氣瓶鋼30CrMoA軋坯低倍裂紋分析

原凌云

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心， 山西 太原 030003）

氣瓶鋼30CrMoA軋坯低倍裂紋分析

原凌云

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心， 山西 太原 030003）

針對氣瓶鋼30CrMoA坯料在用戶驗收過程中出現的低倍裂紋問題，從微觀、軋向組織兩方面展開缺陷分析。分析認為低倍的裂紋主要為火焰切割引起的應力裂紋，與材質沒有關系。

氣瓶鋼 30CrMoA 火焰切割 應力裂紋

30CrMoA鋼是用于制造高壓無縫氣瓶用材料，在熱沖瓶后的空冷過程中或正火熱處理后具有良好的強韌性，但是在工作狀態下受循環應力作用，易發生疲勞破壞，因此要求材料的力學性能不僅應具有良好的強韌性，還要有較低的屈強比和高的抗疲勞破壞能力、高的安全性。這使研制材料必需具有合理的化學成分和高的潔凈度。用該品種鋼生產的氣瓶主要在歐美使用，在國內，隨著國民經濟的發展，在鋼鐵、石油、化工、交通運輸等對該高強度的高壓無縫氣瓶的需求也將迅速增長。因此，高壓無縫氣瓶用30CrMoA鋼將有廣闊的市場前景。

近年來，隨著現代工業的發展，大多數鋼坯生產廠家已經由模鑄生產轉變為連鑄生產，而氣瓶廠家對采用連鑄坯制氣瓶鋼坯的使用比較慎重，對新進入行業用戶的連鑄坯制產品要進行驗收，驗收的項目包括高、低倍檢驗，力學性能，水壓試驗，爆破試驗等。在入廠檢驗過程中，如果用戶發現一個低倍試樣存在“裂紋”，就歸結為由鋼質不良、或鋼的熱塑性差所造成的。

1 低倍缺陷

對試樣橫斷面進行銑床加工后進行低倍檢驗。低倍檢驗過程為：使用37%的鹽酸溶液加熱至40℃對鋼坯試樣進行低倍酸浸，酸浸后用熱水將試樣表面沖洗干凈并用熱風吹干，觀察低倍試樣表面。圖1為經酸浸后出現疑似裂紋的試樣表面。

2 缺陷分析

對疑似缺陷部位進行了取樣分析，按照圖1中所標出的1—4號區域進行取樣。

圖1 30CrMoA低倍缺陷

2.1 微觀分析

2.1.1 側面分析

對存在疑似裂紋的1、2號試樣的側面（沿連鑄坯縱向的面）進行拋光處理（如圖2所示），以便觀察試樣缺陷的深度。結果顯示，在橫斷面存在的疑似裂紋在縱向沒有深度，即這一疑似裂紋僅有可能是一個位于近切割面的淺表裂紋。

圖2 拋光處理后的試樣側面

2.1.2 裂紋面分析

對存在疑似裂紋的2號試樣正面進行拋光處理（見下頁圖3），在金相顯微鏡下觀察，試樣未曾發現裂紋，而且在拋光狀態下，可以看見較為清晰的晶粒邊界（如下頁圖4所示）。

2.1.3 夾雜物分析

為了進一步求證試樣是否存在產生裂紋的根源，對1—4號試樣進行了夾雜物分析。夾雜分析結果顯示，試樣夾雜物級別為D類1級的水平，無其他大顆粒夾雜（如圖5所示），疑似裂紋的周邊也未曾發現能導致產生裂紋的夾雜物，即排除了鋼質不純所引起裂紋產生的可能。

圖3 拋光處理后的試樣正面

圖4 2號試樣正面拋光后形貌

圖5 拋光后表面形貌

2.2 軋向組織分析

沿軋向的縱剖面觀察縱剖面的顯微組織，發現從火焰切割區到基體的顯微組織可分為三個區域，即熔融區、過渡區及基體區，對應的顯微組織分別為馬氏體、貝氏體+馬氏體+珠光體的混合組織以及基體的珠光體+鐵素體，如圖6所示。

圖6 試樣的顯微組織

3 討論

通過以上各種分析可知，該缺陷不屬于材料本身存在的缺陷。

在火焰切割過程中，火焰從垂直于軋制方向的方坯上表面開始，逐步向其下表面加熱切割。從上表面到下表面切割的過程中，沿橫斷面至上而下的每個區域被加熱的時間不同，越往下加熱時間越短，即不同區域熱影響區寬度不同，越靠近上表面沿軋向熱影響區越大，溫度也越高，在切割完后橫斷面至上而下不同區域的冷卻速度也不同，繼而不同區域產生不同的熱應力。

另外，火焰切割熱會迅速地使切割面的溫度遠遠超過本鋼種的奧氏體化Ac3溫度，接著受基體冷金屬的迅速冷卻作用而形成馬氏體組織（圖6-1）。緊挨馬氏體層的過渡層（見圖6-2）是貝氏體+馬氏體+珠光體的混合組織，該區域在加熱或冷卻時屬于剛好穿過Ac1/Ar1和Ac3/Ar3等相變點溫度。所以組織較復雜，有幾種組織混合產生。接下來的區域即為基體，基體的溫度雖然也發生了變化，但是其變化低于相變點的溫度，故未發生組織轉變，其組織仍然為軋后緩冷態組織，即珠光體+鐵素體組織（圖6-3）。對比基體與切割熱影響層的組織說明，火焰切割熱影響層的復雜組織在非平衡條件下經歷了一個與溫度、時間等變量相關的組織變化過程，從而導致材料的切割面產生組織應力［1-3］。

組織應力與熱應力不同程度地疊加，造成應力集中，使材料在熱影響區產生疲勞裂紋。

用戶在低倍試片的制取過程中，采用火焰切割，然后采用銑床加工制作低倍試樣，在加工過程中，由于加工量小，熱切割產生的熱影響區未完全被清除干凈，導致在低倍片表面殘存部分應力裂紋，酸洗后就暴露在低倍片上。

根據分析結果，建議用戶提高低倍試樣加工量，在隨后的連鑄坯入廠檢驗過程中未再發現連鑄坯低倍裂紋問題。

4 結論及建議

1）采用連鑄坯生產的氣瓶鋼30CrMoA鋼坯存在的低倍裂紋，是在火焰切割取樣過程產生的應力裂紋；火焰切割過程產生的裂紋是由于沒有加工干凈造成的。

2）建議采用冷鋸切取樣，可以杜絕該類問題的發生。

［1］ 陳興元，蔣仁貴.34Mn2V鋼的熱加工缺陷［J］理化檢驗：物理分冊，2003，39（11）：560-563.

［2］ 韓永馗，王智新，閆家樹，等.大厚度鋼錠氧—丙烷火焰切割熱影響區組織及性能［J］.焊接材料，2013（3）：25-28.

［3］ 李健川，34CrMo4鋼淬火開裂分析［J］.物理測試，1991（5）：55-58.

（編輯：胡玉香）

Analysis of Low Multiple Cracks in Gas Cylinder Steel 30CrMoA Rolling Stock

YUAN Lingyun
（Technical Center of Shanxi Taigang Stainless Steel Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030003）

The low-multiple crack of the gas cylinder steels 30CrMoA occurred in the process of user acceptance is studied.This paper analyzes the defects from microstructure and rolling direction.The results show that the crack is mainly stress crack caused by flame cutting and has nothing to do with materials.

gas cylinder steel，30CrMoA，flame cutting，stress crack

TG316.1+92

A

1672-1152（2016）05-0040-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.15

2016-08-24

原凌云（1973—），男，就職于山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心，高級工程師，從事管坯開發工作。