热轧304不锈钢管开裂原因分析

  使用某公司热轧不锈钢厂生产的304不锈钢管，热轧黑皮卷卷管过程中出现了裂纹严重和磁性强问题。为确定失效原因,进行了宏观分析、热处理试验前后分析、电镜能谱分析。分析表明:钢的纯净度太低,有大颗粒硅酸盐和弥散分布的氧化物;碳含量超标,冷却速度太慢,晶界析出碳化物太多,降低了材料的塑性,导致开裂失效。

 客户采用某公司热轧不锈钢厂生产的304不锈钢管(规格:8.0mm×1250mm)热轧黑皮卷生产焊管,卷管过程中出现了裂纹严重和磁性大的问题。针对以上问题进行分析,找出了问题的原因。

 一、试验方法

 1. 断裂试样宏观分析。

 2. 焊管化学成分分析。

 3. 对试样进行随炉升温1000℃保温10分钟水淬热处理试验;二次热处理将第一次热处理试验试样随炉升温1000℃保温10分钟，950℃保温1小时，900℃保温1小时，850℃保温1小时,之后随炉冷却。

 4. 对热处理前后的焊管试样进行金相组织分析。

 5. 对断口和组织进行电镜能谱分析。

 分析试样的截取见图，化学成分试样随意截取。

二、试验结果分析

 1. 宏观分析

 焊管焊接成型过程中,在离焊接区26mm处,焊管沿管口部位向里延伸开裂长度达58mm。

 2. 化学成分析

 表为焊管试样实际检测值、热轧板的熔炼原始值与标准化学成分数值对照表,从检测结果看，碳、磷含量超标准要求,其余元素化学成分完全符合GB/T42372-2007标准要求。

 3. 试样组织检测

 图为正常部位夹杂物形貌图，c、d、e为断裂区夹杂物形貌图。由表可见,正常部位非金属夹杂物以B、C类为主。断裂区以C、A类为主,最高级别3级。

 图为试样正常部位与断裂区组织形貌,两者组织无明显差别,组织为奥氏体+铁素体+大量沿晶界析出物。铁素体成条状,含量小于1%,奥氏体晶粒度7级;晶界上有大量颗粒状析出物,长条状析出物只见晶界线看不出析出线,长条状析出物在试样中部呈条带状沿晶分布。从图可见断口处裂纹延长线上沿晶开裂。

 4. 试样热处理前后组织对比

 热处理前普通晶界上有晶界析出物,长条状晶界析出物主要位于试样中部。经加热到1000℃高温快冷后晶界没有析出物,基体上明显减少;加热慢冷颗粒相大量出现,晶界、基体上都有。

 5. 试样电镜能谱分析

 电镜能谱分析结果见图和表，箭头所指为断裂源,断口处微区分析结果谱图1～4主要以氧、钙、硅、铝、硫等元素为主，谱图主要以铁、氧、铬、钙为主,非金属夹杂物的类型主要是氧化物。断裂源处断口主要特点:沿晶断裂不明显;有大颗粒夹杂物;集聚球状氧化物。

 组织内碳化物微区分析结果见图和表，碳化物主要以铁、铬、镍、碳元素为主,基体主要以铁、铬、镍元素为主。

三、讨论

 1. 304不锈钢管开裂原因

   组织上和断口上有明显沿晶断裂,有大量铬的碳化物,硬度高、脆性大降低了材料塑性。断裂源位置存在大颗粒硅酸盐及氧化物颗粒。

 2. 中心条状碳化物形成原因

 一般铬的碳化物在1000℃能全部溶解，分析试样不能全部溶解的原因是碳含量高，1000℃溶解不全。长条碳化物没有晶界线,有晶粒拉长的晶界形状,形成轧制大颗粒的晶界形状,在轧制变形后再结晶,原晶界消失,但是晶界碳化物不能消失,仍残留在原位置。

 3. 磁性产生原因

 奥氏体在高温、低温下没有磁性,室温下有磁性。碳化物有磁性,试样磁性强是因为碳含量超标析出碳化物太多。

 4. 预防措施

 晶界有大量析出碳化物相，碳含量超标,应按中下限控制,热轧终轧后快冷可提高材料的基本塑性;提高钢的纯净度,冶炼时尽量减少大颗粒硅酸盐及细小氧化物的产生。

四、结论

 304不锈钢管开裂的主要原因是:钢的纯净度太低,有大颗粒硅酸盐和弥散分布的氧化物;碳含量超标,冷却速度太慢,晶界析出碳化物太多,降低了材料的塑性。