20钢管套圈表面起泡原因分析

2015-10-29宋锦柱江苏省产品质量监督研究院江苏南京210007

中国科技纵横 2015年11期

黄　莉　宋锦柱（江苏省产品质量监督研究院，江苏南京　210007）

20钢管套圈表面起泡原因分析

黄莉宋锦柱
（江苏省产品质量监督研究院，江苏南京210007）

采用直读光谱分析、金相分析、扫描电子显微分析等方法，对20钢管不同起泡部位成分、金相组织、微观形貌进行了分析，讨论了钢管起泡的原因。结果表明：因热处理不当（包括加热温度偏高，或高温停留时间太长等）使低熔点相在高温奥氏体晶界偏聚，并形成过热组织，是导致20钢管起泡的主要原因。

20钢管起泡过热

某钢管厂生产的20钢管在车加工后出现内外表面起泡现象，为找出事故原因，避免类似情况发生，对钢管起泡原因进行了分析。

1　样品及背景情况介绍

图1　钢管样品宏观照片及金相镶嵌试样照片

图2　表面有镀层样品内壁气泡的宏观形貌

图3　表面无镀层样品外壁起泡的宏观形貌

图4　内壁一个起泡的显微金相分析照片

样品数量2只，见图1；图1为待分析钢管样品宏观照片及金相镶嵌试样照片。钢管牌号为20，钢管规格：Φ50.8×9 mm钢管生产工艺：由坯料Φ75mm管坯，经穿孔（温度：1180-1220℃），冷拔成Φ50. 8×9的钢管，成品去应力退火后，在车加工后出现内外表面起泡现象。图2和图3分别为钢管内壁、外壁起泡宏观照片。

2　分析方式、取样位置及检测方法

分析方式、取样位置及检测方法见表1。

3　试验过程及结果

3.1直读光谱成分分析结果见表2

图5　图4的局部放大照片

图6　外壁表面一个起泡的显微金相分析照片

图7　图6的局部放大照片

表1　分析方式、取样位置及检测方法

图8　两个样品横截面显微金相分析照片

图9　内壁一个起泡的扫描电镜分析照片

表2　钢管直读光谱成分分析结果单位:%

表2中为直读光谱成分分析结果，可以看出表面有镀层和无镀层的样品呈现同样特征，从外壁到样品壁厚中部，C元素的含量逐渐下降，从0.50%降至0.25%左右，而20钢的C含量应在0.20%左右，明显不符合20钢的要求。其它元素成分则不随磨削量增加而改变。

3.2金相分析

图4和图5是表面有镀层样品内壁表面一个起泡的显微金相分析照片。由内壁起泡完全沿晶界（高温奥氏体晶界）分离，晶界表现出明显的弱化迹象。图6和图7是表面无镀层样品外壁表面一个起泡的显微金相分析照片。外壁出现的起泡与内壁的起泡一样，也是完全沿晶界（高温奥氏体晶界）分离的，其晶界也表现出明显的弱化迹象。

图8（a-f）为两个样品横截面，外壁、中部、内壁位置显微金相分析照片，可以看出，晶粒不均匀，部分晶粒已经长大，存在魏氏组织。中部组织中铁素体含量较高，呈网状分布。而靠近内壁、外壁位置则不存在铁素体组织，这也印证了成分分析中C含量分布的检测结果。

3.3扫描电镜分析

图9（a-d）是表面有镀层样品内壁表面一个起泡的扫描电镜分析照片。清晰可见起泡的两端部（A处、C处）出现沿晶“液化”分离，从B处放大形貌可看出起泡的中部为沿晶分离，在扫描电镜下发现管件的显微组织中存在过热组织。

4　分析说明

（1）20#钢管的内外壁起泡是完全沿晶界的，而且是沿着高温奥氏体晶界发展的。（2）碳钢材料高温奥氏体晶界的弱化，通常与不当热处理有关，包括加热温度偏高，或高温停留时间太长等都会引起低熔点相在高温奥氏体晶界的偏聚，而使晶界弱化。（3）从成分分析和金相分析结果看出，钢管的内、外壁存在渗碳现象。（4）在扫描电镜及金相显微镜下（观察）发现钢管材料存在过热显微组织，进一步证实材料的热处理出现问题。