無縫鋼管開裂中帶狀組織的影響

羅兆偉，孫 旋，陳明輝

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無縫鋼管開裂中帶狀組織的影響

羅兆偉，孫 旋，陳明輝

（邢臺職業(yè)技術(shù)學院，河北 邢臺 054035）

文章從無縫鋼管的帶狀組織著手研究，分析無縫鋼管開裂中帶狀組織對其的危害。由實驗數(shù)據(jù)可知，帶狀組織的存在促進無縫鋼管的開裂，當帶狀組織評級達到2級以上時明顯加劇無縫鋼管的開裂。

無縫鋼管開裂；帶狀組織；帶狀組織評級

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

無縫鋼管迅速發(fā)展的這些年來，國內(nèi)相關(guān)的許多學者針對無縫鋼管開裂的原因做了大量研究。劉寶國[1]等人針對27SiMn無縫鋼管開裂，從多方面入手（化學成分檢測、金相顯微鏡、掃描電鏡）研究開裂成因，同時針對成因研究出相應的預防、改進措施，吳世強等人[2]針對冷拔工藝生產(chǎn)的無縫鋼管出現(xiàn)裂紋進行了研究與分析。本文從金相組織中的帶狀組織方向著手分析其對無縫鋼管開裂的影響，這對避免無縫鋼管開裂提高無縫鋼管質(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)過壓力加工。但是經(jīng)過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)生對無縫鋼管的性能產(chǎn)生負面的影響，尤其是鋼管的力學性能，如其會使鋼管的韌性降低、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、帶狀組織檢測方法與評定

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

本次實驗中帶狀組織的評級如表1所示，無縫鋼管的碳含量不同時，評級的系列不同（A系列、B系列、C系列），每個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個級別（0級-5級），其中5級對無縫鋼管的危害最大。

表1 帶狀組織等級

三、無縫鋼管開裂中帶狀組織的影響

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

圖1 鋼管宏觀形貌

圖2 帶狀組織

在開裂的無縫鋼管開裂處利用線切割取實驗試樣，之所以利用線切割，是由于線切割溫度低，不會影響鋼管的金相組織的變化，將取下的試樣經(jīng)過磨削、拋光、腐蝕后，利用金相顯微鏡進行觀察，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，此無縫鋼管的帶狀組織為C系列4級，具體金相組織形態(tài)如圖2所示。

（2）材料為20鋼的無縫鋼管，其在生產(chǎn)過程中擴口工藝時開裂，其開裂情況如圖3所示。

在無縫鋼管開裂處截取試樣，經(jīng)過一系列處理（磨削、拋光、腐蝕等）后通過金相顯微鏡觀察其金相組織。此無縫鋼管的金相組織呈很嚴重的條帶形狀，根據(jù)GB/T13299-91，此帶狀組織為B系列5級，具體金相組織如圖4所示。

圖3 20無縫鋼管開裂

圖4 金相組織

（3）材料為Q235B的無縫鋼管，宏觀形貌如圖5所示。

在無縫鋼管開裂處截取試樣，經(jīng)過一系列處理（磨削、拋光、腐蝕等）后通過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，具體金相組織如圖6所示。

圖5 345B無縫鋼管開裂

圖6 金相組織

本次實驗分析了40開裂的無縫鋼管，對這些無縫鋼管依次進行實驗分析，評定帶狀組織的級別，最終進行實驗數(shù)據(jù)總結(jié)，帶狀組織級別和數(shù)量之間的分析結(jié)果如表2、圖7所示。由此可總結(jié)出帶狀組織對無縫鋼管開裂是有影響的，當帶狀組織評級達到2級以上的時候，無縫鋼管開裂的數(shù)量驟然增多，由此說明，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縫鋼管開裂，只有當帶狀組織達到一定級別的時候，才對無縫鋼管開裂有著重要的影響，促進無縫鋼管的開裂。因此，在無縫鋼管生產(chǎn)過程中應該對帶狀組織進行檢測，并且控制在一定的級別內(nèi)，避免其促進無縫鋼管開裂。圖8中分別展示了當帶狀組織評為1級、3級、4級、5級時的金相組織形態(tài)。帶狀組織的出現(xiàn)會影響無縫鋼的的力學性能，特別是降低了鋼管的橫截面的塑性和韌性[5-7]，而力學性能的異常促進了無縫鋼管的開裂，此次實驗結(jié)果為無縫鋼管的質(zhì)量檢測提供參考依據(jù)。

表2 鋼管的帶狀組織評級

圖7 帶狀組織等級與數(shù)量的關(guān)系圖

圖8 帶狀組織評級

四、結(jié)論

在對無縫鋼管進行金相組織檢測時，當帶狀組織評定達到2級以上時，無縫鋼管開裂的數(shù)量驟然增多，由此說明，帶狀組織雖然是一種缺陷組織，其存在并不一定引起無縫鋼管開裂，只有當達到2級以上時會促進鋼管開裂，因此在無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別是非常必要的。

[1]劉寶國.27SiMn無縫鋼管開裂原因分析與對策[J].包鋼科技，2012（2）：38-40.

[2]吳世強.冷拔無縫鋼管內(nèi)壁橫向裂紋成因分析[J].理化檢驗（物理分冊），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，鄒喜洋，朱林.鐵素體/珠光體帶狀組織對L360N管線用無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，邢臺職業(yè)技術(shù)學院，助教。