無縫鋼管開裂中帶狀組織的影響

文章從無縫鋼管的帶狀組織著手研究，分析無縫鋼管開裂中帶狀組織對其的危害。由實驗數據可知，帶狀組織的存在促進無縫鋼管的開裂，當帶狀組織評級達到2級以上時明顯加劇無縫鋼管的開裂。

無縫鋼管以其韌性好、質量輕、耐腐蝕的顯著優點廣泛應用于制造結構件以及機械零件、輸送管道、建筑行業等，因此對無縫鋼管的生產質量要有嚴格的把關以及要求。盡管無縫鋼管生產技術一直在完善，也越來越成熟，但是在鋼管的制造以及使用的過程中仍然存在某些質量問題，其中無縫鋼管的開裂成為了質量問題之一。

無縫鋼管迅速發展的這些年來，國內相關的許多學者針對無縫鋼管開裂的原因做了大量研究。劉寶國等人針對27SiMn無縫鋼管開裂，從多方面入手（化學成分檢測、金相顯微鏡、掃描電鏡）研究開裂成因，同時針對成因研究出相應的預防、改進措施，吳世強等人針對冷拔工藝生產的無縫鋼管出現裂紋進行了研究與分析。本文從金相組織中的帶狀組織方向著手分析其對無縫鋼管開裂的影響，這對避免無縫鋼管開裂提高無縫鋼管質量有非常重要的意義。

一、帶狀組織形成

金屬材料在成為型材之前，多數要經過壓力加工。但是經過壓力加工后的金屬很容易出現帶狀組織即珠光體和鐵素體呈帶狀分布的組織，這種帶狀組織的形成多數是沿著壓力加工的方向。這種形態組織的產生對無縫鋼管的性能產生負面的影響，尤其是鋼管的力學性能，如其會使鋼管的韌性降低、斷面收縮率下降等，因此這種帶狀組織是一種不良的金相組織形態。

二、帶狀組織檢測方法與評定

為了研究帶狀組織對無縫鋼管開裂的影響，在實際的無縫鋼管生產以及檢驗中對帶狀組織進行評級，利用級別的大小更精準地分析其對無縫鋼管開裂的影響程度。在鋼管開裂處切試樣，在金相顯微鏡觀察試樣之前，要對試樣進行磨削、拋光以及硝酸酒精腐蝕，經過這一系列的操作之后帶狀組織才能清晰地顯現出來，將取得試樣所觀察到的帶狀組織與標準評級圖進行比較，判定試樣的帶狀組織級別。根據GB/T13299-1991，對帶狀組織評定的原則說明為：“要按照增加的鐵素體含量，并通過考慮視野中，連續性的程度和變形鐵素體晶粒數”。

本次實驗中帶狀組織的評級如表1所示，無縫鋼管的碳含量不同時，評級的系列不同（A系列、B系列、C系列），每個系列的帶狀組織根據帶狀形態的明顯程度又分成了6個級別（0級-5級），其中5級對無縫鋼管的危害最大。

三、無縫鋼管開裂中帶狀組織的影響

（1）材料為45鋼的無縫鋼管在鋼管表面沿軸線出現的裂紋，開裂無縫鋼管如圖1所示。

在開裂的無縫鋼管開裂處利用線切割取實驗試樣，之所以利用線切割，是由于線切割溫度低，不會影響鋼管的金相組織的變化，將取下的試樣經過磨削、拋光、腐蝕后，利用金相顯微鏡進行觀察，結果發現金相組織呈明顯的條帶狀分布，根據GB/T13299-91，此無縫鋼管的帶狀組織為C系列4級，具體金相組織形態如圖2所示。

（2）材料為20鋼的無縫鋼管，其在生產過程中擴口工藝時開裂，其開裂情況如圖3所示。在無縫鋼管開裂處截取試樣，經過一系列處理（磨削、拋光、腐蝕等）后通過金相顯微鏡觀察其金相組織。此無縫鋼管的金相組織呈很嚴重的條帶形狀，根據GB/T13299-91，此帶狀組織為B系列5級，具體金相組織如圖4所示。

（3）材料為Q235B的無縫鋼管，宏觀形貌如圖5所示。

在無縫鋼管開裂處截取試樣，經過一系列處理（磨削、拋光、腐蝕等）后通過金相顯微鏡觀察其金相組織。金相組織呈明顯的條帶形狀，根據GB/T13299-91，帶狀組織為A系列4級，具體金相組織如圖6所示。

本次實驗分析了40開裂的無縫鋼管，對這些無縫鋼管依次進行實驗分析，評定帶狀組織的級別，最終進行實驗數據總結，帶狀組織級別和數量之間的分析結果如表2、圖7所示。由此可總結出帶狀組織對無縫鋼管開裂是有影響的，當帶狀組織評級達到2級以上的時候，無縫鋼管開裂的數量驟然增多，由此說明，帶狀組織雖然是一種缺陷組織，但是其存在并不一定能引起無縫鋼管開裂，只有當帶狀組織達到一定級別的時候，才對無縫鋼管開裂有著重要的影響，促進無縫鋼管的開裂。因此，在無縫鋼管生產過程中應該對帶狀組織進行檢測，并且控制在一定的級別內，避免其促進無縫鋼管開裂。圖8中分別展示了當帶狀組織評為1級、3級、4級、5級時的金相組織形態。帶狀組織的出現會影響無縫鋼的的力學性能，特別是降低了鋼管的橫截面的塑性和韌性，而力學性能的異常促進了無縫鋼管的開裂，此次實驗結果為無縫鋼管的質量檢測提供參考依據。

四、結論

在對無縫鋼管進行金相組織檢測時，當帶狀組織評定達到2級以上時，無縫鋼管開裂的數量驟然增多，由此說明，帶狀組織雖然是一種缺陷組織，其存在并不一定引起無縫鋼管開裂，只有當達到2級以上時會促進鋼管開裂，因此在無縫鋼管成品之前消除帶狀組織或者將帶狀組織控制在一定級別是非常必要的。