冷軋加工不銹鋼管表面出現(xiàn)裂紋分析及處理方案

   浙江至德鋼業(yè)有限公司通過宏觀檢查、金相分析、顯微硬度測量、掃描電鏡觀察，分析了不銹鋼管在冷軋過程中出現(xiàn)較嚴(yán)重裂紋的原因。分析表明，在不銹鋼管裂紋附近區(qū)域夾雜的不連續(xù)顆粒狀的硬α相是導(dǎo)致管材在冷軋過程中開裂的主要原因。不銹鋼具有密度小、強度高、耐熱、耐腐蝕等優(yōu)點，使得不銹鋼管在航空航天、石油化工、海水淡化、濱海電站等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。不銹鋼管可分為無縫管和有縫管。無縫管按加工方法又分為擠壓管、旋壓管、軋管、拉伸管或軋制—拉伸管；有縫管有焊接管或焊接—軋制管。盡管焊管有代替無縫管的趨勢，但像重要的化工裝置、航空液壓管路及火箭發(fā)動機燃料導(dǎo)管等，為保證安全，無縫管仍不能被焊管取代。在不銹鋼的加工中，冷軋無縫管的加工工序復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、加工難度大、成品率低，常見的缺陷主要有表面劃傷、管端開裂、外橢圓度大、內(nèi)表面擦傷、內(nèi)表面麻坑、環(huán)狀壓痕、壁厚不均、尺寸超差、表面裂紋、金屬或非金屬壓入、波浪、飛邊壓入等，各種缺陷產(chǎn)生的原因需結(jié)合具體材料、實際生產(chǎn)工藝、設(shè)備情況作具體分析。浙江不銹鋼管廠生產(chǎn)的不銹鋼管在成品軋制過程中局部出現(xiàn)了不同程度的裂紋缺陷，因此，至德鋼業(yè)通過宏觀檢查、掃描電鏡觀察、金相分析、顯微硬度測量等方法，分析裂紋產(chǎn)生的原因。

   試驗材料為不銹鋼管，成品管材規(guī)格為43mm×3mm。其工藝流程為：不銹鋼圓鋼→扒皮→加熱→鍛造→打定心孔→車皮→加熱→斜軋穿孔→表面處理→退火→二輥軋輥機冷軋→除油→真空退火→三輥軋輥機冷軋→除油→退火→精整→成品檢驗→切定尺→包裝。不銹鋼管深完畢后可以看出，鋼管軸向分布有縮孔狀裂口，并以裂口為中心擴展有多處裂紋，裂紋深入到鈦管內(nèi)壁，裂紋形貌有別于不銹鋼管生產(chǎn)中典型的縱向裂紋和橫向裂紋形狀。從管材內(nèi)表面看，有裂紋的區(qū)域明顯發(fā)亮，硬摩擦痕跡明顯，裂口處不光滑，且疑似有與管材基體不一樣的組織。可見，不銹鋼管橫斷面有顏色不同的區(qū)域，在試樣拋光態(tài)和腐蝕后都發(fā)現(xiàn)有發(fā)亮區(qū)域，裂紋是從發(fā)亮組織向周圍擴展的。通過實驗可以看出，沿軸向有非連續(xù)狀分布的大顆粒的發(fā)亮物，在低倍下觀察，如圖圖所示，可以看到發(fā)亮組織內(nèi)部不同程度的碎裂，有大量微裂紋存在，內(nèi)部變形流線不明顯；顏色較深的為形變組織，變形流線較明顯，形變組織沿軋制方向流動并包裹了發(fā)亮組織，可以觀察到在發(fā)亮組織與發(fā)暗組織之間形成了空穴，之后形變組織受擠壓又匯合在一起，但是匯合后仍有裂縫存在。在不銹鋼管冷軋過程中，管內(nèi)壁變形量較大，所以在軋制過程中，容易變形的組織流動大，大顆粒物不能被完全包裹而顯露在管內(nèi)壁。

   至德鋼業(yè)研究人員，在日常不銹鋼管生產(chǎn)過程中通過實驗可以看出，在材料中夾雜的未變形發(fā)亮大顆粒為等軸α組織或略有變形的等軸α組織，在等軸α組織和形變α組織之間存在有空穴和裂縫，也能觀察到界面結(jié)合較好的等軸α組織和形變α組織，說明在未變形或變形量不大時，等軸α組織和形變α組織是一體的，但是隨著變形量的增大，因夾雜物難以變形，使附近組織發(fā)生不均勻變形而出現(xiàn)了裂紋源并擴展，最后形成了嚴(yán)重的裂紋缺陷；在匯合后的形變α組織之間存在有縫隙，在等軸α組織中觀察到了穿晶型裂紋。浙江至德鋼業(yè)有限公司研究人員，通過宏觀檢查及光學(xué)金相觀察表明，在不銹鋼管裂紋附近區(qū)域存在有呈不連續(xù)分布的顆粒狀的未變形α相組織，且未變形α相組織的顯微硬度明顯高于基體組織的，是硬脆相。在掃描電鏡下觀察裂紋尖端部位，其微觀斷口特征為解理或準(zhǔn)解理斷裂形貌，不銹鋼管裂縫前沿為脆性斷裂。不銹鋼材料中的硬α相是導(dǎo)致管材在冷軋過程中開裂的主要原因，與冷軋工藝無關(guān)，屬于冶金缺陷。