气瓶钢30CrMoA轧坯低倍裂纹分析

原凌云

（山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心， 山西 太原 030003）

气瓶钢30CrMoA轧坯低倍裂纹分析

原凌云

（山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心， 山西 太原 030003）

针对气瓶钢30CrMoA坯料在用户验收过程中出现的低倍裂纹问题，从微观、轧向组织两方面展开缺陷分析。分析认为低倍的裂纹主要为火焰切割引起的应力裂纹，与材质没有关系。

气瓶钢 30CrMoA 火焰切割 应力裂纹

30CrMoA钢是用于制造高压无缝气瓶用材料，在热冲瓶后的空冷过程中或正火热处理后具有良好的强韧性，但是在工作状态下受循环应力作用，易发生疲劳破坏，因此要求材料的力学性能不仅应具有良好的强韧性，还要有较低的屈强比和高的抗疲劳破坏能力、高的安全性。这使研制材料必需具有合理的化学成分和高的洁净度。用该品种钢生产的气瓶主要在欧美使用，在国内，随着国民经济的发展，在钢铁、石油、化工、交通运输等对该高强度的高压无缝气瓶的需求也将迅速增长。因此，高压无缝气瓶用30CrMoA钢将有广阔的市场前景。

近年来，随着现代工业的发展，大多数钢坯生产厂家已经由模铸生产转变为连铸生产，而气瓶厂家对采用连铸坯制气瓶钢坯的使用比较慎重，对新进入行业用户的连铸坯制产品要进行验收，验收的项目包括高、低倍检验，力学性能，水压试验，爆破试验等。在入厂检验过程中，如果用户发现一个低倍试样存在“裂纹”，就归结为由钢质不良、或钢的热塑性差所造成的。

1 低倍缺陷

对试样横断面进行铣床加工后进行低倍检验。低倍检验过程为：使用37%的盐酸溶液加热至40℃对钢坯试样进行低倍酸浸，酸浸后用热水将试样表面冲洗干净并用热风吹干，观察低倍试样表面。图1为经酸浸后出现疑似裂纹的试样表面。

2 缺陷分析

对疑似缺陷部位进行了取样分析，按照图1中所标出的1—4号区域进行取样。

图1 30CrMoA低倍缺陷

2.1 微观分析

2.1.1 侧面分析

对存在疑似裂纹的1、2号试样的侧面（沿连铸坯纵向的面）进行抛光处理（如图2所示），以便观察试样缺陷的深度。结果显示，在横断面存在的疑似裂纹在纵向没有深度，即这一疑似裂纹仅有可能是一个位于近切割面的浅表裂纹。

图2 抛光处理后的试样侧面

2.1.2 裂纹面分析

对存在疑似裂纹的2号试样正面进行抛光处理（见下页图3），在金相显微镜下观察，试样未曾发现裂纹，而且在抛光状态下，可以看见较为清晰的晶粒边界（如下页图4所示）。

2.1.3 夹杂物分析

为了进一步求证试样是否存在产生裂纹的根源，对1—4号试样进行了夹杂物分析。夹杂分析结果显示，试样夹杂物级别为D类1级的水平，无其他大颗粒夹杂（如图5所示），疑似裂纹的周边也未曾发现能导致产生裂纹的夹杂物，即排除了钢质不纯所引起裂纹产生的可能。

图3 抛光处理后的试样正面

图4 2号试样正面抛光后形貌

图5 抛光后表面形貌

2.2 轧向组织分析

沿轧向的纵剖面观察纵剖面的显微组织，发现从火焰切割区到基体的显微组织可分为三个区域，即熔融区、过渡区及基体区，对应的显微组织分别为马氏体、贝氏体+马氏体+珠光体的混合组织以及基体的珠光体+铁素体，如图6所示。

图6 试样的显微组织

3 讨论

通过以上各种分析可知，该缺陷不属于材料本身存在的缺陷。

在火焰切割过程中，火焰从垂直于轧制方向的方坯上表面开始，逐步向其下表面加热切割。从上表面到下表面切割的过程中，沿横断面至上而下的每个区域被加热的时间不同，越往下加热时间越短，即不同区域热影响区宽度不同，越靠近上表面沿轧向热影响区越大，温度也越高，在切割完后横断面至上而下不同区域的冷却速度也不同，继而不同区域产生不同的热应力。

另外，火焰切割热会迅速地使切割面的温度远远超过本钢种的奥氏体化Ac3温度，接着受基体冷金属的迅速冷却作用而形成马氏体组织（图6-1）。紧挨马氏体层的过渡层（见图6-2）是贝氏体+马氏体+珠光体的混合组织，该区域在加热或冷却时属于刚好穿过Ac1/Ar1和Ac3/Ar3等相变点温度。所以组织较复杂，有几种组织混合产生。接下来的区域即为基体，基体的温度虽然也发生了变化，但是其变化低于相变点的温度，故未发生组织转变，其组织仍然为轧后缓冷态组织，即珠光体+铁素体组织（图6-3）。对比基体与切割热影响层的组织说明，火焰切割热影响层的复杂组织在非平衡条件下经历了一个与温度、时间等变量相关的组织变化过程，从而导致材料的切割面产生组织应力［1-3］。

组织应力与热应力不同程度地叠加，造成应力集中，使材料在热影响区产生疲劳裂纹。

用户在低倍试片的制取过程中，采用火焰切割，然后采用铣床加工制作低倍试样，在加工过程中，由于加工量小，热切割产生的热影响区未完全被清除干净，导致在低倍片表面残存部分应力裂纹，酸洗后就暴露在低倍片上。

根据分析结果，建议用户提高低倍试样加工量，在随后的连铸坯入厂检验过程中未再发现连铸坯低倍裂纹问题。

4 结论及建议

1）采用连铸坯生产的气瓶钢30CrMoA钢坯存在的低倍裂纹，是在火焰切割取样过程产生的应力裂纹；火焰切割过程产生的裂纹是由于没有加工干净造成的。

2）建议采用冷锯切取样，可以杜绝该类问题的发生。

［1］ 陈兴元，蒋仁贵.34Mn2V钢的热加工缺陷［J］理化检验：物理分册，2003，39（11）：560-563.

［2］ 韩永馗，王智新，闫家树，等.大厚度钢锭氧—丙烷火焰切割热影响区组织及性能［J］.焊接材料，2013（3）：25-28.

［3］ 李健川，34CrMo4钢淬火开裂分析［J］.物理测试，1991（5）：55-58.

（编辑：胡玉香）

Analysis of Low Multiple Cracks in Gas Cylinder Steel 30CrMoA Rolling Stock

YUAN Lingyun
（Technical Center of Shanxi Taigang Stainless Steel Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030003）

The low-multiple crack of the gas cylinder steels 30CrMoA occurred in the process of user acceptance is studied.This paper analyzes the defects from microstructure and rolling direction.The results show that the crack is mainly stress crack caused by flame cutting and has nothing to do with materials.

gas cylinder steel，30CrMoA，flame cutting，stress crack

TG316.1+92

A

1672-1152（2016）05-0040-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.15

2016-08-24

原凌云（1973—），男，就职于山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心，高级工程师，从事管坯开发工作。