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，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)進行夾雜物評級，夾雜物分布均勻、尺寸細小，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入穿管工序。