無(wú)縫鋼管開(kāi)裂中帶狀組織的影響

文章從無(wú)縫鋼管的帶狀組織著手研究，分析無(wú)縫鋼管開(kāi)裂中帶狀組織對(duì)其的危害。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，帶狀組織的存在促進(jìn)無(wú)縫鋼管的開(kāi)裂，當(dāng)帶狀組織評(píng)級(jí)達(dá)到2級(jí)以上時(shí)明顯加劇無(wú)縫鋼管的開(kāi)裂。

無(wú)縫鋼管以其韌性好、質(zhì)量輕、耐腐蝕的顯著優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于制造結(jié)構(gòu)件以及機(jī)械零件、輸送管道、建筑行業(yè)等，因此對(duì)無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)質(zhì)量要有嚴(yán)格的把關(guān)以及要求。盡管無(wú)縫鋼管生產(chǎn)技術(shù)一直在完善，也越來(lái)越成熟，但是在鋼管的制造以及使用的過(guò)程中仍然存在某些質(zhì)量問(wèn)題，其中無(wú)縫鋼管的開(kāi)裂成為了質(zhì)量問(wèn)題之一。

無(wú)縫鋼管迅速發(fā)展的這些年來(lái)，國(guó)內(nèi)相關(guān)的許多學(xué)者針對(duì)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂的原因做了大量研究。劉寶國(guó)等人針對(duì)27SiMn無(wú)縫鋼管開(kāi)裂，從多方面入手（化學(xué)成分檢測(cè)、金相顯微鏡、掃描電鏡）研究開(kāi)裂成因，同時(shí)針對(duì)成因研究出相應(yīng)的預(yù)防、改進(jìn)措施，吳世強(qiáng)等人針對(duì)冷拔工藝生產(chǎn)的無(wú)縫鋼管出現(xiàn)裂紋進(jìn)行了研究與分析。本文從金相組織中的帶狀組織方向著手分析其對(duì)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂的影響，這對(duì)避免無(wú)縫鋼管開(kāi)裂提高無(wú)縫鋼管質(zhì)量有非常重要的意義。

一、帶狀組織形成

金屬材料在成為型材之前，多數(shù)要經(jīng)過(guò)壓力加工。但是經(jīng)過(guò)壓力加工后的金屬很容易出現(xiàn)帶狀組織即珠光體和鐵素體呈帶狀分布的組織，這種帶狀組織的形成多數(shù)是沿著壓力加工的方向。這種形態(tài)組織的產(chǎn)生對(duì)無(wú)縫鋼管的性能產(chǎn)生負(fù)面的影響，尤其是鋼管的力學(xué)性能，如其會(huì)使鋼管的韌性降低、斷面收縮率下降等，因此這種帶狀組織是一種不良的金相組織形態(tài)。

二、帶狀組織檢測(cè)方法與評(píng)定

為了研究帶狀組織對(duì)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂的影響，在實(shí)際的無(wú)縫鋼管生產(chǎn)以及檢驗(yàn)中對(duì)帶狀組織進(jìn)行評(píng)級(jí)，利用級(jí)別的大小更精準(zhǔn)地分析其對(duì)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂的影響程度。在鋼管開(kāi)裂處切試樣，在金相顯微鏡觀察試樣之前，要對(duì)試樣進(jìn)行磨削、拋光以及硝酸酒精腐蝕，經(jīng)過(guò)這一系列的操作之后帶狀組織才能清晰地顯現(xiàn)出來(lái)，將取得試樣所觀察到的帶狀組織與標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖進(jìn)行比較，判定試樣的帶狀組織級(jí)別。根據(jù)GB/T13299-1991，對(duì)帶狀組織評(píng)定的原則說(shuō)明為：“要按照增加的鐵素體含量，并通過(guò)考慮視野中，連續(xù)性的程度和變形鐵素體晶粒數(shù)”。

本次實(shí)驗(yàn)中帶狀組織的評(píng)級(jí)如表1所示，無(wú)縫鋼管的碳含量不同時(shí)，評(píng)級(jí)的系列不同（A系列、B系列、C系列），每個(gè)系列的帶狀組織根據(jù)帶狀形態(tài)的明顯程度又分成了6個(gè)級(jí)別（0級(jí)-5級(jí)），其中5級(jí)對(duì)無(wú)縫鋼管的危害最大。

三、無(wú)縫鋼管開(kāi)裂中帶狀組織的影響

（1）材料為45鋼的無(wú)縫鋼管在鋼管表面沿軸線出現(xiàn)的裂紋，開(kāi)裂無(wú)縫鋼管如圖1所示。

在開(kāi)裂的無(wú)縫鋼管開(kāi)裂處利用線切割取實(shí)驗(yàn)試樣，之所以利用線切割，是由于線切割溫度低，不會(huì)影響鋼管的金相組織的變化，將取下的試樣經(jīng)過(guò)磨削、拋光、腐蝕后，利用金相顯微鏡進(jìn)行觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)金相組織呈明顯的條帶狀分布，根據(jù)GB/T13299-91，此無(wú)縫鋼管的帶狀組織為C系列4級(jí)，具體金相組織形態(tài)如圖2所示。

（2）材料為20鋼的無(wú)縫鋼管，其在生產(chǎn)過(guò)程中擴(kuò)口工藝時(shí)開(kāi)裂，其開(kāi)裂情況如圖3所示。在無(wú)縫鋼管開(kāi)裂處截取試樣，經(jīng)過(guò)一系列處理（磨削、拋光、腐蝕等）后通過(guò)金相顯微鏡觀察其金相組織。此無(wú)縫鋼管的金相組織呈很?chē)?yán)重的條帶形狀，根據(jù)GB/T13299-91，此帶狀組織為B系列5級(jí)，具體金相組織如圖4所示。

（3）材料為Q235B的無(wú)縫鋼管，宏觀形貌如圖5所示。

在無(wú)縫鋼管開(kāi)裂處截取試樣，經(jīng)過(guò)一系列處理（磨削、拋光、腐蝕等）后通過(guò)金相顯微鏡觀察其金相組織。金相組織呈明顯的條帶形狀，根據(jù)GB/T13299-91，帶狀組織為A系列4級(jí)，具體金相組織如圖6所示。

本次實(shí)驗(yàn)分析了40開(kāi)裂的無(wú)縫鋼管，對(duì)這些無(wú)縫鋼管依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，評(píng)定帶狀組織的級(jí)別，最終進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)，帶狀組織級(jí)別和數(shù)量之間的分析結(jié)果如表2、圖7所示。由此可總結(jié)出帶狀組織對(duì)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂是有影響的，當(dāng)帶狀組織評(píng)級(jí)達(dá)到2級(jí)以上的時(shí)候，無(wú)縫鋼管開(kāi)裂的數(shù)量驟然增多，由此說(shuō)明，帶狀組織雖然是一種缺陷組織，但是其存在并不一定能引起無(wú)縫鋼管開(kāi)裂，只有當(dāng)帶狀組織達(dá)到一定級(jí)別的時(shí)候，才對(duì)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂有著重要的影響，促進(jìn)無(wú)縫鋼管的開(kāi)裂。因此，在無(wú)縫鋼管生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該對(duì)帶狀組織進(jìn)行檢測(cè)，并且控制在一定的級(jí)別內(nèi)，避免其促進(jìn)無(wú)縫鋼管開(kāi)裂。圖8中分別展示了當(dāng)帶狀組織評(píng)為1級(jí)、3級(jí)、4級(jí)、5級(jí)時(shí)的金相組織形態(tài)。帶狀組織的出現(xiàn)會(huì)影響無(wú)縫鋼的的力學(xué)性能，特別是降低了鋼管的橫截面的塑性和韌性，而力學(xué)性能的異常促進(jìn)了無(wú)縫鋼管的開(kāi)裂，此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果為無(wú)縫鋼管的質(zhì)量檢測(cè)提供參考依據(jù)。

四、結(jié)論

在對(duì)無(wú)縫鋼管進(jìn)行金相組織檢測(cè)時(shí)，當(dāng)帶狀組織評(píng)定達(dá)到2級(jí)以上時(shí)，無(wú)縫鋼管開(kāi)裂的數(shù)量驟然增多，由此說(shuō)明，帶狀組織雖然是一種缺陷組織，其存在并不一定引起無(wú)縫鋼管開(kāi)裂，只有當(dāng)達(dá)到2級(jí)以上時(shí)會(huì)促進(jìn)鋼管開(kāi)裂，因此在無(wú)縫鋼管成品之前消除帶狀組織或者將帶狀組織控制在一定級(jí)別是非常必要的。