挤压不锈钢管内表面的“桔皮”状缺陷的成因分析

摘要研究了挤压不锈钢管时产生。“桔皮”状缺陷的形成机理，其要点为:润滑剂使用不当成其它原因造成挤压时变形金属流动的严重不均所形成的附加拉应力与交形之墓本应力相全加，当接触表面处拉应力超过该处金属之强度极限时.则由缩颈面发展到徽裂纹产生-裂纹扩展-裂纹纯化(应力松驰)-产生二次徽裂纹…，发展而形成“桔皮状”缺陷;其内因是不锈钢管基体组织性能不均匀成微量元素及有害元素富集.在高温条件下局部区域里性下降。抗剪强度降低.在附加拉应力作用下产生徽裂纹，扩大而最后形成“桔皮状”缺陷温州不锈钢管。

挤压不锈钢管内表面“桔皮”状缺陷是用挤压机生产不锈钢管最常见的表面缺陷。国内某特殊钢厂仅就88年典型规格产品统计，由于“拮皮”状缺陷严重而造成的废品为3.95%.其中最严重者桔皮状缺陷深度达0.9 mm，该缺陷轻者影响表观质量.重者降低管材强度。而由于内表面的“桔皮”状缺陷急剧增加造成管内输送气、液体所需的能量(据我们实侧:在同等条件下不锈钢管内表面“桔皮”状缺陷深度为0.6 mm比内表面“桔皮一状缺陷深度为0.1mm要多消耗(摩擦)泵送功=49%)，因此探讨.桔皮.状缺陷的形成机理。研究避免出现“桔皮”状缺陷的新工艺具有极其重要的意义。

2“桔皮”状缺陷成因研究

2.1“桔皮”状缺陷的形成

“桔皮”状缺陷纹络沿圆周延伸，一般成条带状沿管子长度分布，严重时整个表面都有，其形貌特征.‘桔皮一状缺陷呈之字型台阶相连，长轴有不明是尖角，短轴前侧壁陡，后侧壁较缓，酸洗后底部呈平缓圆弧状。

2.2“桔皮”状缺陷的成因

对酸洗过后的“桔皮”状缺陷进行金相组织观察，其形态可见，铁素体及晶拉沿金属流动方向被拉长.其方向与金属流动方向一致.并且在“桔皮”状缺陷处金属流线断裂，为平级弧状。沟槽底部发现有二次徽裂纹，沟槽底部变形金属流线完整连续。两侧壁均有变形金属流线完整连续。两侧璧均有变形金属流线断头露出，沟槽较缓一侧有宏观滑移现象。

不锈钢管内部变形流线在沟槽底部隆起。两侧与侧壁对应位置反而下陷,酸洗过后的“桔皮”状缺陷改变了沟槽的原始形较，且低倍组织及金相组织放大倍率较小.对形貌细节观察不详细，为此采取“桔皮”状缺陷严重未酸洗的不锈钢管取样进行扫描电镜观察。发现:在“桔皮”状缺陷底部存在着明显的微裂纹。并向基体内部延伸。

为了区分由于异物压入而形成的“压坑”缺陷，由现场采取明显由千润滑剂熔化不均匀所形成的压坑缺陷进行观察发现，变形金属流线((a相)与“压坑”形状变化方向完全一致，且大体平行.“压坑”外表面光滑.无其它缺陷，金属流线完整，没有断头现象，压坑处金属流线上凹，扫描电镜观察未出现徽裂纹存在。

用镦粗法测定润滑效果时.由于使用润滑剂厚度不当或涂复不均匀等直接影响接触表面质量，而且所生成的缺陷在显徽镜下观察具有与“桔皮”状缺陷相类似的形貌，缺陷两侧也存在着一侧较平缓的现象.扫描电镜观察也存在着微裂纹。

综合上述观察我们可进行如下分析:

1)“桔皮”状缺陷不是由于某种异物存在于变形工具与挤压金属间或者是由于工具本身存在的凹凸不平的表面形成的、也不是管坯钻孔工序切削刀痕引起的。由于上述因素使挤压过后的不锈钢管管内表面形成的缺陷不应其有一定规律，缺陷的分布应是随机的.由于挤压芯捧的表面或挤压坯内表面机械加工所形成的凹凸不平的螺旋状分布.其问距与加工时之进刀盘有关，而挤压过程是直径方向减少，长度方向尺寸增加。变形过程中金属流动必然使己存在的缺陷沿管材轴线方向分布，且间距与压缩比大小有关，压缩比愈大缺陷间距应愈大。其二.缺陷不应有“之”字型、横向台阶状相连。其三，钻孔坯内表面虽有加工刀痕，但不应存在微裂纹。而缺陷底部确存在微裂纹.所以可以肯定“桔皮，状缺陷在扩孔工序以前不能产生，也不是由于异物压入而形成的。

2)扩孔坯、闷车料解剖都发现有微裂纹的存在，其有“桔皮”状缺陷的挤压管也存在着徽裂纹，二者形貌完全一致(全部是三角形)，而且与表面形成一定的角度。说明这两个工序也可以产生这种缺陷。

3)由挤压过程金属流动基本理论可知.管坯和变形工具必然存在接触率擦。当接触区润滑条件不好.金属流动不均匀以及由此产生的附加应力是客观存在的，变形金属流动不均匀产生的附加应力与基本应力相经加就有可能在接触表面附近的坯料内部产生拉应力状态.当拉应力值超过变形金属的强度极限时产生徽裂纹，继续挤压过程则使徽裂纹扩大应力松驰裂纹扩展停止。裂纹前方金属由于受外摩擦的影响，金属表层质点纵向流动速度小于内层质点金属流动纵向速度，使侧璧变陡.而由于相同的原因裂纹后边金属受摩擦影响.则使侧壁变缓。而在裂纹开裂处所形成的空隙，则由于变形物体整体性使变形金属向阻力小的方向(空隙处)流动，变形金属流线(a相)向接触表面方向凸起。

防止形成“桔皮”状缺陷的措施

1) 改善外摩擦条件，选择适当的润滑剂、采用定量、旋转动态涂敷的润滑技术。

2) 改善钢坯内部质量，增大开坯压缩比，改普组织状态。

3) 严格控制挤压不锈钢管生产工艺参数，如挤压温度、挤压速度、变形程度等。

结束语

由于弄清楚了“桔皮”状缺陷产生的机理及影响形成“桔皮”状缺陷的各种工艺因素。并提出了正确的工艺措施，使因“桔皮”状缺陷而导致的废品率由3.95%降低到目前的零。经抽样检侧，目前生产的热挤压不锈钢管内表面“桔皮”状缺陷深度最深为0.1 mm。一般为0.05mm左右，且在缺陷处已不存在微裂纹，仅1992年度国内某厂由于“桔皮”状缺陷消除的废品价值及节约润滑剂所创造的价值为519-894万元.如按该厂设计产量及其经济效益每年可达1004.05万元。