黃 莉 宋錦柱(江蘇省產品質量監督研究院,江蘇南京 210007)
20鋼管套圈表面起泡原因分析
黃莉宋錦柱
(江蘇省產品質量監督研究院,江蘇南京210007)
采用直讀光譜分析、金相分析、掃描電子顯微分析等方法,對20鋼管不同起泡部位成分、金相組織、微觀形貌進行了分析,討論了鋼管起泡的原因。結果表明:因熱處理不當(包括加熱溫度偏高,或高溫停留時間太長等)使低熔點相在高溫奧氏體晶界偏聚,并形成過熱組織,是導致20鋼管起泡的主要原因。
20鋼管起泡過熱
某鋼管廠生產的20鋼管在車加工后出現內外表面起泡現象,為找出事故原因,避免類似情況發生,對鋼管起泡原因進行了分析。
圖1 鋼管樣品宏觀照片及金相鑲嵌試樣照片
圖2 表面有鍍層樣品內壁氣泡的宏觀形貌
圖3 表面無鍍層樣品外壁起泡的宏觀形貌
圖4 內壁一個起泡的顯微金相分析照片
樣品數量2只,見圖1;圖1為待分析鋼管樣品宏觀照片及金相鑲嵌試樣照片。鋼管牌號為20,鋼管規格:Φ50.8×9 mm鋼管生產工藝:由坯料Φ75mm管坯,經穿孔(溫度:1180-1220℃),冷拔成Φ50. 8×9的鋼管,成品去應力退火后,在車加工后出現內外表面起泡現象。圖2和圖3分別為鋼管內壁、外壁起泡宏觀照片。
分析方式、取樣位置及檢測方法見表1。
3.1直讀光譜成分分析結果見表2
圖5 圖4的局部放大照片
圖6 外壁表面一個起泡的顯微金相分析照片
圖7 圖6的局部放大照片
表1 分析方式、取樣位置及檢測方法
圖8 兩個樣品橫截面顯微金相分析照片
圖9 內壁一個起泡的掃描電鏡分析照片
表2 鋼管直讀光譜成分分析結果 單位:%
表2中為直讀光譜成分分析結果,可以看出表面有鍍層和無鍍層的樣品呈現同樣特征,從外壁到樣品壁厚中部,C元素的含量逐漸下降,從0.50%降至0.25%左右,而20鋼的C含量應在0.20%左右,明顯不符合20鋼的要求。其它元素成分則不隨磨削量增加而改變。
3.2金相分析
圖4和圖5是表面有鍍層樣品內壁表面一個起泡的顯微金相分析照片。由內壁起泡完全沿晶界(高溫奧氏體晶界)分離,晶界表現出明顯的弱化跡象。圖6和圖7是表面無鍍層樣品外壁表面一個起泡的顯微金相分析照片。外壁出現的起泡與內壁的起泡一樣,也是完全沿晶界(高溫奧氏體晶界)分離的,其晶界也表現出明顯的弱化跡象。
圖8(a-f)為兩個樣品橫截面,外壁、中部、內壁位置顯微金相分析照片,可以看出,晶粒不均勻,部分晶粒已經長大,存在魏氏組織。中部組織中鐵素體含量較高,呈網狀分布。而靠近內壁、外壁位置則不存在鐵素體組織,這也印證了成分分析中C含量分布的檢測結果。
3.3掃描電鏡分析
圖9(a-d)是表面有鍍層樣品內壁表面一個起泡的掃描電鏡分析照片。清晰可見起泡的兩端部(A處、C處)出現沿晶“液化”分離,從B處放大形貌可看出起泡的中部為沿晶分離,在掃描電鏡下發現管件的顯微組織中存在過熱組織。
(1)20#鋼管的內外壁起泡是完全沿晶界的,而且是沿著高溫奧氏體晶界發展的。(2)碳鋼材料高溫奧氏體晶界的弱化,通常與不當熱處理有關,包括加熱溫度偏高,或高溫停留時間太長等都會引起低熔點相在高溫奧氏體晶界的偏聚,而使晶界弱化。(3)從成分分析和金相分析結果看出,鋼管的內、外壁存在滲碳現象。(4)在掃描電鏡及金相顯微鏡下(觀察)發現鋼管材料存在過熱顯微組織,進一步證實材料的熱處理出現問題。
綜上所述,因熱處理不當(包括加熱溫度偏高,或高溫停留時間太長等)使低熔點相在高溫奧氏體晶界偏聚,并形成過熱組織,是導致20鋼管起泡的主要原因。
[1]李炯輝.金屬材料金相圖譜[M].北京:機械工業出版社,2006:317.
[2]屠海令.金屬材料理化測試全書[M].北京:化學工業出版社,2007: 35.