SA-106C厚壁無縫鋼管冷彎裂紋原因淺析

夏云峰 周仲成 邵忠偉 胡永平

(內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團(tuán)有限公司，內(nèi)蒙古014033)

SA-106C是ASME SA-106標(biāo)準(zhǔn)中的鋼號，主要用于鍋爐中的水冷壁、過熱器、預(yù)熱區(qū)、熱交換器和管道等部位，使用壓力通常為6 MPa～14 MPa，蒸汽溫度450～580℃，屬于高壓容器用材料。

SA-106C屬于珠光體鋼，鋼中較高的碳、錳含量在一定程度上能夠提高其強(qiáng)度和耐磨性，但同時(shí)也會(huì)造成其過熱敏感性增加，導(dǎo)致塑、韌性下降，加大冷彎裂紋產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。含Mn滲碳體的穩(wěn)定性不強(qiáng)，在加熱過程中很容易完全溶于奧氏體當(dāng)中，而Mn鋼的臨界點(diǎn)亦較低，不能抑制奧氏體晶粒長大，因此，該鋼種在成型和熱處理過程中都要嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間，從而避免魏氏組織及冷彎裂紋的產(chǎn)生。

1 SA-106C鋼的主要技術(shù)指標(biāo)

SA-106C試驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分要求見表1，力學(xué)性能要求見表2。

彎曲試驗(yàn)要求：對于直徑大于635 mm以及直徑與壁厚比(直徑與壁厚比=規(guī)定外徑公稱壁厚)小于等于7.0的公稱管應(yīng)做彎曲試驗(yàn)。彎曲試樣應(yīng)在室溫下彎曲180°，彎芯直徑為25 mm，在外側(cè)受彎部分不得發(fā)生開裂。

金相組織要求為鐵素體+珠光體，實(shí)際晶粒度≥4.0級，極差≤3.0級。

表2 SA-106C鋼的力學(xué)性能要求Table 2 Mechanical properties of SA-106C steel

2 SA-106C無縫鋼管生產(chǎn)工藝流程

3 熱處理及理化檢測

選取兩個(gè)母材共計(jì)10支規(guī)格為?565 mm×105 mm×7000 mm(外徑×壁厚×長度)的SA-106C鋼擠壓無縫鋼管同爐進(jìn)行熱處理，熱處理工藝采用910℃+10℃，均溫1 h，保溫4 h。經(jīng)熱處理后，抽取其中6支檢測成品化學(xué)成分、力學(xué)性能及金相組織，檢測結(jié)果見表3～表5。

圖1 冷彎斷裂試樣電鏡分析圖Figure 1 Electron microscopic analysis of cold bending fracture specimens

表3 成品冒口端化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Chemical composition at riser offinished product(mass fraction,%)

表4 力學(xué)性能檢測結(jié)果Table 4 Test results of mechanical properties

表5 金相組織檢測結(jié)果Table 5 Test results of metallographic examination

由以上數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)熱處理后，所抽檢的6支無縫鋼管其它各項(xiàng)性能均較好，但成品化學(xué)成分中C、Mn含量均較高，強(qiáng)度也偏高，且6支中有5支出現(xiàn)了冷彎裂紋，多次復(fù)檢裂紋依然存在，其中鋼管3和鋼管5還出現(xiàn)了冷彎斷裂，經(jīng)仔細(xì)分析對比發(fā)現(xiàn)，沒有出現(xiàn)冷彎裂紋的鋼管3冒口端、鋼管4冒口端和錠尾端斷面收縮率分別為67.0%、60.5%和57%，位列前三位，沖擊也相對較為均勻，另外，通過對冷彎斷裂試樣電鏡分析，發(fā)現(xiàn)鋼中存在大量的MnS夾雜物及小空洞，見圖1。

表6 補(bǔ)充回火后力學(xué)性能Table 6 Mechanical properties aftersupplementary tempering

由此可見，熔煉過程中鋼液脫氧不良，真空度不夠?qū)е落撘杭儍舳炔粔?、化學(xué)成分及非金屬夾雜物分布不均勻，這是導(dǎo)致冷彎裂紋的主要原因，另外冒口端成分偏析嚴(yán)重，C、Mn含量偏高導(dǎo)致其強(qiáng)度偏高、韌性偏低也促使了冷彎裂紋的產(chǎn)生。根據(jù)以上情況，經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員認(rèn)真分析研究，決定對此批10支無縫鋼管進(jìn)行補(bǔ)充回火，適當(dāng)降低其強(qiáng)度，提高塑性和沖擊韌性，從而減輕或避免冷彎裂紋的產(chǎn)生。補(bǔ)充回火工藝最終確定為670℃+10℃，均溫2 h，保溫4 h，經(jīng)補(bǔ)充回火后對10支鋼管逐支進(jìn)行力學(xué)性能檢測，檢測結(jié)果見表6。

由以上數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)補(bǔ)充回火后鋼管強(qiáng)度平均下降約30 MPa，抗拉強(qiáng)度平均下降約50 MPa，但斷面收縮率都大幅度提高，綜合性能良好，冷彎裂紋也得到了完全消除。

4 結(jié)論

本次試驗(yàn)表明，對于SA-106C要想獲得較好的綜合性能，需從以下幾個(gè)方面采取措施：

(1)嚴(yán)格控制煉鋼過程，提高鋼的純凈度，降低鋼中P、S等有害元素含量，對鋼中C、Mn含量在更窄的范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)控。

(2)當(dāng)鋼中C、Mn含量或夾雜物含量偏高時(shí)，可通過適當(dāng)調(diào)整正火工藝參數(shù)，降低正火出爐后鋼管冷卻速度，必要時(shí)可采取正火+回火工藝，提高其塑性及沖擊韌性，避免冷彎裂紋的產(chǎn)生。