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

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°分层折叠状,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)形态分布用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浙江不锈钢管厂家

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。

由基体截面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,在不影响二次咬入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、含量为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,以避免孔腔形成。

(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。

原创文章,作者:老铁外链, 老铁,如若转载,请注明出处:http://boke.6ke.com.cn/?p=50880

联系我们

400-800-8888

在线咨询:点击这里给我发消息

邮件:admin@example.com

工作时间:周一至周五,9:30-18:30,节假日休息