張懷青，韓常德，李淞，董國(guó)勝，宗先富

濰柴重機(jī)股份有限公司 山東濰坊 262737

1 序言

某單位生產(chǎn)的集濾器管形狀如圖1所示，由兩部分組成，A部分為擴(kuò)孔端，B部分為聯(lián)接端。所用原材料是φ45mm×2mm的10號(hào)無(wú)縫鋼管，工藝流程：冷拔鋼管退火→下料→加工→拋丸→擴(kuò)孔。在進(jìn)行最后擴(kuò)孔工序時(shí)出現(xiàn)破損，破損率較高，嚴(yán)重時(shí)超過(guò)50%，與技術(shù)要求的≤5%相差甚遠(yuǎn)。解決破損率較高這一難題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 集濾器管形狀

2 試驗(yàn)方法

采用OBLF直讀光譜儀對(duì)破損集濾器管進(jìn)行化學(xué)成分分析；用手動(dòng)便攜式切割機(jī)截取試樣，并將試樣鑲嵌、研磨、拋光后，用4%硝酸酒精進(jìn)行浸蝕；用OLYMPUS GX51奧林巴斯金相顯微鏡檢驗(yàn)金相組織；用THB-3000電子布氏硬度計(jì)檢驗(yàn)硬度。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 化學(xué)成分分析

用直讀光譜儀對(duì)集濾器管進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見(jiàn)表1。符合《GB/T 699—2015優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 宏觀觀察

從圖2所示的集濾器管裂口宏觀形態(tài)照片中可以看出，集濾器管擴(kuò)孔端（A部分）邊緣有一處或多處裂口，有的裂口由外向內(nèi)繼續(xù)擴(kuò)展至管子底部；破裂端面凹凸、彎曲不平整，與集濾器管擴(kuò)孔主應(yīng)力約呈45°；裂口呈暗灰色、纖維狀，似為撕裂的斷口，從斷口觀察，屬明顯的韌性斷裂。

圖2 集濾器管裂口宏觀形態(tài)

表1 集濾器管化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

3.3 金相檢驗(yàn)

觀察未破裂端集濾器管聯(lián)接端（B部分）的金相組織，如圖3所示。從圖3a中可以看出，顯微組織無(wú)可見(jiàn)變化，只是晶體中的缺陷密度和它們的分布發(fā)生了改變，鐵素體晶粒仍然是沿冷拔方向而變形，呈長(zhǎng)條狀分布，且鐵素體內(nèi)有少量的黑色條狀滑移線(xiàn)；分布于鐵素體晶界處的珠光體也呈長(zhǎng)條狀；如果再繼續(xù)增加變形量，鋼管極易發(fā)生破裂[1]。由于沒(méi)有生成無(wú)畸變的再結(jié)晶等軸狀晶粒代替原來(lái)的變形晶粒，說(shuō)明無(wú)縫鋼管冷作硬化后的熱處理再結(jié)晶過(guò)程未完全進(jìn)行，即再結(jié)晶退火效果欠佳[2]。因此，需要對(duì)退火工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

圖3 破裂的集濾器管金相組織（200×）

從圖3b中可以看出，在變形的鐵素體晶?；w上，局部有許多順著變形方向分布的細(xì)小顆粒狀三次滲碳體，有的沿晶界析出并呈鏈狀分布。這種聚集分布形態(tài)的三次滲碳體，破壞金屬基體的連續(xù)性，降低鋼管的沖壓性能，易使鋼管在擴(kuò)孔時(shí)沿著它的分布方向開(kāi)裂[1]，因而，集濾器管在擴(kuò)孔時(shí)出現(xiàn)破裂。

3.4 硬度檢驗(yàn)

檢查集濾器管原材料退火前后和破裂集濾器管擴(kuò)孔端（A部分）、聯(lián)接端（B部分）表面硬度，結(jié)果見(jiàn)表2。集濾器管原料和集濾器管擴(kuò)孔端硬度分別為196HBW、192HBW和160HBW、158HBW，硬度相對(duì)較高，是由于無(wú)縫鋼管在冷拔和集濾器管擴(kuò)孔的過(guò)程中，產(chǎn)生了加工硬化現(xiàn)象，且前者硬化效果更顯著。而集濾器管原料退火后硬度為128HBW、132HBW，硬度降低，則是由于退火后，材料的彈性畸變能下降，晶粒之間相互牽制的作用減弱，微觀內(nèi)應(yīng)力降低，組織趨于穩(wěn)定，各種力學(xué)性能得到一定程度恢復(fù)的緣故[1]。破裂集濾器管聯(lián)接端B部分同樣為退火狀態(tài)，硬度為132HBW、126HBW，與原料退火后的硬度趨于一致，表明退火后，晶粒得到了一定程度的恢復(fù)。

表2 集濾器管表面硬度

4 工藝分析及改進(jìn)

φ45mm×2mm的10號(hào)無(wú)縫鋼管退火是在輥底式連續(xù)爐中進(jìn)行的，三區(qū)加熱溫度分別為780℃、800℃、760℃，進(jìn)爐至出爐時(shí)間約20min。由于無(wú)縫鋼管密布在爐底部，受熱均勻性差，運(yùn)行時(shí)間較短，再結(jié)晶退火后的效果不能滿(mǎn)足使用要求[3]。為了徹底消除加工硬化現(xiàn)象，根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]，一般金屬材料的最低再結(jié)晶溫度T再與其熔點(diǎn)T熔之間的近似對(duì)應(yīng)關(guān)系T再≈0.4T熔（K）及預(yù)防晶粒長(zhǎng)大等因素，將工藝改進(jìn)為：分別降低三區(qū)加熱溫度至700℃、680℃、680℃，增加進(jìn)爐至出爐時(shí)間為約50min。

5 工藝驗(yàn)證

應(yīng)用改進(jìn)后的工藝參數(shù)進(jìn)行退火，檢驗(yàn)退火后無(wú)縫鋼管的硬度為120HBW、124HBW，較前述的退火前硬度196HBW、192HBW明顯下降，數(shù)值達(dá)72HBW；金相組織如圖4所示，鐵素體晶粒通過(guò)形核、長(zhǎng)大，由退火前的長(zhǎng)條狀改變?yōu)榈容S狀；生產(chǎn)的600支無(wú)縫鋼管，下料7825件集濾器管，擴(kuò)孔破裂141件，破損率為1.8%，完全滿(mǎn)足≤5%的技術(shù)要求。

圖4 工藝改進(jìn)后鋼管退火前后金相組織（200×）

6 結(jié)束語(yǔ)

1）集濾器管擴(kuò)孔破損主要原因是原材料鋼管退火加熱保溫時(shí)間短，晶粒未完全進(jìn)行再結(jié)晶。

2）通過(guò)優(yōu)化退火工藝，降低加熱溫度、延長(zhǎng)保溫時(shí)間，有效地解決了集濾器管擴(kuò)孔破損率較高的問(wèn)題。