚层(ceng)或(huo)折叠(die)内(nei)表(biao)(biao)面的(de)氧(yang)化(hua)物发(fa)生变形。撕(si)裂(lie)(lie)时(shi),初级裂(lie)(lie)纹呈网状(zhuang),次(ci)(ci)级裂(lie)(lie)纹平行于铰孔(kong)(kong)拉伸方向。是纵向裂(lie)(lie)纹,在横(heng)轧和钻孔(kong)(kong)时(shi)形成(cheng)崩刃或(huo)向内(nei)弯曲(qu),崩刃不是钢(gang)材造成(cheng)的(de)。

从基体截面的(de)X射线(xian)(xian)能谱曲线(xian)(xian)可(ke)以看出。除了主要的(de)Fe 峰线(xian)(xian)和(he)常规(gui)元素Cr、Ni、Mo、Mn、Si、P 峰线(xian)(xian)外,还(hai)有(you)Cu 峰线(xian)(xian)。分析(xi)表明(ming),铜是由(you)管坯连铸结晶(jing)器渗入造成的(de)。切屑表面的(de)X射线(xian)(xian)能谱分析(xi)显(xian)示O(约(yue)26%)、Cr(约(yue)37%)、Mn(约(yue)17.2%)、Fe(约(yue)14.7%)、Ni(约(yue)2.3%)等峰线(xian)(xian)表明(ming)该(gai)物(wu)质(zhi)在高温下是层状金属表面的(de)氧化物(wu)。

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 拉伸断裂(lie)分析

对试(shi)样进行轴向拉伸试(shi)验,观察和分析其断裂形态。图5为(wei)管壁内(nei)横(heng)截(jie)面(mian)(mian)的(de)低倍(bei)形貌,横(heng)截(jie)面(mian)(mian)类似于(yu)木纹,孔(kong)洞呈鱼(yu)嘴状分布。高倍(bei)镜下可(ke)以(yi)看到(dao)孔(kong)壁表面(mian)(mian)比较光滑,有平行条纹,可(ke)以(yi)看到(dao)小撕裂凹坑的(de)形状。

不锈钢管外壁断(duan)面呈(cheng)低倍形貌,断(duan)面分布有点状空腔,空腔内(nei)有第(di)二个颖片状相(xiang)。图8 显(xian)示了同一区域的(de)高(gao)倍结构。该区域的(de)大部分裂(lie)缝(feng)为凹坑(keng)。由(you)“微(wei)孔(kong)聚集”断(duan)裂(lie)机(ji)制引(yin)起(qi)的(de)纤维区断(duan)裂(lie)明(ming)(ming)显(xian),第(di)二相(xiang)位于空腔一侧(ce),表(biao)明(ming)(ming)第(di)二相(xiang)相(xiang)对(dui)韧性。裂(lie)纹(wen)的(de)运动有铆钉的(de)作用,金属的(de)变(bian)形向一侧(ce)流(liu)动,符合横轧和钻(zuan)孔(kong)时附加剪(jian)切变(bian)形的(de)规(gui)律。

从断口形(xing)貌对比(bi)可以看出(chu),不(bu)(bu)锈钢管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)内外腔形(xing)状不(bu)(bu)同,内腔在(zai)切线(xian)方(fang)向较(jiao)长(zhang),说明内部金属(shu)发(fa)生较(jiao)大(da)(da)变(bian)形(xing)。热(re)操作。变(bian)形(xing)过程,比(bi)外层(ceng)(ceng)金属(shu)更(geng)容(rong)易形(xing)成分层(ceng)(ceng)。由(you)于奥氏体不(bu)(bu)锈钢的(de)(de)(de)(de)宽(kuan)度(du)较(jiao)大(da)(da),是碳钢的(de)(de)(de)(de)1.351.5倍,在(zai)连(lian)铸管(guan)(guan)坯斜轧(ya)和钻孔(kong)(kong)过程中,变(bian)形(xing)区的(de)(de)(de)(de)最(zui)大(da)(da)椭(tuo)圆(yuan)率(lv)系(xi)(xi)数(shu)为1.051.10是合理的(de)(de)(de)(de)范围。分层(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)形(xing)成有不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)影(ying)响(xiang)(xiang)。上头部穿孔(kong)(kong)区金属(shu)变(bian)形(xing)率(lv)大(da)(da),动态再结(jie)晶不(bu)(bu)足会导致对分层(ceng)(ceng)敏感(gan)。此时孔(kong)(kong)型(xing)椭(tuo)圆(yuan)系(xi)(xi)数(shu)过大(da)(da),容(rong)易造成管(guan)(guan)壁过度(du)弯曲。这(zhei)些长(zhang)孔(kong)(kong)非常长(zhang)。易膨胀连(lian)接(jie),形(xing)成内部分层(ceng)(ceng)缺陷。因此,在(zai)不(bu)(bu)影(ying)响(xiang)(xiang)二次咬合的(de)(de)(de)(de)前(qian)提下,应(ying)调整(zheng)该段导板(ban)的(de)(de)(de)(de)开(kai)度(du),以达(da)到(dao)足够(gou)的(de)(de)(de)(de)宽(kuan)度(du)限制。

2.3 金(jin)相分析(xi)

图(tu)9 为(wei)(wei)采样的(de)(de)主体(ti)(ti)内圆(yuan)区域的(de)(de)高倍金相组织。可以(yi)看出(chu),铁(tie)素体(ti)(ti)在(zai)轴向和(he)切线方向呈条状分(fen)布,含量为(wei)(wei)1.0。横截(jie)面样品取自裂(lie)纹(wen)部分(fen)。如(ru)图(tu)的(de)(de)裂(lie)尾(wei)形态(tai)显示,裂(lie)纹(wen)呈断续分(fen)层,末端(duan)呈圆(yuan)形,局部裂(lie)片两侧有(you)(you)组织。表现出(chu)独(du)立的(de)(de)流变学。由于Fe-Cr-Ni系合(he)金中含有(you)(you)高温(wen)铁(tie)素体(ti)(ti),对不(bu)锈钢的(de)(de)力学性能有(you)(you)不(bu)利影响,会促进不(bu)锈钢的(de)(de)热(re)裂(lie)倾向。图(tu)中可以(yi)看到沿(yan)铁(tie)氧(yang)体(ti)(ti)条带(dai)的(de)(de)贯通(tong)裂(lie)纹(wen),说明剥落的(de)(de)产(chan)生与铁(tie)氧(yang)体(ti)(ti)的(de)(de)结构有(you)(you)关。

3 结束语

(1) 06Cr17Ni12Mo2不锈(xiu)钢管在斜轧(ya)和钻孔过程中(zhong)发(fa)生剥落,并在随后的铰孔和成形过程中(zhong)发(fa)生膨胀(zhang)。

(2)在(zai)进(jin)行(xing)两辊交叉(cha)辊钻孔时,毛细管内部比(bi)外(wai)部更容易分(fen)离。

(3)分层(ceng)开裂对(dui)横辊钻(zuan)具设置参(can)数较为敏感,应特别注(zhu)意调整头部的导程角(jiao)和前(qian)伸,避(bi)免形成空腔。

(4)交叉穿(chuan)孔(kong)椭圆度系数过(guo)大(da),会加剧内部分层。应(ying)注意控制横(heng)向变形。特别是穿(chuan)孔(kong)带(dai)的椭圆度系数,建(jian)议1.05。以(yi)免加重分层。

(5) 条状铁素体(ti)在(zai)交变应力(li)和附加应力(li)的(de)作用下(xia)会引(yin)起(qi)散裂。


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