20#鋼鋼管冷拔脆性開裂原因分析

蘇禎祺， 徐旋旋， 朱文凱， 趙 宜

(中天鋼鐵集團有限公司，江蘇 常州 213011)

引 言

20#鋼由于其韌性高、強度適中、制造方便等特點，成為壓力管道乃至高壓管道的常用材料。某鋼管廠生產20#鋼鋼管工序為：原材料下料(Φ50 mm×(1100～1500)mm)→1200℃加熱穿孔軋毛管 →酸洗、磷化、皂化→第一道冷拔(毛管拉拔至Φ42,38,36 mm三種規格)→第二道冷拔(將第一道拉拔鋼管分別拉拔至Φ34,32,30 mm三種規格)→矯直→切頭。某批次生產時，在第一道冷拔過程中的冷拔后期或冷拔剛完成后則出現大量的鋼管脆性開裂現象，或在鋼管堆放過程中因鋼管碰撞或跌落而產生縱向脆性開裂。

1 開裂原因分析

1.1 鋼管開裂宏觀形貌

開裂鋼管裂紋呈長條、直線狀沿縱向分布，部分地方開裂十分嚴重，裂紋長度達約1000 mm，并貫穿管壁；裂面平直，可見撕裂“人”字紋，屬于一次性瞬時脆性開裂，如圖1所示。

1.2 裂面微觀形貌

使用蔡司掃描電鏡觀察開裂裂面微觀形態，分別如圖2,3所示。開裂裂面微觀形貌均為解理脆性斷裂，并存在較多的二次裂紋，解理面上的河流花樣的源頭可見許多細小的碳氮化物析出相。

圖3 開裂裂面微觀形貌(二)

1.3 化學成分

在開裂20#鋼鋼管上取樣，使用德國超譜公司QSN750型直讀光譜儀及ON836氣體分析儀進行化學成分分析，結果如表1,2所示，可見該批開裂20#鋼鋼管的化學成分符合GB/T699-2015《優質碳素結構鋼》標準要求；微合金元素及有害元素含量非常低，但鋼中氮含量異常偏高，達到了260×10-6。

表1 20#鋼鋼管的化學成分/%

表2 20#鋼鋼管的微量元素/%

1.4 力學性能及硬度測試

在開裂的20#鋼鋼管上取樣進行力學性能及硬度測試，結果如表3所示。……