无缝钢管开裂中带状组织的影响

罗兆伟，孙 旋，陈明辉



无缝钢管开裂中带状组织的影响

罗兆伟，孙 旋，陈明辉

（邢台职业技术学院，河北 邢台 054035）

文章从无缝钢管的带状组织着手研究，分析无缝钢管开裂中带状组织对其的危害。由实验数据可知，带状组织的存在促进无缝钢管的开裂，当带状组织评级达到2级以上时明显加剧无缝钢管的开裂。

无缝钢管开裂；带状组织；带状组织评级

无缝钢管以其韧性好、质量轻、耐腐蚀的显著优点广泛应用于制造结构件以及机械零件、输送管道、建筑行业等，因此对无缝钢管的生产质量要有严格的把关以及要求。尽管无缝钢管生产技术一直在完善，也越来越成熟，但是在钢管的制造以及使用的过程中仍然存在某些质量问题，其中无缝钢管的开裂成为了质量问题之一。

无缝钢管迅速发展的这些年来，国内相关的许多学者针对无缝钢管开裂的原因做了大量研究。刘宝国[1]等人针对27SiMn无缝钢管开裂，从多方面入手（化学成分检测、金相显微镜、扫描电镜）研究开裂成因，同时针对成因研究出相应的预防、改进措施，吴世强等人[2]针对冷拔工艺生产的无缝钢管出现裂纹进行了研究与分析。本文从金相组织中的带状组织方向着手分析其对无缝钢管开裂的影响，这对避免无缝钢管开裂提高无缝钢管质量有非常重要的意义。

一、带状组织形成

金属材料在成为型材之前，多数要经过压力加工。但是经过压力加工后的金属很容易出现带状组织[3]即珠光体和铁素体呈带状分布的组织，这种带状组织的形成多数是沿着压力加工的方向。这种形态组织的产生对无缝钢管的性能产生负面的影响，尤其是钢管的力学性能，如其会使钢管的韧性降低、断面收缩率下降等，因此这种带状组织是一种不良的金相组织形态。

二、带状组织检测方法与评定

为了研究带状组织对无缝钢管开裂的影响，在实际的无缝钢管生产以及检验中对带状组织进行评级，利用级别的大小更精准地分析其对无缝钢管开裂的影响程度。在钢管开裂处切试样，在金相显微镜观察试样之前，要对试样进行磨削、抛光以及硝酸酒精腐蚀，经过这一系列的操作之后带状组织才能清晰地显现出来，将取得试样所观察到的带状组织与标准评级图进行比较，判定试样的带状组织级别。根据GB/T 13299-1991[4]，对带状组织评定的原则说明为：“要按照增加的铁素体含量，并通过考虑视野中，连续性的程度和变形铁素体晶粒数”。

本次实验中带状组织的评级如表1所示，无缝钢管的碳含量不同时，评级的系列不同（A系列、B系列、C系列），每个系列的带状组织根据带状形态的明显程度又分成了6个级别（0级-5级），其中5级对无缝钢管的危害最大。

表1 带状组织等级

三、无缝钢管开裂中带状组织的影响

（1）材料为45钢的无缝钢管在钢管表面沿轴线出现的裂纹，开裂无缝钢管如图1所示。

图1 钢管宏观形貌

图2 带状组织

在开裂的无缝钢管开裂处利用线切割取实验试样，之所以利用线切割，是由于线切割温度低，不会影响钢管的金相组织的变化，将取下的试样经过磨削、抛光、腐蚀后，利用金相显微镜进行观察，结果发现金相组织呈明显的条带状分布，根据GB/T13299-91，此无缝钢管的带状组织为C系列4级，具体金相组织形态如图2所示。

（2）材料为20钢的无缝钢管，其在生产过程中扩口工艺时开裂，其开裂情况如图3所示。

在无缝钢管开裂处截取试样，经过一系列处理（磨削、抛光、腐蚀等）后通过金相显微镜观察其金相组织。此无缝钢管的金相组织呈很严重的条带形状，根据GB/T13299-91，此带状组织为B系列5级，具体金相组织如图4所示。

图3 20无缝钢管开裂

图4 金相组织

（3）材料为Q235B的无缝钢管，宏观形貌如图5所示。

在无缝钢管开裂处截取试样，经过一系列处理（磨削、抛光、腐蚀等）后通过金相显微镜观察其金相组织。金相组织呈明显的条带形状，根据GB/T13299-91，带状组织为A系列4级，具体金相组织如图6所示。

图5 345B无缝钢管开裂

图6 金相组织

本次实验分析了40开裂的无缝钢管，对这些无缝钢管依次进行实验分析，评定带状组织的级别，最终进行实验数据总结，带状组织级别和数量之间的分析结果如表2、图7所示。由此可总结出带状组织对无缝钢管开裂是有影响的，当带状组织评级达到2级以上的时候，无缝钢管开裂的数量骤然增多，由此说明，带状组织虽然是一种缺陷组织，但是其存在并不一定能引起无缝钢管开裂，只有当带状组织达到一定级别的时候，才对无缝钢管开裂有着重要的影响，促进无缝钢管的开裂。因此，在无缝钢管生产过程中应该对带状组织进行检测，并且控制在一定的级别内，避免其促进无缝钢管开裂。图8中分别展示了当带状组织评为1级、3级、4级、5级时的金相组织形态。带状组织的出现会影响无缝钢的的力学性能，特别是降低了钢管的横截面的塑性和韧性[5-7]，而力学性能的异常促进了无缝钢管的开裂，此次实验结果为无缝钢管的质量检测提供参考依据。

表2 钢管的带状组织评级

图7 带状组织等级与数量的关系图

图8 带状组织评级

四、结论

在对无缝钢管进行金相组织检测时，当带状组织评定达到2级以上时，无缝钢管开裂的数量骤然增多，由此说明，带状组织虽然是一种缺陷组织，其存在并不一定引起无缝钢管开裂，只有当达到2级以上时会促进钢管开裂，因此在无缝钢管成品之前消除带状组织或者将带状组织控制在一定级别是非常必要的。

[1]刘宝国.27SiMn无缝钢管开裂原因分析与对策[J].包钢科技，2012（2）：38-40.

[2]吴世强.冷拔无缝钢管内壁横向裂纹成因分析[J].理化检验（物理分册），2016，52（1）：57-60.

[3]刘云旭.低碳合金钢中带状组织的成因、危害和消除[J].金属热处理，2002（12）：1-3.

[4]GB/T 13298-1991，金属显微组织检验方法[S].

[5]张立民，赵占军.12Cr1MoV钢管带状组织的产生与消除[J].钢管，1996（2）：57.

[6]苏阳，邹喜洋，朱林.铁素体/珠光体带状组织对L360N管线用无缝钢管冲击性能的影响[J].钢管，2012（5）：40-44.

[7]刘富军.带状组织对低碳微合金钢性能的影响及控制[J].南方金属，2011（1）：7-10.

The Effect of Banded Structure in the Seamless Steel Tube Cracking

LUO Zhao-wei，SUN Xuan，CHEN Ming-hui

（Xingtai Polytechnic College, Xingtai, Hebei 054035, China）

Starting from the banded structure of seamless steel pipe research, this paper analyzes the hazards of banded structure in the seamless steel tube cracking. The experimental data shows that the existence of banded structure promote seamless steel tube of the cracking, when rating of banded structure is above level 2, seamless steel tube of the cracking is apparently serious.

seamless steel tube cracking; banded structure; the rating of banded structure

（责任编辑 王傲冰）

TG335.71

A

1008—6129（2016）05—0079—04

2016—07—31

罗兆伟（1988—），河北威县人，邢台职业技术学院，助教。