無(wú)縫鋼管開(kāi)裂中帶狀組織的影響

羅兆偉，孫 旋，陳明輝

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無(wú)縫鋼管開(kāi)裂中帶狀組織的影響

羅兆偉，孫 旋，陳明輝

（邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 邢臺(tái) 054035）

文章從無(wú)縫鋼管的帶狀組織著手研究，分析無(wú)縫鋼管開(kāi)裂中帶狀組織對(duì)其的危害。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，帶狀組織的存在促進(jìn)無(wú)縫鋼管的開(kāi)裂，當(dāng)帶狀組織評(píng)級(jí)達(dá)到2級(jí)以上時(shí)明顯加劇無(wú)縫鋼管的開(kāi)裂。

無(wú)縫鋼管開(kāi)裂；帶狀組織；帶狀組織評(píng)級(jí)

無(wú)縫鋼管以其韌性好、質(zhì)量輕、耐腐蝕的顯著優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于制造結(jié)構(gòu)件以及機(jī)械零件、輸送管道、建筑行業(yè)等，因此對(duì)無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)質(zhì)量要有嚴(yán)格的把關(guān)以及要求。盡管無(wú)縫鋼管生產(chǎn)技術(shù)一直在完善，也越來(lái)越成熟，但是在鋼管的制造以及使用的過(guò)程中仍然存在某些質(zhì)量問(wèn)題，其中無(wú)縫鋼管的開(kāi)裂成為了質(zhì)量問(wèn)題之一。

無(wú)縫鋼管迅速發(fā)展的這些年來(lái)，國(guó)內(nèi)相關(guān)的許多學(xué)者針對(duì)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂的原因做了大量研究。劉寶國(guó)[1]等人針對(duì)27SiMn無(wú)縫鋼管開(kāi)裂，從多方面入手（化學(xué)成分檢測(cè)、金相顯微鏡、掃描電鏡）研究開(kāi)裂成因，同時(shí)針對(duì)成因研究出相應(yīng)的預(yù)防、改進(jìn)措施，吳世強(qiáng)等人[2]針對(duì)冷拔工藝生產(chǎn)的無(wú)縫鋼管出現(xiàn)裂紋進(jìn)行了研究與分析。本文從金相組織中的帶狀組織方向著手分析其對(duì)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂的影響，這對(duì)避免無(wú)縫鋼管開(kāi)裂提高無(wú)縫鋼管質(zhì)量有非常重要的意義。

一、帶狀組織形成

金屬材料在成為型材之前，多數(shù)要經(jīng)過(guò)壓力加工。但是經(jīng)過(guò)壓力加工后的金屬很容易出現(xiàn)帶狀組織[3]即珠光體和鐵素體呈帶狀分布的組織，這種帶狀組織的形成多數(shù)是沿著壓力加工的方向。這種形態(tài)組織的產(chǎn)生對(duì)無(wú)縫鋼管的性能產(chǎn)生負(fù)面的影響，尤其是鋼管的力學(xué)性能，如其會(huì)使鋼管的韌性降低、斷面收縮率下降等，因此這種帶狀組織是一種不良的金相組織形態(tài)。

二、帶狀組織檢測(cè)方法與評(píng)定

為了研究帶狀組織對(duì)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂的影響，在實(shí)際的無(wú)縫鋼管生產(chǎn)以及檢驗(yàn)中對(duì)帶狀組織進(jìn)行評(píng)級(jí)，利用級(jí)別的大小更精準(zhǔn)地分析其對(duì)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂的影響程度。在鋼管開(kāi)裂處切試樣，在金相顯微鏡觀察試樣之前，要對(duì)試樣進(jìn)行磨削、拋光以及硝酸酒精腐蝕，經(jīng)過(guò)這一系列的操作之后帶狀組織才能清晰地顯現(xiàn)出來(lái)，將取得試樣所觀察到的帶狀組織與標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖進(jìn)行比較，判定試樣的帶狀組織級(jí)別。根據(jù)GB/T 13299-1991[4]，對(duì)帶狀組織評(píng)定的原則說(shuō)明為：“要按照增加的鐵素體含量，并通過(guò)考慮視野中，連續(xù)性的程度和變形鐵素體晶粒數(shù)”。

本次實(shí)驗(yàn)中帶狀組織的評(píng)級(jí)如表1所示，無(wú)縫鋼管的碳含量不同時(shí)，評(píng)級(jí)的系列不同（A系列、B系列、C系列），每個(gè)系列的帶狀組織根據(jù)帶狀形態(tài)的明顯程度又分成了6個(gè)級(jí)別（0級(jí)-5級(jí)），其中5級(jí)對(duì)無(wú)縫鋼管的危害最大。

表1 帶狀組織等級(jí)

三、無(wú)縫鋼管開(kāi)裂中帶狀組織的影響

（1）材料為45鋼的無(wú)縫鋼管在鋼管表面沿軸線出現(xiàn)的裂紋，開(kāi)裂無(wú)縫鋼管如圖1所示。

圖1 鋼管宏觀形貌

圖2 帶狀組織

在開(kāi)裂的無(wú)縫鋼管開(kāi)裂處利用線切割取實(shí)驗(yàn)試樣，之所以利用線切割，是由于線切割溫度低，不會(huì)影響鋼管的金相組織的變化，將取下的試樣經(jīng)過(guò)磨削、拋光、腐蝕后，利用金相顯微鏡進(jìn)行觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)金相組織呈明顯的條帶狀分布，根據(jù)GB/T13299-91，此無(wú)縫鋼管的帶狀組織為C系列4級(jí)，具體金相組織形態(tài)如圖2所示。

（2）材料為20鋼的無(wú)縫鋼管，其在生產(chǎn)過(guò)程中擴(kuò)口工藝時(shí)開(kāi)裂，其開(kāi)裂情況如圖3所示。

在無(wú)縫鋼管開(kāi)裂處截取試樣，經(jīng)過(guò)一系列處理（磨削、拋光、腐蝕等）后通過(guò)金相顯微鏡觀察其金相組織。此無(wú)縫鋼管的金相組織呈很嚴(yán)重的條帶形狀，根據(jù)GB/T13299-91，此帶狀組織為B系列5級(jí)，具體金相組織如圖4所示。

圖3 20無(wú)縫鋼管開(kāi)裂

圖4 金相組織

（3）材料為Q235B的無(wú)縫鋼管，宏觀形貌如圖5所示。

在無(wú)縫鋼管開(kāi)裂處截取試樣，經(jīng)過(guò)一系列處理（磨削、拋光、腐蝕等）后通過(guò)金相顯微鏡觀察其金相組織。金相組織呈明顯的條帶形狀，根據(jù)GB/T13299-91，帶狀組織為A系列4級(jí)，具體金相組織如圖6所示。

圖5 345B無(wú)縫鋼管開(kāi)裂

圖6 金相組織

本次實(shí)驗(yàn)分析了40開(kāi)裂的無(wú)縫鋼管，對(duì)這些無(wú)縫鋼管依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，評(píng)定帶狀組織的級(jí)別，最終進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)，帶狀組織級(jí)別和數(shù)量之間的分析結(jié)果如表2、圖7所示。由此可總結(jié)出帶狀組織對(duì)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂是有影響的，當(dāng)帶狀組織評(píng)級(jí)達(dá)到2級(jí)以上的時(shí)候，無(wú)縫鋼管開(kāi)裂的數(shù)量驟然增多，由此說(shuō)明，帶狀組織雖然是一種缺陷組織，但是其存在并不一定能引起無(wú)縫鋼管開(kāi)裂，只有當(dāng)帶狀組織達(dá)到一定級(jí)別的時(shí)候，才對(duì)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂有著重要的影響，促進(jìn)無(wú)縫鋼管的開(kāi)裂。因此，在無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該對(duì)帶狀組織進(jìn)行檢測(cè)，并且控制在一定的級(jí)別內(nèi)，避免其促進(jìn)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂。圖8中分別展示了當(dāng)帶狀組織評(píng)為1級(jí)、3級(jí)、4級(jí)、5級(jí)時(shí)的金相組織形態(tài)。帶狀組織的出現(xiàn)會(huì)影響無(wú)縫鋼的的力學(xué)性能，特別是降低了鋼管的橫截面的塑性和韌性[5-7]，而力學(xué)性能的異常促進(jìn)了無(wú)縫鋼管的開(kāi)裂，此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果為無(wú)縫鋼管的質(zhì)量檢測(cè)提供參考依據(jù)。

表2 鋼管的帶狀組織評(píng)級(jí)

圖7 帶狀組織等級(jí)與數(shù)量的關(guān)系圖

圖8 帶狀組織評(píng)級(jí)

四、結(jié)論

在對(duì)無(wú)縫鋼管進(jìn)行金相組織檢測(cè)時(shí)，當(dāng)帶狀組織評(píng)定達(dá)到2級(jí)以上時(shí)，無(wú)縫鋼管開(kāi)裂的數(shù)量驟然增多，由此說(shuō)明，帶狀組織雖然是一種缺陷組織，其存在并不一定引起無(wú)縫鋼管開(kāi)裂，只有當(dāng)達(dá)到2級(jí)以上時(shí)會(huì)促進(jìn)鋼管開(kāi)裂，因此在無(wú)縫鋼管成品之前消除帶狀組織或者將帶狀組織控制在一定級(jí)別是非常必要的。

[1]劉寶國(guó).27SiMn無(wú)縫鋼管開(kāi)裂原因分析與對(duì)策[J].包鋼科技，2012（2）：38-40.

[2]吳世強(qiáng).冷拔無(wú)縫鋼管內(nèi)壁橫向裂紋成因分析[J].理化檢驗(yàn)（物理分冊(cè)），2016，52（1）：57-60.

[3]劉云旭.低碳合金鋼中帶狀組織的成因、危害和消除[J].金屬熱處理，2002（12）：1-3.

[4]GB/T 13298-1991，金屬顯微組織檢驗(yàn)方法[S].

[5]張立民，趙占軍.12Cr1MoV鋼管帶狀組織的產(chǎn)生與消除[J].鋼管，1996（2）：57.

[6]蘇陽(yáng)，鄒喜洋，朱林.鐵素體/珠光體帶狀組織對(duì)L360N管線用無(wú)縫鋼管沖擊性能的影響[J].鋼管，2012（5）：40-44.

[7]劉富軍.帶狀組織對(duì)低碳微合金鋼性能的影響及控制[J].南方金屬，2011（1）：7-10.

The Effect of Banded Structure in the Seamless Steel Tube Cracking

LUO Zhao-wei，SUN Xuan，CHEN Ming-hui

（Xingtai Polytechnic College, Xingtai, Hebei 054035, China）

Starting from the banded structure of seamless steel pipe research, this paper analyzes the hazards of banded structure in the seamless steel tube cracking. The experimental data shows that the existence of banded structure promote seamless steel tube of the cracking, when rating of banded structure is above level 2, seamless steel tube of the cracking is apparently serious.

seamless steel tube cracking; banded structure; the rating of banded structure

（責(zé)任編輯 王傲冰）

TG335.71

A

1008—6129（2016）05—0079—04

2016—07—31

羅兆偉（1988—），河北威縣人，邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助教。