鋼管熱處理裂紋產生原因及防止辦法

精密鋼管及小型無縫鋼管在熱處理過程中所產生的裂紋,通常是由于熱處理的溫度、加熱方法和冷卻方式等不恰當引起的。常見的熱處理裂紋有淬火裂紋、回火裂紋和磨削裂紋,正確認識裂紋產生原因及防止辦法能提高精密鋼管及無縫鋼管的熱處理效果。

眾所周知,無縫鋼管淬火時所需的必要條件為:鋼材所必須的淬火溫度和淬火時的冷卻速度。例如,當淬火的鋼材為碳素鋼時,鋼的淬火溫度約為800～850℃,在此溫度時應快速冷卻,低于這個溫度就不可能獲得必須的淬火硬度,但是另一方面,又可能會有淬火裂紋的出現。為了既獲得淬火時的效果又不至于產生裂紋,就必須注意以下兩點:一是鋼在轉變點(Ar')以上,應以極快的冷卻速度進行冷卻;二是鋼在轉變點(Ar")開始即所謂的“危險區域”范圍內時應緩慢冷卻。

熱處理無縫鋼管在淬火過程中的裂損情況一般可歸納為三種,即淬火裂紋、回火裂紋和磨削裂紋。下面分別概述它們的形成原因及防止辦法。

一、淬火裂紋:

淬火裂紋是在無縫鋼管淬火過程中,所產生的開裂現象。

(一)淬火裂紋產生的原因:

是由于鋼在硬化時的組織應力即奧氏體轉變為馬氏體時所產生的應力超過鋼的抗張強度時發生的一種裂損現象。具體原因為:

1.鋼管在淬火冷卻過程中,鋼的內部未經淬透,當內外溫差很大時,就中斷了冷卻從而產生裂紋;

2.無縫鋼管表面有嚴重的缺陷,淬火時易產生裂紋;

3.淬火以后,未立即進行回火而是長時期的擱置也易產生裂紋;

4.由于第一次淬火不符合要求,重復淬火之前未進行退火處理易產生裂紋;

5.當淬火的無縫鋼管幾乎完全冷透的瞬間易產生裂紋;

6.無縫鋼管從淬火液中取出之后易產生裂紋;

(二)淬火裂紋發生的位置。

1.無縫鋼管的形狀較為復雜,裂紋易發生在斷面厚薄不勻處;

2.鋼的內部結構組織發生偏析的部分;

3.無縫鋼管有尖角、鉆孔或凹穴處。

(三)防止淬火裂紋的方法。

1.當無縫鋼管淬火冷卻時,在冷透之前不中斷冷卻,尤其是在馬氏體開始轉變到轉變終了之間,應緩慢冷卻;

2.采用熱浴淬火法和等溫淬火法;

3.應把無縫鋼管的尖角、孔眼或凹穴處用耐火粘士、金屬絲或石棉線等纏繞包好;

4.淬火后應立即進行回火;

5.當無縫鋼管需要進行二次或三次反復淬火時,中間必須有退火的工序。

二、回火裂紋:

回火裂紋是已經淬火硬化后的鋼在進行回火處理時所發生的開裂現象。碳素鋼不易產生回火裂紋,高速鋼易產生回火裂紋。

(一)回火裂紋產生的原因:

1.回火過程中加熱速度過快,易產生裂紋;

2.鋼的表面尚留有脫碳層,在回火過程中,鋼的中心部分殘留奧氏體已轉變為馬氏體而進行膨脹,但是脫碳部分因含碳量少不能發生轉變,結果由于內部轉變發生膨脹使表面層承受過大的張力,以致產生龜裂即回火裂紋。

(二)防止回火裂紋的方法:

1.在回火加熱和冷卻時采用緩冷的方法;

2.如果無縫鋼管的表面有脫碳層時,必須先去除脫碳層后才可進行回火。

三、磨削裂紋:

是由于用砂輪磨削時持續的時間過長,因而無縫鋼管表面產生較高的溫度,如果磨削溫度達到200～300℃時,裂紋便在冷卻過程中自然顯現出來。

(一)磨削裂紋產生的原因:

1.主要原因是砂輪磨削表面時表層溫度達150～200℃,使鋼的表面組織發生“回火”即鋼的表面淬火馬氏體組織轉變為回火馬氏體組織,這種轉變使鋼的表面體積收縮,而鋼的內部不發生組織轉變體積也不產生變化,這種表層收縮而內部不收縮產生的局部龜裂紋就被稱為“第一次磨削裂紋”;

2.次要原因是砂輪磨削表面時表層溫度達300℃左右時,表層“回火馬氏體”組織轉變為托氏體組織,使表層產生收縮,而產生裂紋即“第二次磨削裂紋”。

(二)磨削裂紋防止辦法:

1.當無縫鋼管要進行磨削加工之前,可預先以200℃左右的溫度進行回火以防止“第一次磨削裂紋”,或中間以300℃的溫度進行回火以防止“第二次磨削裂紋”。

2.對含碳量比較高的鋼,應使碳化物進行球狀處理后再磨削加工。

四、總結:

熱處理過程中裂紋產生的現象、原因及防止辦法就根據無縫鋼管及精密鋼管的成分、用途、形狀等區別對待并正確運用,才能提高熱處理的最終效果。