TH347H奥氏体不锈管内表面“鼓泡”缺陷分析研究

王婀娜,彭海龙,尹人洁,鄢 勇,童宗圣,张 涛,王西江

(攀钢集团成都钢钒有限公司,成都610303)

TH347H奥氏体不锈管内表面“鼓泡”缺陷分析研究

王婀娜,彭海龙,尹人洁,鄢 勇,童宗圣,张 涛,王西江

(攀钢集团成都钢钒有限公司,成都610303)

生产ϕ89mm以下规格TP347 H不锈无缝钢管时,内表面出现“鼓泡”缺陷,通过对该缺陷分布及宏观、微观等进行分析研究。结果显示,钢管内表面出现的“鼓包”缺陷,是由于钢坯内大型非金属夹杂物所致,钢坯中非金属夹杂物异常主要是炼钢过程中卷渣造成。

TH347H;无缝钢管;奥氏体不锈钢;缺陷分析

1 引言

随着300系列不锈钢钢管国产化以来,其不锈无缝钢管的工艺路线主要有两条:穿孔+冷轧、冷拔或挤压+冷轧、冷拔。因每道次变形量有限,要制成成品常需多道次的冷轧或冷拔。由于不锈钢的冷加工硬化和表面质量等原因,在进行每道次的冷轧或冷拔前,需进行退火热处理、酸洗、润滑等一系列处理。繁杂的工序带来生产流程长,生产周期长,产量低、成材率低、成本高昂以及酸洗污染环境等问题。

为解决这个问题,攀成钢公司通过生产工艺优化、创新,进行一种在热轧机组进行轧制和固溶热处理、不离线直接生产出不锈钢管成品或更接近成品规格的坯料管工艺。在变形工艺设计上尽可能多采用热轧,通过穿孔尽可能将毛管壁厚穿薄、定减径加大减径量来增大热轧变形量,从而减少冷变形道次,降低生产成本。

近期我公司采用ϕ100mm圆坯经热轧穿孔轧制成ϕ76mm×10mm规格坯料管,在定径后发现10%左右坯料管内壁纵向分布着数量较多的“鼓包”缺陷。图1所示为荒管内表面鼓包缺陷图片。

图1 缺陷宏观形貌

2 缺陷部位钢的化学成分

在缺陷附近取样,采用全谱直读光谱仪进行化学成分分析,结果显示其化学成分符合钢管供货协议要求(见表1)。

表1 TH347H钢种内表面缺陷附近的化学成分(%)

3 缺陷分析

3.1 宏观形貌分析

经肉眼观察,沿钢管内壁纵向分布着数量较多的鼓包缺陷,鼓包长3mm～4mm,宽1mm～2mm,形态完整。将缺陷钢管沿缺陷所在位置横向切开,对缺陷的断面进行拍照,其典型形貌见图2,缺陷断面形状为小凸包状。

图2 缺陷断面形貌

3.2 微观形貌分析

在扫描电镜(SEM)下观察,开裂的位置在壁厚方向距内表面约0.4 mm,横向宽约1.4 mm(见图3)。在凸包断面的裂纹尖端,存在颗粒状灰色的氧化物(见图4),经能谱分析(EDS)该氧化物为含Al、Si、Mg、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Ni、Zr等元素的非金属夹杂物(见图5)。裂纹附近也存在灰色氧化物,见图3中的箭头所指,利用能谱仪(EDS)对其进行成分分析,为含Al、、F、Si、Ca、S、Mg、Cr、Ni等元素的非金属夹杂物(见图6)。

3.3 金相分析

缺陷样块经磨制、抛光、光学显微镜下观察:凸包形态完整,在凸包裂纹的尖端存在颗粒状非金属夹杂物(见图7)。在裂纹附近也存在数条非金属夹杂物,如图箭头所指位置(见图8)。

依据GB/T 10561—2005标准,对钢管进行非金属夹杂物评级:A0.5,0;B3.0,0; C3.0,0;D1.0,0;Ds1.0。

试样用10%草酸溶液电解腐蚀后,金相显微镜下观察:基体组织为奥氏体(见图9)。

图3 SEM下缺陷形貌

图4 SEM下裂纹尖端处非金属夹杂物

图5 EDS分析裂纹尖端处非金属夹杂物的化学成分

4 综合分析

从以上分析可以看出,该批次的钢坯冶炼过程中产生非金属夹杂物较多。非金属夹杂物根据其形成原因可以分为内生夹杂物和外来夹杂物。内生夹杂物一般都比较细小,不锈钢中的夹杂物主要为脱氧剂及合金添加剂和钢中化学反应的产物,在钢水凝固前未浮出钢液而残留下来。外来夹杂物主要为钢水在冶炼、出钢和浇铸过程中,由于钢液、炉渣和使用的耐火材料相互作用而被卷入的炉渣、耐火材料等。

图6 EDS分析裂纹附近的非金属夹杂物的化学成分

图7 缺陷尖端的非金属夹杂物(100×)

图8 缺陷处的非金属夹杂物(12.5×)

通过扫描电镜及能谱分析可知,图5、图6非金属夹杂物成分中含有K、Na等元素,与结晶器保护渣成分类似,故判断该非金属夹杂物主要是浇铸过程中卷保护渣造成。在热轧穿孔过程中,外层金属沿横向流动的速度大于内层,金属横向流动速度不一致引起各层金属间相互的附加横向剪切变形。内表面附近存在大型非金属夹杂物,这种横向剪切变形集中在内表面的非金属夹杂处,形成应力集中,导致金属内表面附近产生离层,形成了鼓泡缺陷。

图9 基体组织(100×)

5 结论

生产ϕ76mm×10mm的TP347H坯料管时,钢管内表面出现的“鼓包”缺陷,是由于钢坯内大型非金属夹杂物所致。钢坯中非金属夹杂物异常主要是炼钢过程中卷渣造成。

[1] 尹人洁,王婀娜.大口径厚壁TP347H不锈钢管的研制与开发[J].钢管,2009,38(6):34—37.

[2] 方旭东,徐鸿麟.电站锅炉用TP347 H不锈钢无缝管工艺的开发[J].特殊钢,2007,2.

Analysis of Discussion Internal Surface“Bubble”Defect of TP347H Austenitic Stainless Steel Pipe

WANG En-uo,PENG Hai-long,YIN Ren-jie,YAN Yong, TONG Zong-sheng,ZHANG Tao,WANG Xi-jiang

(Steel Tube Research Institute,Pangang Group Chengdu Steel&Vanadium Co.,Ltd,610303,Chengdu)

“Bubble”defect appear in inner surface,when the production of the following specifications OD 89mm TP347 H stainless steel seamless steel pipe.Through the analysis of the distribution of the defects and the macro and micro.The results show that,the“bubble”defect on the surface of steel tube is due to billet large non-metallic inclusions caused by non-metallic inclusions in the billet anomalies are mainly in steelmaking slag entrapment caused.

TP347H;seamless steel tube;Austenitic Stainless Steel;defect analysis

1001—5108(2016)03—0069—04

TG115.2

A

王婀娜,高级工程师,主要从事无缝钢管产品工艺研究及不绣钢产品研制及开发工作。