摘 要 利用化学分析、金相组织、夹杂物检验,对裂纹产生原因进行了分析,结果表明裂纹产生的主要原因是夹杂物严重所致。
关键词 裂纹 外来夹杂 无缝钢管
1 前言
我公司购进某厂生产的一批高压锅炉用无缝钢管20G,外径152mm,壁厚20mm。在高温加热弯制成水冷件的配件的过程中发现钢管内壁表面多处出现裂纹。通过对钢管进行化学分析及金相组织、夹杂物的检验,来分析裂纹产生的原因。
2 检验结果(按高压锅炉用无缝钢管GB5310 -1995进行检验) 。
2. 1 化学成分
对比表1实测值与标准值之间的差值,可明显看到S的含量超标。
2. 2 表面酸洗
取钢管横截面试样于1: 1的工业盐酸水溶液中进行热浸蚀,表面酸洗后发现钢管内壁裂纹清晰可见(图1) ,且有大量的外来夹杂物(图2) 。
2. 3 金相检验
2. 3. 1 夹杂物
1)取钢管纵截面金相试样经磨制、抛光后未经浸蚀在显微镜下观察,发现试样整个面上的内生夹杂物(图3、4)和外来夹杂物(图5)数量多、分布面广,根据夹杂物标准GB10561中的JK系列评级图对比评定内生夹杂物的级别为: A类1. 0级B类2. 5级C类3. 5级D类0. 5级。而根据20G钢管的非金属夹杂物GB5310 - 1995标准要求,其A、B、C、D各类夹杂物级别不大于2. 5级,按此标准判定此钢管中的夹杂物已经超标,且外来夹杂物是不允许存在的。
2)裂纹内有大量的氧化铁夹杂,裂纹两侧脱碳严重且有大量的高温氧化产物(图6) 。
2. 3. 2 金相组织
取制作好的横截面试样,用2%的硝酸酒精浸蚀。钢管在检验组织时出现二种组织,一种为热轧组织: F + P +W (多) ,魏氏组织比较严重(图7) ;另一种为混合组织( F + P +B粒) (图8) 。
3 结果讨论
1)钢管的化学成分基本正常,但S含量明显偏高。硫是有害元素,热加工时易产生热脆,可能对裂纹的产生和扩展有影响。
2)低倍检验和夹杂物检验的结果都证明了钢管的冶金质量差,非金属夹杂物非常严重,对钢管的各项性能的破坏作用也大。尤其是不允许存在的大颗粒外来夹杂物,不能与基体发生相应变形,与基体界面脱开,这样就破坏了金属基体的连续性,因此它的存在对钢管的各项性能起到非常大的破坏作用。
3)钢管中组织为混合组织,易产生组织应力,同时大量魏氏组织的存在,降低了钢管的冲击韧性、断面收缩率,产生较大脆性,均对裂纹的产生和扩展有影响;虽然钢管在弯制过程中,经过了去应力退火,但不会发生相变,也就不会发生氧化、开裂,所以,裂纹应该是在热加工前形成,且裂纹的形成应与钢管的纯净度差有密切的关系。钢管中存在数量多、分布面广的外来夹杂物和内生夹杂物,当钢管在加工过程中承受一定的压力时,在夹杂物周围易产生应力集中,且夹杂物与钢管的基体组织不一致,非金属夹杂物与钢管基体剥离或夹杂物破裂形成微孔或微裂纹,造成金属间的不连续性,容易形成裂纹。
4 结论
裂纹与钢的化学成分、钢中夹杂物的数量多且分布面广及魏氏组织均有一定的关系,但最主要的原因可能还是分布面广、数量多的内生夹杂和外来夹杂物所致。 |
