J4(CrM nN)系热轧不锈钢焊管开裂原因分析及解决措施

张 爽

(山东泰山钢铁集团有限公司，山东 271100)

J4(CrM nN)系热轧不锈钢焊管开裂原因分析及解决措施

张 爽

(山东泰山钢铁集团有限公司，山东 271100)

针对J4(CrMnN)系列热轧黑皮卷在卷管过程中出现的开裂现象，对开裂样品进行了宏观分析、金相组织分析和热处理试验。分析结果表明，焊管开裂的主要原因是材料未经过固溶处理，沿晶界析出大量的碳化物，致使材料的塑性降低，在卷管的残余应力作用下出现了沿晶界开裂。并提出了相应的解决措施。

焊管;开裂;碳化物;热处理

某公司生产的规格为7.5 mm×1 520 mm的J4(CrMnN)系列热轧黑皮卷在进行卷管生产过程中(卷管直径为205 mm)，沿卷管轴向出现了开裂现象。针对开裂现象，对开裂焊管的宏观形貌、金相组织、热处理试验等方面进行了详细的分析，总结出缺陷产生的原因，并提出了相应的解决措施。

1 试验方法

用SPECRTOLAB M9型直读光谱仪测定材料的实际化学成分;观察、分析开裂焊管的宏观形态特征，并采集宏观形貌图片;磨制金相试样，评定非金属夹杂物级别，观察显微组织状态;对材料进行不同温度的热处理试验，观察不同热处理温度下显微组织状态。

2 试验结果

2.1 化学成分实测值

化学成分实测值见表1。

2.2 宏观分析

如图1所示，裂纹沿焊管轴向开裂，在焊管口端面存在许多微小裂纹。

表1 J4(CrMnN)系焊管化学成分实测值(质量分数，%)Table 1 Chem ical com position actual value of J4 series(CrM nN)welded pipe(mass fraction，%)

2.3 金相组织分析

如图2、表2所示，非金属夹杂物主要以C类为主，最高2.0级。如图3所示，基体组织为奥氏体，碳化物沿晶界析出严重，材料处于严重敏化状态。

对焊管口端面的裂纹试样进行金相组织分析，由图4所示，裂纹均沿着晶界开裂。

2.4 热处理试验

为了解J4(CrMnN)系奥氏体不锈钢碳化物的固溶温度，进行了一组热处理试验。截取五块试样，分别进行 820℃、840℃、860℃、880℃、900℃保温1 h的水淬热处理试验。具体的试验结果见图5。

由图5可见，此J4(CrMnN)系奥氏体不锈钢在880℃时，碳化物明显减少，在900℃时，碳化物固溶情况良好，基本消失。

表2 非金属夹杂物评级表(级)Table 2 Grade evaluation of nonmetal inclusion

图1 焊管开裂宏观形貌Figure 1 Macro appearance of cracked weld pipe

图2 C类夹杂物形貌Figure 2 Appearance of inclusion C

图3 基体组织Figure 3 Matrixmorphology

图4 焊管口端面裂纹微观形貌Figure 4 Micro appearance of pipe port end face crack

3 开裂原因分析

钢板在卷管过程中，外表面受拉应力，内表面受压应力，中心为中性层不受力，卷管裂纹沿轴向开裂，与卷管弯曲受力面相互垂直。

由金相组织分析结果得知，大量碳化物沿晶界析出，材料处于严重的敏化状态，开裂试样裂纹均沿着晶界开裂。由此得出卷管出现开裂现象的主要原因是:在进行卷管前未经过退火处理，使碳化物无法固溶到基体里，大量的碳化物沿晶界析出，降低了材料的塑性(一般来说碳化物应力集中系数为3.3～3.7)，因此，在卷管的残余应力作用下材料沿晶界开裂。

4 解决措施

针对焊管开裂产生的原因，采取在卷管前对材料进行固溶处理的措施。或在生产工艺上增加在线固溶工艺，将终轧温度提高到880℃以上，再进行层流冷却，使碳化物充分固溶到基体里，降低焊管开裂几率，有效解决了焊管开裂问题。

图5 5个热处理温度下的碳化物固溶情况Figure 5 Various carbide solid solution situations of five heat treatment temperatures

［1］ 陆世英.不锈钢概论［M］.北京:中国科学技术出版社，2007.

［2］机械工业理化检验人员技术培训和资格鉴定委员会.金相检验［M］.上海:上海科学普及出版社，2003:115－123.

编辑 杜 敏

Reason Analysis and Solutions of J4 Series(CrMnN)
Hot Rolled Stainless SteelWelded Pipe Cracking

Zhang Shuang

Regarding to cracking phenomenon in the process of pipe coil of J4 series(CrMnN)hot rolled black coil，measures ofmacro analysis，metallographic structure analysis and heat treatment test have been conducted on cracked specimen.The result showed thatmain crack cause ofwelded pipewas unused solid solution treatmentofmaterial so that numerous carbidewas separated out along grain boundary which resulted in lower plasticity and crack along grain boundary was come up under residual stress of pipe coil process，furthermore relevant solutions have been brought up.

welded pipe;crack;carbide;heat treatment

TG115;TG156.94

B

2013—08—05

张爽(1983—)，女，现从事金属材料研究。