32Mn6无缝钢管内壁裂纹成因分析

2023-08-31张迎涛高文娟李汝海王俊朋徐志刚

山东冶金 2023年4期

张迎涛，高文娟，李汝海，王俊朋，徐志刚

（山东寿光巨能特钢有限公司，山东寿光 262711）

1 前言

近期生产一批32Mn6 钢管规格为Φ244.5 mm×11.99 mm，出现质量问题，具体为管材内壁探伤不合格，对其表面热酸浸发现其内表面出现大量裂纹，裂纹走向大都沿轴向分布。为此对32Mn6无缝钢管内壁裂纹成因进行分析，将出现的问题提出了工艺改进建议。32Mn6无缝钢管的生产工艺为：1号连铸机Φ280 mm圆坯热轧成无缝钢管，随后进行920±15 ℃淬火，640±50 ℃回火的调质处理。

2 试样分析

内壁裂纹缺陷样品经过热酸浸之后，内壁出现大量裂纹，裂纹走向大都沿轴向分布。

2.1 制样

取低倍做完的样品，切割4 块金相：（1）其中2块沿管材横截面，表面磨后抛光制成金相样品，1块用硝酸酒精浸蚀观察裂纹周围的微观组织，1 块不浸蚀用于观察裂纹形貌和裂纹的扫描电镜能谱分析（SEM-EDS）；（2）取1 块纵向金相硝酸酒精浸蚀后看材料微观组织；（3）取1块，对管材内表面稍微磨平但尽量保留带裂纹形貌，抛光后看裂纹形貌。裂纹形貌、成分能谱分析和微观组织观察在FEI650型扫描电镜上进行。

2.2 内表面裂纹分析

在制备成金相表面抛光后，肉眼可直接观察到表面裂纹的存在，裂纹走向大致相同，沿轴向。扫描电镜下的形貌如图1 所示。由图1 可见，裂纹存在分叉现象并且其宽度在100 μm 以内，属于细小裂纹。

图1 32Mn6无缝钢管内表面裂纹形貌（内壁表面）

对无缝钢管内壁出现的裂纹进行能谱分析，结果如图2所示。在裂纹内部存在有Al2O3+CaO组成的夹杂物，这是在精炼脱氧过程中形成的；还存在含有K、Al、Ca的夹杂物，可能是结晶器保护渣卷入造成的。无缝钢管内壁对应连铸坯的中心位置，而中心是连铸坯最后凝固的部位，按常理判断，成分偏析，夹杂物偏聚都是存在的，所以32Mn6 无缝钢管内壁裂纹中出现夹杂物是正常情况。但夹杂物存在的部位是材料强度等各方面性能薄弱部位，裂纹在最薄弱部位产生。

2.3 轧材横向裂纹分析

沿轧制横向，观察无缝钢管内壁裂纹形貌见图3，由图可见，内壁表面裂纹深度1.069 mm，宽度不超过150 μm，表面露头部位的宽度小于100 μm。裂纹主体与钢管内壁表面垂直，裂纹有内部分叉。

图3 32Mn6无缝钢管内壁裂纹沿轧制横向观察的形貌

对图3中的裂纹内部进行能谱分析，结果如图4所示，由此可见，图3的裂纹内部基本上是裂纹内基体氧化，除此之外，存在MnS夹杂物，还有可能存在脱氧产物钙铝酸盐。32Mn6 无缝钢管内壁裂纹出现和夹杂物的存在关联性不大。

图4 32Mn6无缝钢管内壁裂纹横向试样（抛光）SEMEDS分析

2.4 轧材横向裂纹周围的微观组织分析

对无缝钢管横向样内壁裂纹进行SEM-EDS分析以后，又将样品用硝酸酒精浸蚀，观察裂纹周围的微观组织。材料基体为存在明显碳化物颗粒的高温回火索氏体组织。裂纹两边为正常组织，不存在氧化脱碳层。

由图3 可见，裂纹存在分叉，有明显的曲折。由图5 可见，从裂纹尖端以下，裂纹扩展呈现“之”字形特征，分支裂纹存在沿原始奥氏体晶界扩展的情况。由此可见，32Mn6无缝钢管内壁裂纹由表面向材料内部扩展很大程度上是沿着原奥氏体晶界扩展的［1］。

图5 32Mn6无缝钢管内壁裂纹横向试样（抛光）SEM下裂纹尖端周围的微观组织

2.5 轧材纵向微观组织和裂纹分析

沿管轧制方向取纵向金相样，对轧材的微观组织从内壁一直观察到外壁，如图6所示。靠近无缝钢管内壁，出现许多沿晶小裂纹，裂纹边界平直，成楔形，如图6a、b所示，而且有的已经相互连接或有相互连接的趋势，如图6b 所示。这些沿晶裂纹相互扩展连接，就有可能形成无缝钢管的内壁裂纹。在距离内壁4 mm，沿轧向扩展的小裂纹，长度约10 μm，还有沿径向扩展的小裂纹，如图6c所示。在距离内壁8 mm 一直到钢管外壁，发现沿轧向扩展的小裂纹，长度50～70 μm。因此，对于被分析的样品而言，材料的小裂纹较多，靠近内壁多为楔形沿晶裂纹，其余部位多出现平行于轴向的裂纹。

图6 32Mn6无缝钢管沿轧向管壁的微观组织

3 32Mn6无缝钢管内壁探伤不合格原因分析

由前述样品分析结果可见，32Mn6无缝钢管内壁探伤不合格，根本原因是内壁存在大量的沿轧向扩展，垂直于周向的裂纹，且裂纹深度方向沿径向，即垂直于内壁表面，裂纹形成和材料内部夹杂物的关联性不强，由管内壁向材料内部沿径向扩展裂纹扩展，路径呈现“之”字形，有明显的沿原始奥氏体晶界扩展的痕迹。裂纹周围基体没有氧化痕迹，裂纹内部有的存在钙铝酸盐夹杂物和硫化物，有的纯粹是基体。同时沿轧向观察材料的微观组织，靠近钢管内壁0～3 mm，存在很多沿晶扩展的楔形裂纹，而且有的裂纹已经连接或有相互靠近扩展连接的趋势。这种裂纹符合淬火沿晶裂纹的特征。通过上述结果可见，钢管内壁裂纹成因主要是沿晶扩展淬火裂纹，可能与淬火加热温度高，原始热轧奥氏体粗大有关系。