热处理钢管(如何避免合金钢管产生热处理裂纹？)

Posted 2023-06-02

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热处理钢管(如何避免合金钢管产生热处理裂纹？)

合金无缝钢管是无缝钢管的一种，其性能要比一般的无缝钢管高很多，因为这种钢管里面含Cr(铬)比较多，其耐高温、耐低温、耐腐蚀的性能是其他无缝钢管比不上的，所以合金管在石油、化工、电力、锅炉等行业的用途比较广泛。

本地厂家对一批原料钢管进行调质热处理(调质是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使无缝管具有良好的综合机械性能)。对已调质过的管料进行超声波检测，发现部分管体存在缺陷，经超声波手动复查后确定缺陷为热处理裂纹。

管料内外壁宏观观察：

对管料内外壁表面情况进行观察，发现部分管体内外表面存在管料在轧制过程中形成的管缝、结疤缺陷，且管体内壁不平滑、存在较多凹痕。

为了更好地查找此次管料热处理后裂纹产生的原因，分别对检验不合格的管料进行取样。

式样成分分析：

试样1裂纹内部存在黑色的氧化物，对其进行能谱分析，分析发现裂纹内部主要为铁的氧化物。该氧化物系轧制过程中卷入的氧化皮和后期热处理时折叠周围的基体被氧化形成的；

试样2裂纹周边白亮组织经初步分析不是普通的铁素体，于是对该区域进行能谱分析。结果表明，裂纹周边白亮组织附近区域磷元素含量较为异常。

结果分析：

由于该批管料在入厂验收和管体调质后检验两个环节中都大批量出现了管体裂纹等缺陷，因此可以初步推断管体产生的裂纹类型大致分为轧制造成的折叠和调质处理过程中产生的淬火裂纹两种。

试样1是未经过调质处理的管料，管料外壁的裂纹与管料的轧制过程有关，从试样1的金相组织来看，裂纹周边的金属流线与裂纹走向保持平行一致，裂纹的开口与管体外壁呈一定角度，而不是和普通淬火裂纹一样与表面垂直，可以断定，该裂纹为管料在轧制中产生的折叠，且折叠尾端金属在被挤入基体之前就形成了皱皮。裂纹两侧脱碳不严重，而裂纹中间氧化较为严重，因此说明该处的折叠形成原因是轧制温度不高，未达到金属脱碳温度。当圆钢坯料表面存在未除尽的氧化皮或者陷坑，管坯在后续生产工序中，圆钢表面的氧化皮或者折叠有可能被卷入毛坯钢管中，而这部分金属由于存在氧化物未能使周围的基体保持金属连续性，最终形成折叠缺陷。

试样2是经过调质后的管料，其内壁存在多条裂纹，部分裂纹在管料内壁凹坑底部萌生。管体内壁陷坑底部，在淬火过程中容易引起组织应力集中，当局部应力超过管体材料的断裂抗力，便产生裂纹。凹坑底部裂纹的扩展形貌较为曲折，有别于普通的淬火裂纹，且在裂纹周边存在一些异常的白亮组织。经过能谱分析，这些异常的白亮组织中磷元素的含量远远大于基体中的磷含量。管料试样2的富磷区域可能是由于材料在冶炼过程中脱磷不完全、均匀化程度不够而形成的。可知，管料内壁存在陷坑，淬火时在陷坑底部产生较大的应力集中，局部应力过大，导致管料出现淬火裂纹；另外，部分裂纹附近存在富磷区也是管体产生裂纹的重要原因。

通过以上分析发现合金无缝钢管热处理裂纹产生原因：

试样1原料管的外表面裂纹为轧制工序中产生的折叠；

试样2管体的裂纹为淬火裂纹，主要是管体内壁不够平滑，存在凹坑，在淬火时引起应力集中，导致管体产生裂纹；

试样2管体内壁多处存在磷元素偏析也是导致裂纹产生的重要原因。

如何避免合金钢管产生热处理裂纹？

改善管料轧制工艺，使每道次变形量尽量合理，保持轧制温度均匀，避免低温轧制，以减少表面折叠缺陷，同时加强表面酸洗，对酸洗后暴露出来的明显裂纹进行充分修磨；

保证穿孔机顶头表面光滑，避免管体内壁凹坑的产生；

提高钢材的冶炼质量，改善脱磷操作工艺，严格控制磷等有害元素的含量。

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