Q235B焊管横裂缺陷分析

李凤丽，李玉岗，谷召坤，路晨龙

（天津荣程联合钢铁集团有限公司，天津300352）

0 引言

焊接钢管是以热轧钢带为原料，经冷弯成型后，通过焊接而成的有缝钢管，包括ERW、SSAW焊接钢管等，其生产成本低、生产效率高，广泛应用于各种低压流体输送管、工程结构件等。某Q235B牌号的ERW焊管在生产过程中出现横裂，无法正常使用。本文通过对比相同规格横裂钢管和正常钢管的各理化检验结果，分析了横裂的产生原因，并根据工艺追溯提出了优化建议。

1 理化检验

1.1 宏观形貌

通过观察发现，横裂于裁边原料钢带的边部、焊接前的卷管成型过程中产生，如图1所示，横裂无规律分布于未熔合焊缝的一侧。横裂断口有结晶颗粒，无塑性变形，如图2所示，其裂纹源放射线集中于裁边侧；扫描电镜观察断口为典型的解理脆断形貌，其河流花样如图3所示。

1.2 化学成分

横裂钢管和正常钢管化学成分如表1所示。由表1可知，化学成分均符合GB/T700—2006碳素结构钢中的Q235B牌号要求，但是横裂钢管的磷含量较高。

表1 化学成分 /%

另外对比二者气体含量发现，横裂钢管的氮含量亦较高，如表2所示。

表2 气体含量 /×10-6

图1 横裂缺陷

图2 横裂断口形貌

图3 解理河流花样

1.3 力学性能

横裂钢管和正常钢管均分别截取周向（即原料钢带的横向）边部、1/4处和中部试样进行纵向拉伸试验和冲击试验对比，如表3所示。由表3可知，横裂钢管的断后伸长率较低，并且冲击吸收功均＜5J，尤其较低。

表3 力学性能

1.4 显微组织

图4和图5分别为横裂钢管和正常钢管的基体显微组织。由图4、图5可见，基体显微组织均为正常的铁素体+珠光体，但是横裂钢管的铁素体晶粒明显粗大，为7.5级；正常钢管的铁素体晶粒细小，为9.5级；另外横裂钢管的珠光体片层比较明显。

图4 横裂钢管显微组织

图5 正常钢管显微组织

2 原因分析及工艺追溯

（1）如前文所述，横裂钢管磷、氮含量较高。磷含量高，容易引起“冷脆”现象，且[N] 和[P] 一样是造成钢冷脆的主要原因。低碳钢中的溶解氮使钢的脆性转变温度上升，即钢冷脆现象加重[1]。另外，粗大铁素体晶粒和珠光体片层的显微组织，进一步降低了横裂钢管的韧性。横裂钢管力学性能表现出来的塑性（断后伸长率）和韧性（冲击吸收功）较差问题，真实地反映了磷、氮含量高以及晶粒粗大对其的影响。

由于焊管生产是冷加工过程，原料钢带不进行热处理，同时横裂缺陷产生于焊接前，因此横裂缺陷非焊管生产工艺导致，系原料钢带化学成分磷、氮含量高以及显微组织晶粒粗大导致。

（2）追溯工艺发现，生产横裂钢管的原料钢带在冶炼和轧制过程中存在严重的工艺问题。

首先，在炼钢工序，由于转炉出钢口局部侵蚀严重，在挡渣出钢过程中出现下渣，钢水回磷导致磷含量较高；如果出钢口的形状不规则，钢流容易散流，增大了钢液与空气的接触面积，极大地增加了增氮的几率[2]，钢水氮含量亦较高。其次，在轧钢工序，终轧温度较高，同时，钢带为保证头部卷取和避免尾部散卷，在层流冷却工艺中集管未设定头部常开组和尾部加开组，从而导致一方面通条钢带相变前的奥氏体晶粒粗大；另一方面钢带头、尾冷却强度较低，在共析转变高温区缓慢冷却，铁素体晶粒更加粗大，降低了力学性能。

3 结论及建议

（1）原料钢带化学成分磷、氮含量高以及显微组织晶粒粗大，共同导致其塑性和韧性差、脆性大。由于原料钢带脆性大，于裁边侧产生应力集中，在应力集中处形成裂纹源，在卷管成型时进一步扩展，从而导致出现边部横裂。

（2）及时维护转炉出钢口，使用挡渣锥挡渣出钢，杜绝出钢下渣和散流，以减少磷、氮有害元素的含量；降低终轧温度，层流冷却工艺根据厚度规格设定头部集管常开组和尾部集管加开组，改善相变前后的工艺条件，以保证钢带获得良好的性能和组织。