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不銹鋼管冷軋加工裂紋形成原因及解決方案
發布者:不銹鋼管廠(www.858693.live) 發布時間:2019/10/14 閱讀:287

  浙江宏盛特鋼有限公司發現不銹鋼管在冷軋加工過程中裂紋是材料內部應力引起的。一部分是材料本身帶有的裂紋源(微裂紋、中心縮孔縮松、夾雜物等)在拉應力的作用下擴展引起的;另一部分是在生產過程中因組織的不均勻或變形不均勻引起的,可以說裂紋是由冶金缺陷或是后續的加工工藝引起的。在不銹鋼管冷軋過程中,冷軋變形量過大或進給量過大,均有可能會產生裂紋缺陷。如果冷軋變形量大,會不同程度地出現縱向裂紋;如果進給量過大,會使管材形成橫向裂紋或像斷裂試樣縮頸那樣的波紋。此外,如果管坯壁厚不均勻、管坯表面質量差,也會在冷軋過程中產生裂紋。但從壁厚測量結果和管材宏觀裂紋形貌來看,鈦管的裂紋不是由于管坯壁厚不均或冷軋工藝引起的。

 

 浙江宏盛特鋼有限公司研究人員,通過光學金相觀察和顯微硬度測量結果表明,在不銹鋼管開裂區域附近發現有未變形的等軸α組織,未變形等軸α組織強度高、塑性差,在冷軋變形過程中不容易變形。掃描電鏡觀察結果與金相觀察結果一致,硬等軸α組織塑性差,在變形后呈解理斷裂特征,能譜分析結果排除了金屬夾雜的可能性。可以判斷出,出現裂紋的主要原因是在材料中存在有硬脆α相,即存在硬α夾雜。

 

  硬α相夾雜又稱低密度夾雜,它是由氮等α相穩定元素局部富集且與鈦形成氮化物和氧化物而引起的,硬α相夾雜屬于一種冶金缺陷,其形貌為亮條或亮塊,并伴隨著材料的不連續性。硬α相夾雜具有高的硬度、脆性,盡管體積僅有幾個立方毫米,卻形成了后續壓力加工或成品使用過程中的斷裂源,鈦鑄錠在進行鍛造等后續變形加工時,存在的硬α相夾雜的區域極易在變形過程中被壓裂,從而形成疏松、裂紋、空洞等缺陷。由于氮是間隙元素,它們的大量增加會使相的晶格嚴重畸變,產生強化作用。因此,金相中觀察到的發亮的不連續硬α組織的顯微硬度顯著高于基體的。氮間隙元素在強化α相的同時也嚴重降低了α相的塑性和斷裂韌性,使硬α組織以典型的脆性斷裂方式斷裂,掃描電鏡中微觀斷裂呈解理斷裂也證實了這一點。


 

  對于不銹鋼的鑄坯、鍛坯和成品,主要采用超聲波探測檢查產品有無缺陷,但超聲波探測在檢測硬α相夾雜方面有很大的局限性。鈦合金中存在α相的彈性各向異性和β相的高阻尼特性,另外不銹鋼密度與鈦基體相差不大,晶體與鈦基體共格,這些因素導致利用超聲波探測硬α相夾雜的準確度很低。實踐表明,除非伴隨有裂紋,否則用X射線和超聲波檢測難以檢測到,所以在純鈦管的生產過程中,鑄錠、棒坯、管坯階段可能都不會發現有裂紋或其他缺陷,且鍛造、斜軋穿孔都是在加熱狀態進行的,硬α相夾雜本身與基體結合的較好,在變形中被壓碎并被包裹,很難發現有裂紋和其它缺陷,而在冷軋階段,由于變形量大且是在常溫軋制的,硬α相夾雜變形困難,在加工過程中就產生了空穴、裂紋甚至被暴露到管材表面,從金相低倍組織可以明顯觀察到這一點。硬α相夾雜中氮的主要來源是不銹鋼及添入的廢料,或者是在制作自耗電極過程中焊接帶入、熔煉過程帶入的。熔煉過程中,不銹鋼壓制電極在等離子焊機或爐內焊接時密封不嚴或真空度不夠,熔煉結束脫錠時,冷卻時間較短,鑄錠溫度較高,均會造成鑄錠發生不同程度的氧化和氮化。硬α相缺陷中的氮化物、氧化物熔點高,不能靠熔化消除而只能靠熔解消除。因此,在不銹鋼管的生產過程中應預防硬α相缺陷的產生或盡早發現硬α相缺陷,以提高成品率。

 
 

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