鋼管壓扁試驗開裂原因分析

鋼管壓扁試驗開裂原因分析

針對帶鋼制成的鋼管在壓扁試驗中出現斷裂的現象， 采用 XL30 掃描電鏡、 金相顯微鏡等， 對斷裂試樣進行夾雜物、 晶粒度、 組織、 斷口等檢驗和氧含量分析。 結果表明， 鋼中夾雜物多、 氧含量高是導致壓扁斷裂的主要原因。關鍵詞： 鋼帶 ； 氧含量； 夾雜物 ； 壓扁斷裂

Analysis for Causes forBending-rupture Failure of Welded Tube, (Research institute of ShanDong TaiShan Iron and Steel Group Co. , Ltd. , Laiwu 271100, China)Abstract ： The examination and analysis included microstructure , inclusions, graininess,fracture, oxygen content of unqualified cold bending strip were done by means of xl30 scanner,metallo graphic microscope and so on. The result shows that the unqualified cause of cold bending,strip steel main is high oxygen content, high inclusion content, etc.Key words： Strip steel ； oxygen content； inclusion； bending-rupture.

1 概述

材質為 Q235B 的鋼管在壓扁試驗中出現非焊接區域斷裂。 針對此現象采用多種方法進行分析和研究 ，找出導致鋼管斷裂的主要原因。

2 試驗方法與結果

2. 1 試驗方法

借助金相顯微鏡、 掃描電鏡、 光譜等方法， 對制成鋼管進行非金屬夾雜物、 晶粒度、 顯微組織、 斷口 、化學成分及氣體含量分析。

2. 2 夾雜物、 晶粒度和組織檢驗

通過對鋼管的夾雜物、 晶粒度和顯微組織檢驗發現夾雜物主要分為三類： 線狀復合硅酸鹽、 串鏈狀的氧化鋁及硫化物， 其具體結果見表 1。 其中硅酸鹽夾雜物級別較高在 4. 5e－5e 之間， 晶粒度以 9. 0-9. 5 為主、 基體組織是鐵素體和珠光體， 沒有發現魏氏組織， 帶狀組織多在 2. 5-3. 0 級之間。

帶狀組織進一步放大后發現有許多細小彌散地分布在鐵素體基體上的點狀夾雜物（見圖 1）， 對其進行能譜微區成分分析為硫化物。 對試樣中含量較多的脆性夾雜（見圖 2） 進行能譜分析， 其成分質量分數見表 2。

圖 1 帶狀組織內夾雜物

圖 2 脆性夾雜物

2. 3 斷口分析

借助掃描電鏡進行斷口分析。 斷口形態見圖 5， 整個試面的斷裂形態呈木紋狀。 通過進一步觀察， 把斷面大致分為 A、 B、 C 三個區， 其中 A 區為壓裂的斷裂源， B 區為壓裂延伸區 、C 區為最后斷裂的剪切唇。A、 B、 C 三個區分別進一步放大可觀察到： A 區， 可看到由大量密集夾雜物引起的軋制裂紋， 裂紋變形呈波紋狀， 看不出斷裂形態， 這些夾雜物棱角分明， 主要來自包襯等耐火材料見圖 4a， 可見 A 區堆積的大量夾雜物是引起軋制裂紋并成為焊管壓裂的斷裂源； B 區是密集夾雜物引起的光滑斷面和細小的剪切韌窩見圖 4b； C 區是最后斷裂部位見圖 4c。

2. 4 化學成分和氣體含量

對試樣進行化學成分和氣體含量分析。 通過化學成分分析可知， 鋼管的化學成分在標準規定的范圍內， 成分合格。 氣體含量分析表明， 鋼管的平均氧含量為 141. 26×10－6 ， 氧含量較高。

2. 5 力學性能

在鋼管上截取試樣做拉伸試驗， 試驗數據如下： 屈服強度 365MPa， 抗拉強度 455MPa，伸長率 30％， 在國標要求范圍內。 由于試樣有限沒有做冷彎試驗。

3 結果分析

鋼管壓扁斷裂試樣的晶粒度、 組織正常， 說明帶鋼軋制工藝正常。 由表 1 可知帶鋼中夾雜物級別較高主要是復合硅酸鹽夾雜。從斷口分析可知， 位于鋼材皮下堆積的大量夾雜， 在軋制過程中形成的軋制裂紋是引起壓扁開裂的主要因素。通過分析， 這些皮下夾雜主要是煉鋼澆注系統的耐火材料受鋼水沖刷 、浸蝕等進入鋼液形成的大顆粒夾雜。

4 工藝改進措施

（1） 改進脫氧方式由 Si-Ca-Ba 脫氧改為鋼芯鋁加 Si-Ca-Ba 的脫氧脫氧方式， 加大脫氧力度減少夾雜物含量。 提高一次拉碳命中率， 減少后吹， 避免鋼水二次氧化。

（2） 提高吹氬時間， 保證每爐吹氬不小于 8min， 以促進夾雜物上浮。

（3） 采用高質量的耐火材料， 避免因鋼水沖刷、 侵蝕使夾雜物數量增加。

5 結論

導致鋼管壓扁試驗中斷裂的主要原因是：

（1） 煉鋼包襯等耐火材料進入鋼液形成的夾雜物在鋼材皮下大量堆積， 在軋制過程中產生的軋制裂紋成為裂紋源， 在外力作用下首先開裂。

（2） 氣體分析可知氧含量比較高， 進一步說明引起斷裂的帶鋼中夾雜物含量較多。采取深脫氧技術， 優化連鑄工藝， 從而控制鋼中氧含量， 降低鋼中夾雜物含量， 避免皮下夾雜的出現， 使帶鋼的塑韌性有很大改善。

參考文獻

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[3] 王勇. 電機法蘭盤螺釘斷裂分析[J] . 理化檢驗－物理分冊， 2004， 40 (7) ： 356-359

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2. http://bk.www.qpamc.cn/zb_users/upload/2022/05/202205101652169151349892.pdf

3. 原文出處：http://bk.www.qpamc.cn/post/CrackingTubeAnalysis.html