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      SA-106C厚壁無縫鋼管冷彎裂紋原因淺析

      2020-09-15 07:41:12夏云峰周仲成邵忠偉胡永平
      大型鑄鍛件 2020年5期
      關(guān)鍵詞:無縫鋼管冒口熱處理

      夏云峰 周仲成 邵忠偉 胡永平

      (內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團(tuán)有限公司,內(nèi)蒙古014033)

      SA-106C是ASME SA-106標(biāo)準(zhǔn)中的鋼號,主要用于鍋爐中的水冷壁、過熱器、預(yù)熱區(qū)、熱交換器和管道等部位,使用壓力通常為6 MPa~14 MPa,蒸汽溫度450~580℃,屬于高壓容器用材料。

      SA-106C屬于珠光體鋼,鋼中較高的碳、錳含量在一定程度上能夠提高其強(qiáng)度和耐磨性,但同時(shí)也會(huì)造成其過熱敏感性增加,導(dǎo)致塑、韌性下降,加大冷彎裂紋產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。含Mn滲碳體的穩(wěn)定性不強(qiáng),在加熱過程中很容易完全溶于奧氏體當(dāng)中,而Mn鋼的臨界點(diǎn)亦較低,不能抑制奧氏體晶粒長大,因此,該鋼種在成型和熱處理過程中都要嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間,從而避免魏氏組織及冷彎裂紋的產(chǎn)生。

      1 SA-106C鋼的主要技術(shù)指標(biāo)

      SA-106C試驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分要求見表1,力學(xué)性能要求見表2。

      彎曲試驗(yàn)要求:對于直徑大于635 mm以及直徑與壁厚比(直徑與壁厚比=規(guī)定外徑公稱壁厚)小于等于7.0的公稱管應(yīng)做彎曲試驗(yàn)。彎曲試樣應(yīng)在室溫下彎曲180°,彎芯直徑為25 mm,在外側(cè)受彎部分不得發(fā)生開裂。

      金相組織要求為鐵素體+珠光體,實(shí)際晶粒度≥4.0級,極差≤3.0級。

      表2 SA-106C鋼的力學(xué)性能要求Table 2 Mechanical properties of SA-106C steel

      2 SA-106C無縫鋼管生產(chǎn)工藝流程

      3 熱處理及理化檢測

      選取兩個(gè)母材共計(jì)10支規(guī)格為?565 mm×105 mm×7000 mm(外徑×壁厚×長度)的SA-106C鋼擠壓無縫鋼管同爐進(jìn)行熱處理,熱處理工藝采用910℃+10℃,均溫1 h,保溫4 h。經(jīng)熱處理后,抽取其中6支檢測成品化學(xué)成分、力學(xué)性能及金相組織,檢測結(jié)果見表3~表5。

      圖1 冷彎斷裂試樣電鏡分析圖Figure 1 Electron microscopic analysis of cold bending fracture specimens

      表3 成品冒口端化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)Table 3 Chemical composition at riser offinished product(mass fraction,%)

      表4 力學(xué)性能檢測結(jié)果Table 4 Test results of mechanical properties

      表5 金相組織檢測結(jié)果Table 5 Test results of metallographic examination

      由以上數(shù)據(jù)可以看出,經(jīng)熱處理后,所抽檢的6支無縫鋼管其它各項(xiàng)性能均較好,但成品化學(xué)成分中C、Mn含量均較高,強(qiáng)度也偏高,且6支中有5支出現(xiàn)了冷彎裂紋,多次復(fù)檢裂紋依然存在,其中鋼管3和鋼管5還出現(xiàn)了冷彎斷裂,經(jīng)仔細(xì)分析對比發(fā)現(xiàn),沒有出現(xiàn)冷彎裂紋的鋼管3冒口端、鋼管4冒口端和錠尾端斷面收縮率分別為67.0%、60.5%和57%,位列前三位,沖擊也相對較為均勻,另外,通過對冷彎斷裂試樣電鏡分析,發(fā)現(xiàn)鋼中存在大量的MnS夾雜物及小空洞,見圖1。

      表6 補(bǔ)充回火后力學(xué)性能Table 6 Mechanical properties aftersupplementary tempering

      由此可見,熔煉過程中鋼液脫氧不良,真空度不夠?qū)е落撘杭儍舳炔粔?、化學(xué)成分及非金屬夾雜物分布不均勻,這是導(dǎo)致冷彎裂紋的主要原因,另外冒口端成分偏析嚴(yán)重,C、Mn含量偏高導(dǎo)致其強(qiáng)度偏高、韌性偏低也促使了冷彎裂紋的產(chǎn)生。根據(jù)以上情況,經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員認(rèn)真分析研究,決定對此批10支無縫鋼管進(jìn)行補(bǔ)充回火,適當(dāng)降低其強(qiáng)度,提高塑性和沖擊韌性,從而減輕或避免冷彎裂紋的產(chǎn)生。補(bǔ)充回火工藝最終確定為670℃+10℃,均溫2 h,保溫4 h,經(jīng)補(bǔ)充回火后對10支鋼管逐支進(jìn)行力學(xué)性能檢測,檢測結(jié)果見表6。

      由以上數(shù)據(jù)可以看出,經(jīng)補(bǔ)充回火后鋼管強(qiáng)度平均下降約30 MPa,抗拉強(qiáng)度平均下降約50 MPa,但斷面收縮率都大幅度提高,綜合性能良好,冷彎裂紋也得到了完全消除。

      4 結(jié)論

      本次試驗(yàn)表明,對于SA-106C要想獲得較好的綜合性能,需從以下幾個(gè)方面采取措施:

      (1)嚴(yán)格控制煉鋼過程,提高鋼的純凈度,降低鋼中P、S等有害元素含量,對鋼中C、Mn含量在更窄的范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)控。

      (2)當(dāng)鋼中C、Mn含量或夾雜物含量偏高時(shí),可通過適當(dāng)調(diào)整正火工藝參數(shù),降低正火出爐后鋼管冷卻速度,必要時(shí)可采取正火+回火工藝,提高其塑性及沖擊韌性,避免冷彎裂紋的產(chǎn)生。

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