Q235B焊管橫裂缺陷分析

李鳳麗，李玉崗，谷召坤，路晨龍

（天津榮程聯(lián)合鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300352）

0 引言

焊接鋼管是以熱軋鋼帶為原料，經(jīng)冷彎成型后，通過焊接而成的有縫鋼管，包括ERW、SSAW焊接鋼管等，其生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高，廣泛應(yīng)用于各種低壓流體輸送管、工程結(jié)構(gòu)件等。某Q235B牌號的ERW焊管在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)橫裂，無法正常使用。本文通過對比相同規(guī)格橫裂鋼管和正常鋼管的各理化檢驗(yàn)結(jié)果，分析了橫裂的產(chǎn)生原因，并根據(jù)工藝追溯提出了優(yōu)化建議。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀形貌

通過觀察發(fā)現(xiàn)，橫裂于裁邊原料鋼帶的邊部、焊接前的卷管成型過程中產(chǎn)生，如圖1所示，橫裂無規(guī)律分布于未熔合焊縫的一側(cè)。橫裂斷口有結(jié)晶顆粒，無塑性變形，如圖2所示，其裂紋源放射線集中于裁邊側(cè)；掃描電鏡觀察斷口為典型的解理脆斷形貌，其河流花樣如圖3所示。

1.2 化學(xué)成分

橫裂鋼管和正常鋼管化學(xué)成分如表1所示。由表1可知，化學(xué)成分均符合GB/T700—2006碳素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235B牌號要求，但是橫裂鋼管的磷含量較高。

表1 化學(xué)成分 /%

另外對比二者氣體含量發(fā)現(xiàn)，橫裂鋼管的氮含量亦較高，如表2所示。

表2 氣體含量 /×10-6

圖1 橫裂缺陷

圖2 橫裂斷口形貌

圖3 解理河流花樣

1.3 力學(xué)性能

橫裂鋼管和正常鋼管均分別截取周向（即原料鋼帶的橫向）邊部、1/4處和中部試樣進(jìn)行縱向拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)對比，如表3所示。由表3可知，橫裂鋼管的斷后伸長率較低，并且沖擊吸收功均＜5J，尤其較低。

表3 力學(xué)性能

1.4 顯微組織

圖4和圖5分別為橫裂鋼管和正常鋼管的基體顯微組織。由圖4、圖5可見，基體顯微組織均為正常的鐵素體+珠光體，但是橫裂鋼管的鐵素體晶粒明顯粗大，為7.5級；正常鋼管的鐵素體晶粒細(xì)小，為9.5級；另外橫裂鋼管的珠光體片層比較明顯。

圖4 橫裂鋼管顯微組織

圖5 正常鋼管顯微組織

2 原因分析及工藝追溯

（1）如前文所述，橫裂鋼管磷、氮含量較高。磷含量高，容易引起“冷脆”現(xiàn)象，且[N] 和[P] 一樣是造成鋼冷脆的主要原因。低碳鋼中的溶解氮使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度上升，即鋼冷脆現(xiàn)象加重[1]。另外，粗大鐵素體晶粒和珠光體片層的顯微組織，進(jìn)一步降低了橫裂鋼管的韌性。橫裂鋼管力學(xué)性能表現(xiàn)出來的塑性（斷后伸長率）和韌性（沖擊吸收功）較差問題，真實(shí)地反映了磷、氮含量高以及晶粒粗大對其的影響。

由于焊管生產(chǎn)是冷加工過程，原料鋼帶不進(jìn)行熱處理，同時(shí)橫裂缺陷產(chǎn)生于焊接前，因此橫裂缺陷非焊管生產(chǎn)工藝導(dǎo)致，系原料鋼帶化學(xué)成分磷、氮含量高以及顯微組織晶粒粗大導(dǎo)致。

（2）追溯工藝發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)橫裂鋼管的原料鋼帶在冶煉和軋制過程中存在嚴(yán)重的工藝問題。

首先，在煉鋼工序，由于轉(zhuǎn)爐出鋼口局部侵蝕嚴(yán)重，在擋渣出鋼過程中出現(xiàn)下渣，鋼水回磷導(dǎo)致磷含量較高；如果出鋼口的形狀不規(guī)則，鋼流容易散流，增大了鋼液與空氣的接觸面積，極大地增加了增氮的幾率[2]，鋼水氮含量亦較高。其次，在軋鋼工序，終軋溫度較高，同時(shí)，鋼帶為保證頭部卷取和避免尾部散卷，在層流冷卻工藝中集管未設(shè)定頭部常開組和尾部加開組，從而導(dǎo)致一方面通條鋼帶相變前的奧氏體晶粒粗大；另一方面鋼帶頭、尾冷卻強(qiáng)度較低，在共析轉(zhuǎn)變高溫區(qū)緩慢冷卻，鐵素體晶粒更加粗大，降低了力學(xué)性能。

3 結(jié)論及建議

（1）原料鋼帶化學(xué)成分磷、氮含量高以及顯微組織晶粒粗大，共同導(dǎo)致其塑性和韌性差、脆性大。由于原料鋼帶脆性大，于裁邊側(cè)產(chǎn)生應(yīng)力集中，在應(yīng)力集中處形成裂紋源，在卷管成型時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)展，從而導(dǎo)致出現(xiàn)邊部橫裂。

（2）及時(shí)維護(hù)轉(zhuǎn)爐出鋼口，使用擋渣錐擋渣出鋼，杜絕出鋼下渣和散流，以減少磷、氮有害元素的含量；降低終軋溫度，層流冷卻工藝根據(jù)厚度規(guī)格設(shè)定頭部集管常開組和尾部集管加開組，改善相變前后的工藝條件，以保證鋼帶獲得良好的性能和組織。