張 爽

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 271100)

J4(CrM nN)系熱軋不銹鋼焊管開裂原因分析及解決措施

張 爽

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 271100)

針對(duì)J4(CrMnN)系列熱軋黑皮卷在卷管過程中出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象，對(duì)開裂樣品進(jìn)行了宏觀分析、金相組織分析和熱處理試驗(yàn)。分析結(jié)果表明，焊管開裂的主要原因是材料未經(jīng)過固溶處理，沿晶界析出大量的碳化物，致使材料的塑性降低，在卷管的殘余應(yīng)力作用下出現(xiàn)了沿晶界開裂。并提出了相應(yīng)的解決措施。

焊管;開裂;碳化物;熱處理

某公司生產(chǎn)的規(guī)格為7.5 mm×1 520 mm的J4(CrMnN)系列熱軋黑皮卷在進(jìn)行卷管生產(chǎn)過程中(卷管直徑為205 mm)，沿卷管軸向出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象。針對(duì)開裂現(xiàn)象，對(duì)開裂焊管的宏觀形貌、金相組織、熱處理試驗(yàn)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，總結(jié)出缺陷產(chǎn)生的原因，并提出了相應(yīng)的解決措施。

1 試驗(yàn)方法

用SPECRTOLAB M9型直讀光譜儀測(cè)定材料的實(shí)際化學(xué)成分;觀察、分析開裂焊管的宏觀形態(tài)特征，并采集宏觀形貌圖片;磨制金相試樣，評(píng)定非金屬夾雜物級(jí)別，觀察顯微組織狀態(tài);對(duì)材料進(jìn)行不同溫度的熱處理試驗(yàn)，觀察不同熱處理溫度下顯微組織狀態(tài)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 化學(xué)成分實(shí)測(cè)值

化學(xué)成分實(shí)測(cè)值見表1。

2.2 宏觀分析

如圖1所示，裂紋沿焊管軸向開裂，在焊管口端面存在許多微小裂紋。

表1 J4(CrMnN)系焊管化學(xué)成分實(shí)測(cè)值(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chem ical com position actual value of J4 series(CrM nN)welded pipe(mass fraction，%)

2.3 金相組織分析

如圖2、表2所示，非金屬夾雜物主要以C類為主，最高2.0級(jí)。如圖3所示，基體組織為奧氏體，碳化物沿晶界析出嚴(yán)重，材料處于嚴(yán)重敏化狀態(tài)。

對(duì)焊管口端面的裂紋試樣進(jìn)行金相組織分析，由圖4所示，裂紋均沿著晶界開裂。

2.4 熱處理試驗(yàn)

為了解J4(CrMnN)系奧氏體不銹鋼碳化物的固溶溫度，進(jìn)行了一組熱處理試驗(yàn)。截取五塊試樣，分別進(jìn)行 820℃、840℃、860℃、880℃、900℃保溫1 h的水淬熱處理試驗(yàn)。具體的試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可見，此J4(CrMnN)系奧氏體不銹鋼在880℃時(shí)，碳化物明顯減少，在900℃時(shí)，碳化物固溶情況良好，基本消失。

表2 非金屬夾雜物評(píng)級(jí)表(級(jí))Table 2 Grade evaluation of nonmetal inclusion

圖1 焊管開裂宏觀形貌Figure 1 Macro appearance of cracked weld pipe

圖2 C類夾雜物形貌Figure 2 Appearance of inclusion C

圖3 基體組織Figure 3 Matrixmorphology

圖4 焊管口端面裂紋微觀形貌Figure 4 Micro appearance of pipe port end face crack

3 開裂原因分析

鋼板在卷管過程中，外表面受拉應(yīng)力，內(nèi)表面受壓應(yīng)力，中心為中性層不受力，卷管裂紋沿軸向開裂，與卷管彎曲受力面相互垂直。

由金相組織分析結(jié)果得知，大量碳化物沿晶界析出，材料處于嚴(yán)重的敏化狀態(tài)，開裂試樣裂紋均沿著晶界開裂。由此得出卷管出現(xiàn)開裂現(xiàn)象的主要原因是:在進(jìn)行卷管前未經(jīng)過退火處理，使碳化物無法固溶到基體里，大量的碳化物沿晶界析出，降低了材料的塑性(一般來說碳化物應(yīng)力集中系數(shù)為3.3～3.7)，因此，在卷管的殘余應(yīng)力作用下材料沿晶界開裂。

4 解決措施

針對(duì)焊管開裂產(chǎn)生的原因，采取在卷管前對(duì)材料進(jìn)行固溶處理的措施?；蛟谏a(chǎn)工藝上增加在線固溶工藝，將終軋溫度提高到880℃以上，再進(jìn)行層流冷卻，使碳化物充分固溶到基體里，降低焊管開裂幾率，有效解決了焊管開裂問題。

圖5 5個(gè)熱處理溫度下的碳化物固溶情況Figure 5 Various carbide solid solution situations of five heat treatment temperatures

［1］ 陸世英.不銹鋼概論［M］.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［2］機(jī)械工業(yè)理化檢驗(yàn)人員技術(shù)培訓(xùn)和資格鑒定委員會(huì).金相檢驗(yàn)［M］.上海:上?？茖W(xué)普及出版社，2003:115－123.

編輯 杜 敏

Reason Analysis and Solutions of J4 Series(CrMnN)
Hot Rolled Stainless SteelWelded Pipe Cracking

Zhang Shuang

Regarding to cracking phenomenon in the process of pipe coil of J4 series(CrMnN)hot rolled black coil，measures ofmacro analysis，metallographic structure analysis and heat treatment test have been conducted on cracked specimen.The result showed thatmain crack cause ofwelded pipewas unused solid solution treatmentofmaterial so that numerous carbidewas separated out along grain boundary which resulted in lower plasticity and crack along grain boundary was come up under residual stress of pipe coil process，furthermore relevant solutions have been brought up.

welded pipe;crack;carbide;heat treatment

TG115;TG156.94

B

2013—08—05

張爽(1983—)，女，現(xiàn)從事金屬材料研究。