304焊接鋼管壓扁試驗開裂原因分析     DATE: 2019-03-20 09:38

304焊接鋼管檢驗壓扁工藝性能時,試樣出現了開裂現象.經檢驗.鋼管的化學成分和力學性能符合標準要求,斷口掃描電鏡分析和金相分析發現有大世縱向分布的氏條狀硫化物夾雜,鋼管焊接時發生熱脹冷縮,由于硫化物的熱膨脹系數與基體不同,長條狀的硫化物夾雜與繁體界面產生了顯馓裂紋,在外力作用下引起應力集中,使鋼管壓扁試驗時開裂,大量縱向分布的長條狀硫化物夾雜是引起鋼管壓扁試驗開裂的原因。
 
低壓流體輸送用304焊接鋼管也稱焊管,是用于輸送水、煤氣、油和取暖蒸汽等一般較低壓力流體的304焊接鋼管,鋼管必須符合GB/T 3091- 2008的要求,按照GB/T 3091-2008規定,外徑大于60.3的電阻焊鋼管應進行壓扁試驗,壓扁試樣的長度應不小于64mm,兩個試樣的焊縫應分別位于與施力方向成90°和0°位迸,試驗時,當兩平板間距離為鋼管外徑的2/3時,焊縫處不允許出現裂縫或裂口.某工廠生產的直徑為88.9mm的304焊接鋼管,進行壓扁試驗,當壓至兩平板間距離為鋼管外徑的2/3時,焊縫位置發生開裂,如圖1所示.本文通過對鋼管的材質和力學檢驗,以及顯微組織、夾雜物和斷口分析,探討了該304焊接鋼管壓扁試驗發生開裂的原因.
 
分析與討論
 
    樣品的材質和力學性能均符合標準的要求.樣品的斷口為木紋狀層狀斷口,斷口表面有很多縱向排列的裂紋,經分析,該處有大量縱向分布的條狀硫化物夾雜,硫化物夾雜非常嚴重.硫化物夾雜屬內生夾雜,是鋼在液態及凝固過程中由鋼中Fe及其它元素與S化學反應所形成的,當鋼液凝固時來不及上浮而嵌入鋼中各種硫化物,主要為FeS、MnS及兩者的凼熔體.硫化物夾雜具有良好的塑性,屬塑性夾雜,軋制時它的變形指數接近于1,經軋制后沿軋制方向與金屬基體一起變形,延伸而變成條帶狀、紡錘狀或線段狀,是造成鋼板性能各向異性的重要原因.
 
    鋼管焊接后,在靠近焊縫和熱影響區的位置發生了熱脹冷縮,由于硫化物的熱膨脹系數與基體不同,在熱脹冷縮的作用下,長條狀的硫化物夾雜與基體界面產生了顯微裂紋,每一個細長的硫化物夾雜都是一個微裂紋源,使鋼管在較小載衙作用下,便以夾雜物為裂紋源產生應力集中,當這個應力增大到一定數值時。隨即在裂紋源處萌生裂紋,這使鋼管的橫向性能嚴重降低,鋼管進行壓扁試驗時,鋼管主要受橫向應力的作用,發生橫向變形,硫化物夾雜產生的微裂紋逐漸長大,直至發展成沿鋼管縱向的宏觀小裂口,隨著變形的增大,最后鋼管開裂.
 
結論與改進措施
 
    由于鋼中存在大量縱向長條狀分布的硫化物夾雜,鋼管焊接后,在熱脹冷縮的作用下,長條狀的硫化物夾雜與基體界面產生了顯微裂紋,破壞了鋼管基體的連續性,在外力作用下引起應力集中,使裂紋萌生,隨著變形的增大,最后鋼管開裂.這些縱向分布的長條狀硫化物夾雜,是造成鋼管壓扁試驗不合格的主要原因,
 
    控制鋼中硫化物夾雜是改進鋼管壓扁工藝性能的有效措施.硫化物夾雜的控制主要指控制鋼中硫含量和確保軋制后硫化物成球狀.鋼水爐外精煉脫硫的方法比較多,最常用的是合成渣法吹氬攪拌.改變硫化物夾雜物形態最主要的方法是在出鋼過程中,在鋼包內加入某些元素,如Ca和Re,使所形成的新硫化物比原來的MnS熔點更高,熱力學性質更穩定,加工過程不變形,這是一種提高鋼材力學性能和減輕各向異性的有效方法。