20#無(wú)縫鋼管開(kāi)裂原因分析

今天在查看本站的微信公眾號(hào)steeltuber是 看到有一位粉絲問(wèn)道“20#精密無(wú)縫管開(kāi)裂是什么原因”？如下圖：

那好，我們今天就來(lái)說(shuō)說(shuō)鋼管開(kāi)裂的原因。下方文章是公司質(zhì)量檢驗(yàn)部門(mén)多年前的一份分析報(bào)告，我們就從這份報(bào)告講起：

[摘要] 20#無(wú)縫鋼管按工藝要求進(jìn)行冷彎成型時(shí)發(fā)生斷裂開(kāi)裂。對(duì)其斷口開(kāi)裂處材料的化學(xué)成分、力學(xué)位能和顯微組織進(jìn)行分析。結(jié)果表明， 冷彎制斷裂屬于終軋溫度偏低所致。針對(duì)冷彎制斷裂開(kāi)裂情況提出一些預(yù)防改造措施。

[關(guān)鍵詞] 20# 無(wú)縫管冷彎 斷裂 開(kāi)裂 溫度 殘余應(yīng)力

INVESTIGATION OF RUPTURE OF SEAMLESS TUBE IN STEEL 20# DURING COLD - BENDING PROCESS

[ Abstract ] Rupture occurred with the seamless tuhe in Steel 20 # during cold-hending formation process. Analysis are made to 由e rupture and chemical composition , mechanìcal properties and microstructure of the material. The outcome shows that the said rupture is caused hy rather low final rolling

temperature. Accordingly , preventive actions are proposed.

[ Key wordsJ seamless tuhe in steel 20# , cold-hending , rupture , temperature , residual stress

公司生產(chǎn)的一批 Φ76×5、20#、GB/T8163 的無(wú)縫管，供給用戶后，用戶在按工藝要求進(jìn)行冷彎成型時(shí)，其中有三支鋼管彎到大約150°角時(shí)，發(fā)生斷裂開(kāi)裂，斷口如下 圖1和圖2所示。用戶當(dāng)即將斷裂的管段發(fā)回公司。為查明原因，對(duì)該節(jié)管段進(jìn)行了試驗(yàn)、分析。

1 理化檢驗(yàn)

(1) 觀察斷口，在彎制時(shí)受拉應(yīng)力的區(qū)域，鋼管壁厚減薄，表明其存在塑性變形，但放射線很短，剪切區(qū)較長(zhǎng)，表明塑性變形不足。

(2) 在該節(jié)鋼管上取化學(xué)成分分析試樣，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

化學(xué)成分符合GB/T8163中關(guān)于20#鋼化學(xué)成分規(guī)定要求。

(3 )在接近斷口位置取拉伸試樣，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，3批材料試樣的屈服強(qiáng)度均較高，抗拉強(qiáng)度已接近標(biāo)準(zhǔn)值上限，伸長(zhǎng)率遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，屈強(qiáng)比相對(duì)較高。

(4) 在接近斷口位置取縱向金相試樣進(jìn)行顯微組織觀察，其組織如圖3和圖4所示。

晶粒度:6~7 級(jí)，組織:F+P ，無(wú)明顯魏氏組織。鐵素體及珠光體分布不均勻，珠光體團(tuán)的直徑差較大，形狀很不規(guī)則，且團(tuán)界周邊過(guò)渡部分存在尖銳鋒角，有部分鐵素體沿縱向呈長(zhǎng)條針狀分布。

(5) 把近斷口位置的剩余管段約3∞ mm 長(zhǎng)進(jìn)行910℃、25min 保溫正火處理。

取拉伸試樣檢驗(yàn)，其結(jié)果如表3。

由表3可見(jiàn)，重新正火處理后，試樣的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均恢復(fù)到正常水平，伸長(zhǎng)率達(dá)到28% 左右，滿足標(biāo)準(zhǔn)中A≥20% 的規(guī)定，屈強(qiáng)比亦相對(duì)較低。

(6) 在正火管段上取縱向金相試樣，進(jìn)行顯微組織觀察如下圖5和圖6。

晶粒度:8.5~9.5 級(jí)，組織:F +P 。呈等軸狀均勻分布，珠光體團(tuán)直徑相差不大，形狀規(guī)則，周邊平直，無(wú)尖銳鋒角，鐵素體的顆粒大小也較均勻，無(wú)明顯沿縱向呈長(zhǎng)條針狀分布的特征。

2 分析與討論

從理化檢驗(yàn)結(jié)果可知，該20#無(wú)縫管僅僅從化學(xué)成分，顯微組織是符合技術(shù)要求的，但從力學(xué)性能檢測(cè)與顯微組織特征對(duì)比可知，該20#無(wú)縫管冷彎斷裂與熱處理工藝有關(guān)。

查生產(chǎn)原始記錄，此批鋼管為熱軋出成品管材，這符合上述圖3 、4 所示金相組織顯示的部分特征(晶粒度較正常正火組織粗大，珠光體團(tuán)存在尖銳鋒角，鐵素體沿軋制方向被拉長(zhǎng)等)。查檢驗(yàn)原始記錄，此批鋼管拉伸性能一次性檢驗(yàn)合格，無(wú)復(fù)驗(yàn)記錄，其拉伸性能原始記錄為: Rel:395/415 MPa , Rm:525/515 MPa,A:24%/27% 0 結(jié)合用戶在使用中僅出現(xiàn)三支鋼管彎曲斷裂的現(xiàn)象，證明該批管子在生產(chǎn)中有部分是屬于非正常狀態(tài)。

由圖3 、4 所示的組織特征以及上述原始記錄可知，該支管子在熱軋過(guò)程中，終軋溫度偏低，即在Ar3 以下的兩相區(qū)，由于在該兩相區(qū)內(nèi)，奧氏體化不完全，導(dǎo)致最后終軋變形引起的金屬晶體學(xué)缺陷如位錯(cuò)、晶格畸變等產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，而后序過(guò)程又無(wú)法通過(guò)回復(fù)、再結(jié)晶來(lái)消除。換言之:加工過(guò)程引起的金屬材料的強(qiáng)化與硬化不能得到消除，最后又沒(méi)

有進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼穑瑢?dǎo)致該支管子最終處于高殘余應(yīng)力狀態(tài)。

然而該支管子在高殘余應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)受到方向一致的彎制拉應(yīng)力時(shí)，殘余應(yīng)力與正常的拉應(yīng)力相疊加，致使某些局部應(yīng)力極大，以致使管材在不大的外力作用下產(chǎn)生微裂紋，使管材早期斷裂。

3 結(jié)論與建議

綜合以上分析，該20#無(wú)縫管冷彎斷裂是由于熱軋過(guò)程中終軋溫度偏低產(chǎn)生了高殘余應(yīng)力，在按工藝?yán)鋸澲瞥尚蜁r(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力與其疊加，致使該管斷裂。為避免同類質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生建議: 

(1 )在鋼管軋制過(guò)程中，嚴(yán)格控制終軋溫度，避免在Ar3 以下的兩相區(qū)軋制;

(2) 果由于控制不當(dāng)，已經(jīng)出現(xiàn)同類現(xiàn)象，由上述正火處理后的拉伸性能及金相組織可知，對(duì)于低碳鋼而言:將軋制出的成品管進(jìn)行一次910℃正火處理，即可使屈強(qiáng)比降低，伸長(zhǎng)率顯著提高，從而可保證產(chǎn)品在塑性變形過(guò)程中抗細(xì)變薄能力提高，冷成性能力增強(qiáng)而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能要求。

參考文獻(xiàn)

1.朱伏先，趙乾等.消除20鋼無(wú)縫鋼管冷彎成型角裂的預(yù)處理工藝試驗(yàn)[J]. 鋼管， 2007，36(1) :21-25

以上的分析報(bào)告針對(duì)的是熱扎無(wú)縫鋼管的開(kāi)裂的原因進(jìn)行了分析，針對(duì)無(wú)縫鋼管精密管精軋管 我們也可以用同樣的道理來(lái)分析其原因。

鋼管發(fā)生了開(kāi)裂現(xiàn)象，最最主要的原因是其內(nèi)部產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，其在后期使用或加工過(guò)程中的某個(gè)時(shí)刻 觸發(fā)了這個(gè)應(yīng)力 如果鋼管的基材沒(méi)有問(wèn)題 建議進(jìn)行熱處理 如退火 精密鋼管進(jìn)行無(wú)氧退火處理 達(dá)到消除其內(nèi)應(yīng)力的目的。

另外還有一種原因 就是鋼管的材料是有問(wèn)題的 可能是 劣質(zhì)的鋼材 其內(nèi)部的非金屬夾雜太多 導(dǎo)致材料很不穩(wěn)定，非常容易開(kāi)裂。

▲鋼管內(nèi)部的細(xì)裂紋

還有一種可能 就是材料也沒(méi)有問(wèn)題，精密鋼管的生產(chǎn)過(guò)程存在問(wèn)題 最最主要的原因 可能就是  為了所謂的降低成本 鋼管軋制時(shí) 使用了強(qiáng)化工藝，兩道 甚至三道的工藝 被并成一道軋制完成 導(dǎo)致鋼管內(nèi)部產(chǎn)生了細(xì)裂紋 這樣的鋼管是非常容易開(kāi)裂的。

鋼管的生產(chǎn) 是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^(guò)程，不可以馬虎大意，所以要認(rèn)真對(duì)待，不要為了一點(diǎn)點(diǎn)的小利益，自欺欺人。到頭來(lái) 倒霉的還是自己。

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