鋼棒穿孔的質(zhì)量缺陷對不銹鋼管性能的影響有哪些

浙江至德鋼業(yè)有限公司從不銹鋼管缺陷附近取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，按照國家標(biāo)準(zhǔn)在德國公司生產(chǎn)的直讀光譜儀上進(jìn)行分析，雙方協(xié)議值及試樣實際化學(xué)成分如表所示。由表可見不銹鋼棒的化學(xué)成分控制完全滿足技術(shù)協(xié)議要求，從殘余元素分析，影響材料脆性的磷、硫、氧等元素含量控制較低，另銅、砷、錫等元素含量控制極低，因此不會產(chǎn)生晶界偏析造成晶間脆性斷裂，而影響軸承鋼棒的穿孔使用。

  在出現(xiàn)缺陷批次的不銹鋼棒上取樣進(jìn)行金相分析。將鋼棒切割后制備成橫向檢驗試樣，預(yù)磨、拋光后用4%（體積分?jǐn)?shù)）硝酸酒精溶液浸蝕，在金相顯微鏡下觀察。如圖所示，鋼棒基體顯微組織為片狀珠光體團(tuán)，組織形態(tài)與軋制的終軋溫度和軋后冷卻速率相關(guān)，為正常的軋后組織。不銹鋼棒材在軋制后的冷卻過程中往往會有網(wǎng)狀碳化物形成，對不銹鋼管的質(zhì)量和壽命產(chǎn)生影響。高溫終軋后，控制冷卻速率和終冷溫度可以達(dá)到控制網(wǎng)狀碳化物析出并得到珠光體的目的。不銹鋼管廠家采用轉(zhuǎn)爐＋連鑄（350ｍｍ×470ｍｍ）＋800連軋機(jī)生產(chǎn)70ｍｍ軸承鋼，終軋溫度為880℃，通過控制冷卻抑制了網(wǎng)狀碳化物的析出，得到了理想的軋后組織。

  將存在缺陷的不銹鋼管切割后制成金相試樣，觀察不銹鋼管內(nèi)壁及內(nèi)裂紋根部處的顯微組織。如圖所示，熱穿孔不銹鋼管內(nèi)壁脫碳與內(nèi)裂紋根部脫碳程度相當(dāng)，這表明鋼管內(nèi)壁缺陷與穿孔內(nèi)壁的形成是伴生的，內(nèi)翹皮“裂紋”缺陷是在穿孔過程中產(chǎn)生的。對缺陷試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行夾雜物評級，夾雜物分布均勻、尺寸細(xì)小，鋼棒純凈度優(yōu)良，完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。采用掃描電鏡附帶的能譜議對缺陷處進(jìn)行微區(qū)成分分析，結(jié)果如圖所示。由表可見缺陷附近富集氧、鐵元素，同時含有少量的鉻元素，表明缺陷邊緣已經(jīng)被氧化，含有鉻與軸承鋼成分特點相關(guān)，說明內(nèi)翹皮缺陷在穿孔初期就已經(jīng)形成。

  化學(xué)成分分析、金相分析及能譜分析結(jié)果表明，軸承鋼管內(nèi)翹皮缺陷是由于鋼棒內(nèi)部質(zhì)量問題產(chǎn)生的。70ｍｍ不銹鋼棒經(jīng)過穿孔后，在內(nèi)壁出現(xiàn)長條狀鼓泡及線狀裂紋，說明鋼材內(nèi)部可能存在缺陷。超聲檢測是工業(yè)上無損檢測的方法之一，超聲波能顯示工件內(nèi)部缺陷的位置和大小。將出現(xiàn)缺陷批次的鋼棒進(jìn)行超聲檢測，采用手提便攜式探傷儀，純凈水做耦合劑，參照國標(biāo)中Ａ級探傷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲檢測。試驗過程中發(fā)現(xiàn)部分鋼棒存在嚴(yán)重的傷波，且傷波具有一定的連續(xù)性，間隔一段無周期性出現(xiàn)，波形如圖。傷波出現(xiàn)在始脈沖與底波的中間，周向移動缺陷波高寬度會有變化，較密集，回波顯示較敏銳。探傷儀顯示缺陷分布在鋼棒接近心部的位置。檢測同深度不同寬度的裂紋，定位完全相同，波幅與裂紋不完全成線形關(guān)系。為了確定缺陷的宏觀形態(tài)，在傷波處取低倍試片進(jìn)行低倍檢驗。由圖可見，與傷波對應(yīng)較明顯的鋼棒缺陷是較嚴(yán)重的中心疏松。

  中心疏松富集氣體、低熔點雜質(zhì)、偏析組元，嚴(yán)重的中心疏松會影響鋼的橫向塑性和韌性指標(biāo)，且有時在加工過程中出現(xiàn)內(nèi)裂。試驗鋼棒低倍試片上的中心疏松較為嚴(yán)重，按照國家標(biāo)準(zhǔn)評定為2.5級。由于中心疏松處材料強(qiáng)度較低，塑性較差，在熱穿孔變形過程中撕裂延展，宏觀表現(xiàn)為內(nèi)翹皮缺陷遺傳在軸承鋼管內(nèi)壁。根據(jù)超聲檢測結(jié)果，將有傷波的不銹鋼棒與其他批次不銹鋼棒再次進(jìn)行穿孔工藝對比試驗。試驗結(jié)果表明，有傷波的不銹鋼棒穿孔后出現(xiàn)類似的內(nèi)翹皮缺陷，且缺陷形態(tài)和比例對應(yīng)性明顯。由此可見，通過超聲波檢測分選可以避免缺陷的產(chǎn)生。不銹鋼管穿孔內(nèi)翹皮缺陷是鋼棒嚴(yán)重的中心疏松缺陷在熱穿孔過程中撕裂延展而產(chǎn)生的。采用超聲探傷檢測可以提前發(fā)現(xiàn)缺陷，避免存在缺陷的不銹鋼棒進(jìn)入穿管工序。