厚壁钢管在冷拔过程中出现横裂缺陷的原因分析

赵文涛

摘 要：本文通过对冷拔过后在35钢钢管外表面所产生的横裂缺陷结合实际生产流程进行分析，研究了出现横裂的原因。结果表明：管坯在加热环节如果升温速度过快、保温时间不够便会导致穿轧后的厚壁管在壁厚方向上呈现晶粒度及组织的不一致，近而在冷拔过程中出现显微变形差异，聚集到一定程度便会释放形成横裂。

关键词：35 横裂 组织差异

中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0050-01

某钢管公司所生产的材质为35钢、规格为50×6.8 mm的钢管经管坯加热、穿孔、定径及两个道次的拔制后，在钢管的外表面出现了1～2条垂直于钢管长度方向的裂纹，相邻两条裂纹之间存有1～1.6 m不等的间距，出现裂纹的钢管有数十支，约占该批号钢管总支数的30%左右。

1 宏观分析

裂纹长度约6 mm，深度约1 mm，整体呈中间大两端小的梭子形态，且裂纹呈锯齿状由中间向两边延伸，在100倍显微镜观察下，发现在主裂纹两侧及前后端均有较多分支的细小裂纹，初步断定属延晶裂纹。

2 化学成份检测

在距裂纹10 mm处取样进行化学成份检测，结果为碳：0.33%；硅：0.21%；硫：0.014%；磷：0.016%；锰：0.53%含量均符合GB/T 8162-2008中35钢碳：0.32-0.40%；硅：0.17-0.37%；硫：≤0.035%；磷：≤0.035；锰：0.50-0.80%的标准要求。

3 力学性能检测

在距裂纹20 ～240 mm处截取拉伸试样，其结果为屈服强度（Rel）：360 MPa、385 MPa；抗拉强度（Rm）：575 MPa、585 MPa；断后伸长率（A）：25%、23%。均符合GB/T8162-2008中35钢屈服强度≥305 MPa，抗拉强度≥510 MPa，断后伸长率≥17%的标准要求。

4 非金属夹杂物检测

在距断裂面10 mm处取样进行非金属夹杂物检测，结果为硫化物类夹杂1.0级、氧化铝类夹杂0.5级、硫酸盐类夹杂1.0级、球状氧化物类夹杂1.5级、单颗粒球状类夹杂1.0级。按GB/T 8162-2008结构用无缝钢管标准要求，无需对钢管材质进行非金属夹杂物的检测，本文进行该项检测的目的是确定非金属夹杂物因素对钢管断裂所带来的影响程度的大小。但由结果可见，该钢管的非金属夹杂物的级别均在比结构管要求更高的高压管（GB5310-2008）的要求范围内，由此可排除非金属夹杂物对钢管断裂的影响。

5 金相检测

在距断裂面10 mm处取样进行金相检测，可发现其边界、靠近边界处及芯部的金相组织都存有较大的差异，具体为：

边界处存有50 um的脱碳层，组织为铁素体+珠光体，基本为等轴晶，晶粒度为8级，如图1所示。

靠近边界处的中间过渡区域距离外表面边界约50～80 um，组织为铁素体+珠光体+魏氏组织，晶粒度为4～6级，如图2所示。

芯部为铁素体+珠光体或少量的魏氏组织，晶粒度为6级。

6 实验结果分析

试样的金相组织大体上可分为脱碳区、过渡区及芯部区三个部分，脱碳区组织为铁素体+珠光体或铁素体+珠光体+少量魏氏组织，晶粒较为细小、均匀，实际晶粒度为8级，由于该区域脱碳严重，导致珠光体所占比例大大减少；而在过渡区也存有少量的脱碳，并且该区域的魏氏组织是最严重的，一般都在A系2.5～3级左右；芯部组织基本不存在魏氏组织或少量魏氏组织，但在晶粒级别上差别不大。

由于毛管在整个壁厚方向上大致分成了表层组织较为细小均匀区、中间严重魏氏组织粗大区及芯部轻微魏氏组织区。在芯部组织均匀的前提下，由于表层及芯部组织均较为均匀且不含有魏氏组织，会使得这两个区域包括延伸率在内的综合力学性能均较为优异，而中间层由于大量魏氏组织的存在，导致该区域包括冲击韧性在内的综合力学性能都有所降低，在冷拔过程中表层与中间层及中间层与芯部之间便产生了变形量的差异，这种差异聚集到一定程度便会以表层小裂口的形式释放。由于一支钢管的冷拔需要一个从头到尾拔制的过程，而这种变形量的差异也会是一个从聚集到释放再聚集再释放的一个过程，所以这种小裂口不会聚集出现，而是间隔一定的距离，又由于钢管在加热、穿轧及冷却等生产过程的不尽相同，会使得小裂口出现的频率不尽一样。

毛管在壁厚上产生力学性能分层的原因：管坯在加热炉短时间达到出钢温度，表面及附近区域势必会存在大量的粗大奥氏体，在出炉的快速冷却中在表层区域便会形成魏氏组织，而外表层在一定温度下进行轧管或定径，都会由于形变热处理而是表层晶粒得到改善，而形成表层组织均匀区。

7 结论

（1）35钢冷拔管所出现的横裂属于塑性裂纹。（2）管坯在加热环节由于保温时间不够，致使轧制出的毛管在壁厚方向上出现三层组织、性能均不相同的区域，拉拔过程中在相邻两层的交界区域便会出现应力集中，内应力聚集至一定程度便会在最薄的表层区形成裂口以释放内应力。（3）在冷拔前增加一个道次的半品退火即可消除壁厚方向上组织、性能的异向，避免横裂的发生。

参考文献

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