TH347H奧氏體不銹管內表面“鼓泡”缺陷分析研究

王婀娜,彭海龍,尹人潔,鄢 勇,童宗圣,張 濤,王西江

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,成都610303)

TH347H奧氏體不銹管內表面“鼓泡”缺陷分析研究

王婀娜,彭海龍,尹人潔,鄢 勇,童宗圣,張 濤,王西江

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,成都610303)

生產?89mm以下規格TP347 H不銹無縫鋼管時,內表面出現“鼓泡”缺陷,通過對該缺陷分布及宏觀、微觀等進行分析研究。結果顯示,鋼管內表面出現的“鼓包”缺陷,是由于鋼坯內大型非金屬夾雜物所致,鋼坯中非金屬夾雜物異常主要是煉鋼過程中卷渣造成。

TH347H;無縫鋼管;奧氏體不銹鋼;缺陷分析

1 引言

隨著300系列不銹鋼鋼管國產化以來,其不銹無縫鋼管的工藝路線主要有兩條:穿孔+冷軋、冷拔或擠壓+冷軋、冷拔。因每道次變形量有限,要制成成品常需多道次的冷軋或冷拔。由于不銹鋼的冷加工硬化和表面質量等原因,在進行每道次的冷軋或冷拔前,需進行退火熱處理、酸洗、潤滑等一系列處理。繁雜的工序帶來生產流程長,生產周期長,產量低、成材率低、成本高昂以及酸洗污染環境等問題。

為解決這個問題,攀成鋼公司通過生產工藝優化、創新,進行一種在熱軋機組進行軋制和固溶熱處理、不離線直接生產出不銹鋼管成品或更接近成品規格的坯料管工藝。在變形工藝設計上盡可能多采用熱軋,通過穿孔盡可能將毛管壁厚穿薄、定減徑加大減徑量來增大熱軋變形量,從而減少冷變形道次,降低生產成本。

近期我公司采用?100mm圓坯經熱軋穿孔軋制成?76mm×10mm規格坯料管,在定徑后發現10%左右坯料管內壁縱向分布著數量較多的“鼓包”缺陷。圖1所示為荒管內表面鼓包缺陷圖片。

圖1 缺陷宏觀形貌

2 缺陷部位鋼的化學成分

在缺陷附近取樣,采用全譜直讀光譜儀進行化學成分分析,結果顯示其化學成分符合鋼管供貨協議要求(見表1)。

表1 TH347H鋼種內表面缺陷附近的化學成分(%)

3 缺陷分析

3.1 宏觀形貌分析

經肉眼觀察,沿鋼管內壁縱向分布著數量較多的鼓包缺陷,鼓包長3mm～4mm,寬1mm～2mm,形態完整。將缺陷鋼管沿缺陷所在位置橫向切開,對缺陷的斷面進行拍照,其典型形貌見圖2,缺陷斷面形狀為小凸包狀。

圖2 缺陷斷面形貌

3.2 微觀形貌分析

在掃描電鏡(SEM)下觀察,開裂的位置在壁厚方向距內表面約0.4 mm,橫向寬約1.4 mm(見圖3)。在凸包斷面的裂紋尖端,存在顆粒狀灰色的氧化物(見圖4),經能譜分析(EDS)該氧化物為含Al、Si、Mg、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Ni、Zr等元素的非金屬夾雜物(見圖5)。裂紋附近也存在灰色氧化物,見圖3中的箭頭所指,利用能譜儀(EDS)對其進行成分分析,為含Al、、F、Si、Ca、S、Mg、Cr、Ni等元素的非金屬夾雜物(見圖6)。

3.3 金相分析

缺陷樣塊經磨制、拋光、光學顯微鏡下觀察:凸包形態完整,在凸包裂紋的尖端存在顆粒狀非金屬夾雜物(見圖7)。在裂紋附近也存在數條非金屬夾雜物,如圖箭頭所指位置(見圖8)。

依據GB/T 10561—2005標準,對鋼管進行非金屬夾雜物評級:A0.5,0;B3.0,0; C3.0,0;D1.0,0;Ds1.0。

試樣用10%草酸溶液電解腐蝕后,金相顯微鏡下觀察:基體組織為奧氏體(見圖9)。

圖3 SEM下缺陷形貌

圖4 SEM下裂紋尖端處非金屬夾雜物

圖5 EDS分析裂紋尖端處非金屬夾雜物的化學成分

4 綜合分析

從以上分析可以看出,該批次的鋼坯冶煉過程中產生非金屬夾雜物較多。非金屬夾雜物根據其形成原因可以分為內生夾雜物和外來夾雜物。內生夾雜物一般都比較細小,不銹鋼中的夾雜物主要為脫氧劑及合金添加劑和鋼中化學反應的產物,在鋼水凝固前未浮出鋼液而殘留下來。外來夾雜物主要為鋼水在冶煉、出鋼和澆鑄過程中,由于鋼液、爐渣和使用的耐火材料相互作用而被卷入的爐渣、耐火材料等。

圖6 EDS分析裂紋附近的非金屬夾雜物的化學成分

圖7 缺陷尖端的非金屬夾雜物(100×)

圖8 缺陷處的非金屬夾雜物(12.5×)

通過掃描電鏡及能譜分析可知,圖5、圖6非金屬夾雜物成分中含有K、Na等元素,與結晶器保護渣成分類似,故判斷該非金屬夾雜物主要是澆鑄過程中卷保護渣造成。在熱軋穿孔過程中,外層金屬沿橫向流動的速度大于內層,金屬橫向流動速度不一致引起各層金屬間相互的附加橫向剪切變形。內表面附近存在大型非金屬夾雜物,這種橫向剪切變形集中在內表面的非金屬夾雜處,形成應力集中,導致金屬內表面附近產生離層,形成了鼓泡缺陷。

圖9 基體組織(100×)

5 結論

生產?76mm×10mm的TP347H坯料管時,鋼管內表面出現的“鼓包”缺陷,是由于鋼坯內大型非金屬夾雜物所致。鋼坯中非金屬夾雜物異常主要是煉鋼過程中卷渣造成。

[1] 尹人潔,王婀娜.大口徑厚壁TP347H不銹鋼管的研制與開發[J].鋼管,2009,38(6):34—37.

[2] 方旭東,徐鴻麟.電站鍋爐用TP347 H不銹鋼無縫管工藝的開發[J].特殊鋼,2007,2.

Analysis of Discussion Internal Surface“Bubble”Defect of TP347H Austenitic Stainless Steel Pipe

WANG En-uo,PENG Hai-long,YIN Ren-jie,YAN Yong, TONG Zong-sheng,ZHANG Tao,WANG Xi-jiang

(Steel Tube Research Institute,Pangang Group Chengdu Steel&Vanadium Co.,Ltd,610303,Chengdu)

“Bubble”defect appear in inner surface,when the production of the following specifications OD 89mm TP347 H stainless steel seamless steel pipe.Through the analysis of the distribution of the defects and the macro and micro.The results show that,the“bubble”defect on the surface of steel tube is due to billet large non-metallic inclusions caused by non-metallic inclusions in the billet anomalies are mainly in steelmaking slag entrapment caused.

TP347H;seamless steel tube;Austenitic Stainless Steel;defect analysis

1001—5108(2016)03—0069—04

TG115.2

A

王婀娜,高級工程師,主要從事無縫鋼管產品工藝研究及不繡鋼產品研制及開發工作。