厚壁鋼管在冷拔過程中出現(xiàn)橫裂缺陷的原因分析

趙文濤

摘 要：本文通過對冷拔過后在35鋼鋼管外表面所產(chǎn)生的橫裂缺陷結(jié)合實際生產(chǎn)流程進(jìn)行分析，研究了出現(xiàn)橫裂的原因。結(jié)果表明：管坯在加熱環(huán)節(jié)如果升溫速度過快、保溫時間不夠便會導(dǎo)致穿軋后的厚壁管在壁厚方向上呈現(xiàn)晶粒度及組織的不一致，近而在冷拔過程中出現(xiàn)顯微變形差異，聚集到一定程度便會釋放形成橫裂。

關(guān)鍵詞：35 橫裂 組織差異

中圖分類號：TG335 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0050-01

某鋼管公司所生產(chǎn)的材質(zhì)為35鋼、規(guī)格為50×6.8 mm的鋼管經(jīng)管坯加熱、穿孔、定徑及兩個道次的拔制后，在鋼管的外表面出現(xiàn)了1～2條垂直于鋼管長度方向的裂紋，相鄰兩條裂紋之間存有1～1.6 m不等的間距，出現(xiàn)裂紋的鋼管有數(shù)十支，約占該批號鋼管總支數(shù)的30%左右。

1 宏觀分析

裂紋長度約6 mm，深度約1 mm，整體呈中間大兩端小的梭子形態(tài)，且裂紋呈鋸齒狀由中間向兩邊延伸，在100倍顯微鏡觀察下，發(fā)現(xiàn)在主裂紋兩側(cè)及前后端均有較多分支的細(xì)小裂紋，初步斷定屬延晶裂紋。

2 化學(xué)成份檢測

在距裂紋10 mm處取樣進(jìn)行化學(xué)成份檢測，結(jié)果為碳：0.33%；硅：0.21%；硫：0.014%；磷：0.016%；錳：0.53%含量均符合GB/T 8162-2008中35鋼碳：0.32-0.40%；硅：0.17-0.37%；硫：≤0.035%；磷：≤0.035；錳：0.50-0.80%的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 力學(xué)性能檢測

在距裂紋20 ～240 mm處截取拉伸試樣，其結(jié)果為屈服強(qiáng)度（Rel）：360 MPa、385 MPa；抗拉強(qiáng)度（Rm）：575 MPa、585 MPa；斷后伸長率（A）：25%、23%。均符合GB/T8162-2008中35鋼屈服強(qiáng)度≥305 MPa，抗拉強(qiáng)度≥510 MPa，斷后伸長率≥17%的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 非金屬夾雜物檢測

在距斷裂面10 mm處取樣進(jìn)行非金屬夾雜物檢測，結(jié)果為硫化物類夾雜1.0級、氧化鋁類夾雜0.5級、硫酸鹽類夾雜1.0級、球狀氧化物類夾雜1.5級、單顆粒球狀類夾雜1.0級。按GB/T 8162-2008結(jié)構(gòu)用無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)要求，無需對鋼管材質(zhì)進(jìn)行非金屬夾雜物的檢測，本文進(jìn)行該項檢測的目的是確定非金屬夾雜物因素對鋼管斷裂所帶來的影響程度的大小。但由結(jié)果可見，該鋼管的非金屬夾雜物的級別均在比結(jié)構(gòu)管要求更高的高壓管（GB5310-2008）的要求范圍內(nèi)，由此可排除非金屬夾雜物對鋼管斷裂的影響。

5 金相檢測

在距斷裂面10 mm處取樣進(jìn)行金相檢測，可發(fā)現(xiàn)其邊界、靠近邊界處及芯部的金相組織都存有較大的差異，具體為：

邊界處存有50 um的脫碳層，組織為鐵素體+珠光體，基本為等軸晶，晶粒度為8級，如圖1所示。

靠近邊界處的中間過渡區(qū)域距離外表面邊界約50～80 um，組織為鐵素體+珠光體+魏氏組織，晶粒度為4～6級，如圖2所示。

芯部為鐵素體+珠光體或少量的魏氏組織，晶粒度為6級。

6 實驗結(jié)果分析

試樣的金相組織大體上可分為脫碳區(qū)、過渡區(qū)及芯部區(qū)三個部分，脫碳區(qū)組織為鐵素體+珠光體或鐵素體+珠光體+少量魏氏組織，晶粒較為細(xì)小、均勻，實際晶粒度為8級，由于該區(qū)域脫碳嚴(yán)重，導(dǎo)致珠光體所占比例大大減少；而在過渡區(qū)也存有少量的脫碳，并且該區(qū)域的魏氏組織是最嚴(yán)重的，一般都在A系2.5～3級左右；芯部組織基本不存在魏氏組織或少量魏氏組織，但在晶粒級別上差別不大。

由于毛管在整個壁厚方向上大致分成了表層組織較為細(xì)小均勻區(qū)、中間嚴(yán)重魏氏組織粗大區(qū)及芯部輕微魏氏組織區(qū)。在芯部組織均勻的前提下，由于表層及芯部組織均較為均勻且不含有魏氏組織，會使得這兩個區(qū)域包括延伸率在內(nèi)的綜合力學(xué)性能均較為優(yōu)異，而中間層由于大量魏氏組織的存在，導(dǎo)致該區(qū)域包括沖擊韌性在內(nèi)的綜合力學(xué)性能都有所降低，在冷拔過程中表層與中間層及中間層與芯部之間便產(chǎn)生了變形量的差異，這種差異聚集到一定程度便會以表層小裂口的形式釋放。由于一支鋼管的冷拔需要一個從頭到尾拔制的過程，而這種變形量的差異也會是一個從聚集到釋放再聚集再釋放的一個過程，所以這種小裂口不會聚集出現(xiàn)，而是間隔一定的距離，又由于鋼管在加熱、穿軋及冷卻等生產(chǎn)過程的不盡相同，會使得小裂口出現(xiàn)的頻率不盡一樣。

毛管在壁厚上產(chǎn)生力學(xué)性能分層的原因：管坯在加熱爐短時間達(dá)到出鋼溫度，表面及附近區(qū)域勢必會存在大量的粗大奧氏體，在出爐的快速冷卻中在表層區(qū)域便會形成魏氏組織，而外表層在一定溫度下進(jìn)行軋管或定徑，都會由于形變熱處理而是表層晶粒得到改善，而形成表層組織均勻區(qū)。

7 結(jié)論

（1）35鋼冷拔管所出現(xiàn)的橫裂屬于塑性裂紋。（2）管坯在加熱環(huán)節(jié)由于保溫時間不夠，致使軋制出的毛管在壁厚方向上出現(xiàn)三層組織、性能均不相同的區(qū)域，拉拔過程中在相鄰兩層的交界區(qū)域便會出現(xiàn)應(yīng)力集中，內(nèi)應(yīng)力聚集至一定程度便會在最薄的表層區(qū)形成裂口以釋放內(nèi)應(yīng)力。（3）在冷拔前增加一個道次的半品退火即可消除壁厚方向上組織、性能的異向，避免橫裂的發(fā)生。

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