SUS304不锈钢焊管起皮缺陷分析

岳好明 陈茂敬 宋 敏

(1. 山东泰山钢铁集团研究所，山东271100；2. 山东泰山钢铁集团不锈钢厂，山东271100)

SUS304不锈钢具有优良的耐腐蚀性能和焊接性能，其焊管广泛应用于液体输送用管、饮用水管、食品卫生用管等领域。某公司使用SUS304不锈钢热轧板弯曲成型制成焊管，后经酸洗、打磨，外表面出现了类似鱼鳞鳞片状的起皮缺陷。针对这一现象，从起皮焊管宏观形态、化学成分、金相组织、扫描电镜微区分析等方面入手进行了详细分析，总结出缺陷形成原因。

1 试验方法

①观察、分析鱼鳞状起皮缺陷的宏观形态特征。

②截取小块试样，利用光电直读光谱仪分析焊管化学成分，并与GB/T4237—2007《不锈钢热轧钢板和钢带》进行对比分析。

③在起皮缺陷明显的部位截取纵向试样和横向试样，评定非金属夹杂物级别，观察金相组织及缺陷部位微观形态特征，分析缺陷与组织状态的关系。非金属夹杂物评级和金相组织观察分别参照GB10561—2005《钢中非金属夹杂物显微评定方法》和GB/T13298—1991《金属显微组织检验方法》。

④利用XL-30扫描电子显微镜进行微区分析。

2 试验结果

2.1 起皮焊管宏观形态特征

图1所示为304不锈钢焊管起皮缺陷宏观形态特征。可以看出，起皮缺陷类似鱼鳞鳞片，沿卷管方向张开，并有部分区域已经脱落。用磁铁检测发现焊管具有微磁性。

图1 焊管起皮缺陷部位宏观形貌Figure 1 The appearance for peeling defect of the welded pipe

2.2 化学成分分析

表1是304焊管化学成分实测值与国家标准对照表。结果显示，各化学元素含量均在国家标准规定的范围内，S、P等杂质元素含量较低，成分控制符合要求。

表1 304焊管化学成分与标准对照表(质量分数，%)Table 1 The chemical composition comparisonTable between the 304 welded pipe and standard(mass fraction, %)

2.3 金相分析

(1)非金属夹杂物评级

表2 夹杂物评级表Table 2 The grade chart of inclusions

由图2和表2可知，非金属夹杂物以A类和C类为主。其中A类硫化物夹杂物为1.0级，C类硅酸盐非金属夹杂物为1.5级，其余均为0.5级。夹杂物级别不高，对材料性能影响不大。

(2)起皮缺陷及正常基体部位金相分析

图3a、图3b显示，焊管内外表面均呈破碎状，有明显的沿晶开裂倾向，最深达200 μm左右；图3c为腐蚀后裂纹与基体过渡区的微观形貌，进一步证实焊管表面裂纹确为沿晶分布，且发现尚未开裂的奥氏体晶界上存在较多的颗粒状第二相；远离焊管表面的中心部位组织为奥氏体+沿晶析出相，奥氏体晶界较平直，如图3d所示。

2.4 扫描电镜分析

图4所示为奥氏体晶界析出相扫描电镜图片。经微区能谱分析，其成分主要是C、Cr、Fe、Ni，含量分别为9.95%、16.76%、65.77%、7.51%。该晶界析出相应为(Cr、Fe)23C6。

3 分析讨论

通过金相分析发现，焊管内外表面均存在明显的沿晶破碎区，最深达200 μm左右，尚未开裂的奥氏体晶界上有大量的颗粒状析出相；通过扫描电镜微区能谱分析，其颗粒状析出相主要为(Cr、Fe)23C6。

SUS304不锈钢热轧板卷板温度一般在860℃以上，卷板后将缓慢通过400～850℃这段Cr碳化物析出敏感温度区间，析出的Cr碳化物沿奥氏体晶界分布，造成晶界附近贫Cr，增大了晶间腐蚀倾向[1]。

在后续使用过程中，为消除晶间腐蚀，必须先进行1 050℃固溶处理，使Cr碳化物固溶于奥氏体基体内。但经调查，该公司在使用304不锈钢热轧板制作焊管时，未经固溶处理，直接进行酸洗、打磨，后出现鱼鳞状起皮缺陷

(a)硫化物夹杂物 200×(b)硅酸盐类夹杂物 200×图2 夹杂物形貌Figure 2 The appearance of inclusions

(a)腐蚀前焊管外表面破碎区形貌 200×(b)腐蚀前焊管内表面破碎区形貌 200×

(c)表面沿晶裂纹与基体过渡区形貌1000×(d)正常基体部位金相组织1000×图3 起皮缺陷及正常基体部位金相组织图片Figure 3 The metallurgical structure pictures of peeling defect and normal region

图4 晶界析出相扫描电镜图片Figure 4 The scanning electron microscope image of grain boundary precipitates

。

因此，可以断定产生鱼鳞状起皮缺陷的原因是：制管后未经固溶处理直接进行酸洗，产生了晶间腐蚀裂纹，而后在焊管表面拉应力和磨削应力的共同作用下，产生了鱼鳞状起皮缺陷。

4 结论

SUS304不锈钢焊管产生鱼鳞状起皮缺陷的原因是：制作焊管后，没有进行固溶处理，酸洗时奥氏体晶界Cr碳化物引起晶间腐蚀裂纹，而后在焊管表面拉应力和磨削应力的共同作用下产生鱼鳞状起皮缺陷。

[1] 陆世英.不锈钢概论[M].北京：中国科学技术出版社.