張迎濤，高文娟，李汝海，王俊朋，徐志剛

（山東壽光巨能特鋼有限公司，山東壽光 262711）

1 前 言

近期生產(chǎn)一批32Mn6 鋼管規(guī)格為Φ244.5 mm×11.99 mm，出現(xiàn)質(zhì)量問題，具體為管材內(nèi)壁探傷不合格，對其表面熱酸浸發(fā)現(xiàn)其內(nèi)表面出現(xiàn)大量裂紋，裂紋走向大都沿軸向分布。為此對32Mn6無縫鋼管內(nèi)壁裂紋成因進(jìn)行分析，將出現(xiàn)的問題提出了工藝改進(jìn)建議。32Mn6無縫鋼管的生產(chǎn)工藝為：1號連鑄機(jī)Φ280 mm圓坯熱軋成無縫鋼管，隨后進(jìn)行920±15 ℃淬火，640±50 ℃回火的調(diào)質(zhì)處理。

2 試樣分析

內(nèi)壁裂紋缺陷樣品經(jīng)過熱酸浸之后，內(nèi)壁出現(xiàn)大量裂紋，裂紋走向大都沿軸向分布。

2.1 制 樣

取低倍做完的樣品，切割4 塊金相：（1）其中2塊沿管材橫截面，表面磨后拋光制成金相樣品，1塊用硝酸酒精浸蝕觀察裂紋周圍的微觀組織，1 塊不浸蝕用于觀察裂紋形貌和裂紋的掃描電鏡能譜分析（SEM-EDS）；（2）取1 塊縱向金相硝酸酒精浸蝕后看材料微觀組織；（3）取1塊，對管材內(nèi)表面稍微磨平但盡量保留帶裂紋形貌，拋光后看裂紋形貌。裂紋形貌、成分能譜分析和微觀組織觀察在FEI650型掃描電鏡上進(jìn)行。

2.2 內(nèi)表面裂紋分析

在制備成金相表面拋光后，肉眼可直接觀察到表面裂紋的存在，裂紋走向大致相同，沿軸向。掃描電鏡下的形貌如圖1 所示。由圖1 可見，裂紋存在分叉現(xiàn)象并且其寬度在100 μm 以內(nèi)，屬于細(xì)小裂紋。

圖1 32Mn6無縫鋼管內(nèi)表面裂紋形貌（內(nèi)壁表面）

對無縫鋼管內(nèi)壁出現(xiàn)的裂紋進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如圖2所示。在裂紋內(nèi)部存在有Al2O3+CaO組成的夾雜物，這是在精煉脫氧過程中形成的；還存在含有K、Al、Ca的夾雜物，可能是結(jié)晶器保護(hù)渣卷入造成的。無縫鋼管內(nèi)壁對應(yīng)連鑄坯的中心位置，而中心是連鑄坯最后凝固的部位，按常理判斷，成分偏析，夾雜物偏聚都是存在的，所以32Mn6 無縫鋼管內(nèi)壁裂紋中出現(xiàn)夾雜物是正常情況。但夾雜物存在的部位是材料強(qiáng)度等各方面性能薄弱部位，裂紋在最薄弱部位產(chǎn)生。

2.3 軋材橫向裂紋分析

沿軋制橫向，觀察無縫鋼管內(nèi)壁裂紋形貌見圖3，由圖可見，內(nèi)壁表面裂紋深度1.069 mm，寬度不超過150 μm，表面露頭部位的寬度小于100 μm。裂紋主體與鋼管內(nèi)壁表面垂直，裂紋有內(nèi)部分叉。

圖3 32Mn6無縫鋼管內(nèi)壁裂紋沿軋制橫向觀察的形貌

對圖3中的裂紋內(nèi)部進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如圖4所示，由此可見，圖3的裂紋內(nèi)部基本上是裂紋內(nèi)基體氧化，除此之外，存在MnS夾雜物，還有可能存在脫氧產(chǎn)物鈣鋁酸鹽。32Mn6 無縫鋼管內(nèi)壁裂紋出現(xiàn)和夾雜物的存在關(guān)聯(lián)性不大。

圖4 32Mn6無縫鋼管內(nèi)壁裂紋橫向試樣（拋光）SEMEDS分析

2.4 軋材橫向裂紋周圍的微觀組織分析

對無縫鋼管橫向樣內(nèi)壁裂紋進(jìn)行SEM-EDS分析以后，又將樣品用硝酸酒精浸蝕，觀察裂紋周圍的微觀組織。材料基體為存在明顯碳化物顆粒的高溫回火索氏體組織。裂紋兩邊為正常組織，不存在氧化脫碳層。

由圖3 可見，裂紋存在分叉，有明顯的曲折。由圖5 可見，從裂紋尖端以下，裂紋擴(kuò)展呈現(xiàn)“之”字形特征，分支裂紋存在沿原始奧氏體晶界擴(kuò)展的情況。由此可見，32Mn6無縫鋼管內(nèi)壁裂紋由表面向材料內(nèi)部擴(kuò)展很大程度上是沿著原奧氏體晶界擴(kuò)展的［1］。

圖5 32Mn6無縫鋼管內(nèi)壁裂紋橫向試樣（拋光）SEM下裂紋尖端周圍的微觀組織

2.5 軋材縱向微觀組織和裂紋分析

沿管軋制方向取縱向金相樣，對軋材的微觀組織從內(nèi)壁一直觀察到外壁，如圖6所示。靠近無縫鋼管內(nèi)壁，出現(xiàn)許多沿晶小裂紋，裂紋邊界平直，成楔形，如圖6a、b所示，而且有的已經(jīng)相互連接或有相互連接的趨勢，如圖6b 所示。這些沿晶裂紋相互擴(kuò)展連接，就有可能形成無縫鋼管的內(nèi)壁裂紋。在距離內(nèi)壁4 mm，沿軋向擴(kuò)展的小裂紋，長度約10 μm，還有沿徑向擴(kuò)展的小裂紋，如圖6c所示。在距離內(nèi)壁8 mm 一直到鋼管外壁，發(fā)現(xiàn)沿軋向擴(kuò)展的小裂紋，長度50～70 μm。因此，對于被分析的樣品而言，材料的小裂紋較多，靠近內(nèi)壁多為楔形沿晶裂紋，其余部位多出現(xiàn)平行于軸向的裂紋。

圖6 32Mn6無縫鋼管沿軋向管壁的微觀組織

3 32Mn6無縫鋼管內(nèi)壁探傷不合格原因分析

由前述樣品分析結(jié)果可見，32Mn6無縫鋼管內(nèi)壁探傷不合格，根本原因是內(nèi)壁存在大量的沿軋向擴(kuò)展，垂直于周向的裂紋，且裂紋深度方向沿徑向，即垂直于內(nèi)壁表面，裂紋形成和材料內(nèi)部夾雜物的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，由管內(nèi)壁向材料內(nèi)部沿徑向擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展，路徑呈現(xiàn)“之”字形，有明顯的沿原始奧氏體晶界擴(kuò)展的痕跡。裂紋周圍基體沒有氧化痕跡，裂紋內(nèi)部有的存在鈣鋁酸鹽夾雜物和硫化物，有的純粹是基體。同時沿軋向觀察材料的微觀組織，靠近鋼管內(nèi)壁0～3 mm，存在很多沿晶擴(kuò)展的楔形裂紋，而且有的裂紋已經(jīng)連接或有相互靠近擴(kuò)展連接的趨勢。這種裂紋符合淬火沿晶裂紋的特征。通過上述結(jié)果可見，鋼管內(nèi)壁裂紋成因主要是沿晶擴(kuò)展淬火裂紋，可能與淬火加熱溫度高，原始熱軋奧氏體粗大有關(guān)系。

4 結(jié)論及建議

4.132Mn6 無縫鋼管探傷不合格原因，內(nèi)壁出現(xiàn)裂紋且是沿晶擴(kuò)展淬火裂紋，與奧氏體晶粒粗大有關(guān)。

4.2建議校核材料淬火加熱溫度，即檢查淬火加熱爐溫度控制是否正常。

4.3建議淬火處理，外表面噴淋到內(nèi)表面噴水的時間間隔適當(dāng)延長［2］。

4.4建議改進(jìn)熱軋工藝，細(xì)化管材的微觀組織，即晶粒細(xì)化。