引言无缝钢管之所以能够被广泛应用于电力、石油等行业领域,除具备经济性特点之外,在运行年限、材料质量等方面表现也较为优越。
若在使用期间出现表面裂纹问题,会直接影响到无缝钢管的使用效果。
当前,常见的无缝钢管表面裂纹分为外折与发纹两种类型,其中发纹体现为裂纹处开口窄,外折则体现为开口处宽。
为避免无缝钢管因裂纹问题影响到其使用效果,需在明确掌握发纹、外折成因的前提下,采取科学措施进行有效处理。
1 理化检验与结果分析为进一步探明无缝钢管发生成因,本文采用扫描电镜、金相显微镜、能谱仪进行成因检测。
1.1 金相检验和微观组织1.1.1 宏观形貌本文研究试样采集处为无缝钢管外折处,经检验后发现试样表面呈现出横向裂纹状态,裂纹长度约为10cm。
1.1.2 金相检验采用金相检验的手段进行试样裂纹附近取样,具体取样部位为裂纹纵向、横向位置,利用 4%硝酸就近进行腐蚀 。
参照 GB/T 6394—2002、GB/T13299—1991、GB/T 10561—2005,进行样品相关项目的检测分析,其项目包括分金属夹杂、脱碳层、带状组织、晶粒度、金相组织等,结果表明样品不存在明显异常。
进行横截面样品的观察,发现其周围附近位置存在脱碳层,经检测得知脱碳层总深度约为0.4 mm,意味着样品产生的裂纹问题与高温因素存在联系,即在穿孔前连铸坯过程中因高温因素导致裂纹形成。
进行横纵截面样品的分析,发现带状组织存在于两处,并以流线型形态呈现,且带状组织在纵向截面处表现更为明显,意味着因旋转角度存在差异性,导致穿孔期间形成扭转变形。
若轴向剪切-拉伸应力、附加剪切变形过大,会增大管外表面发生横裂问题的几率。
此外,经检验分析后发现有硫化物、氧化铝等物质存在于样品中,但是评级级别判定并未显示夹杂物存在异常问题。
1.2 扫描电镜观察与分析本文在样品裂纹观察过程中采用的能谱仪型号为 OXFORDINCA Energy,采用的扫描电镜型号为FeIQuanta 3D FEG。
通过样品观察与能谱分析后发现,横截面裂纹位置处存在 Si、Fe、O 等夹杂物,且有较多的颗粒夹杂物存在于裂纹周围,尺寸经计算后约为 2~3 μm,其颗粒物成分包括 Fe、Mn 等元素。
相较于裂纹端部夹杂物而言,颗粒物中所含有的化学成分明显更高,且有氧化皮存在于较宽裂纹区域。
依据对能谱分析与显微观察的应用,得出钢管缺陷内部可能存在大量脱氧产物的结果,且脱氧产物以 MnO-SiOn 2 为主。
分析其成因,可能是在连铸坯阶段,因某些因素的影响导致钢管轧制受到不合理的碾压,内部存在缺陷,进而增大出现外折问题的发生概率。
而要想进一步实现对外折缺陷成因的确定,需要进行连铸坯质量的分析。
2 无缝钢管外折、发纹成因分析2.1 内因进行无缝钢管发纹、外折问题内因的分析,具体包括:一是化学成分因素。
相较于硅镇静钢、沸腾钢而言,含 Al 化学成分的钢裂纹敏感性更为显著。
当钢管发生裂纹时,主要是因为以原始 C 相晶界为通道出现 AlN、NbC 等化学成分的解析,其晶界出现脆化的状态,增大出现开裂问题的几率 。
二是气泡影响。
若钢管皮下气泡轧漏同样会增大出现钢管表面裂纹的几率。
若在钢管坯料冶炼过程中,脱氧操作处理出现问题,或者是在处理钢水包、烘烤合金料过程中受到某些因素的影响产生不良现象,意味着可能有大量气泡存在于钢锭上。
而钢管在开坯后气泡轧漏,逐渐形成裂纹。
另外,气泡的产生与保护渣存在一定关联,若保护渣无法做到对钢坯潮湿问题的有效避免,则会增大钢锭头部出现气泡的几率,进而形成表明裂纹。
2.2 外因分析分析无缝管产生外折、发纹问题的外因,主要包括:一是在无缝钢管实际生产过程中,若操作不合理,或者是出现操作失误问题,同样会增大出现发纹、外折问题的几率。
如生产过程中钢锭表面结疤,容易形成表面裂纹。
二是裂纹源处钢水存在黑色铝酸钙、硅酸盐等氧化物夹杂,其