SUS304不銹鋼焊管起皮缺陷分析

岳好明 陳茂敬 宋 敏

(1. 山東泰山鋼鐵集團(tuán)研究所，山東271100；2. 山東泰山鋼鐵集團(tuán)不銹鋼廠，山東271100)

SUS304不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和焊接性能，其焊管廣泛應(yīng)用于液體輸送用管、飲用水管、食品衛(wèi)生用管等領(lǐng)域。某公司使用SUS304不銹鋼熱軋板彎曲成型制成焊管，后經(jīng)酸洗、打磨，外表面出現(xiàn)了類似魚鱗鱗片狀的起皮缺陷。針對這一現(xiàn)象，從起皮焊管宏觀形態(tài)、化學(xué)成分、金相組織、掃描電鏡微區(qū)分析等方面入手進(jìn)行了詳細(xì)分析，總結(jié)出缺陷形成原因。

1 試驗(yàn)方法

①觀察、分析魚鱗狀起皮缺陷的宏觀形態(tài)特征。

②截取小塊試樣，利用光電直讀光譜儀分析焊管化學(xué)成分，并與GB/T4237—2007《不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶》進(jìn)行對比分析。

③在起皮缺陷明顯的部位截取縱向試樣和橫向試樣，評定非金屬夾雜物級別，觀察金相組織及缺陷部位微觀形態(tài)特征，分析缺陷與組織狀態(tài)的關(guān)系。非金屬夾雜物評級和金相組織觀察分別參照GB10561—2005《鋼中非金屬夾雜物顯微評定方法》和GB/T13298—1991《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》。

④利用XL-30掃描電子顯微鏡進(jìn)行微區(qū)分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 起皮焊管宏觀形態(tài)特征

圖1所示為304不銹鋼焊管起皮缺陷宏觀形態(tài)特征?？梢钥闯觯鹌と毕蓊愃启~鱗鱗片，沿卷管方向張開，并有部分區(qū)域已經(jīng)脫落。用磁鐵檢測發(fā)現(xiàn)焊管具有微磁性。

圖1 焊管起皮缺陷部位宏觀形貌Figure 1 The appearance for peeling defect of the welded pipe

2.2 化學(xué)成分分析

表1是304焊管化學(xué)成分實(shí)測值與國家標(biāo)準(zhǔn)對照表。結(jié)果顯示，各化學(xué)元素含量均在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，S、P等雜質(zhì)元素含量較低，成分控制符合要求。

表1 304焊管化學(xué)成分與標(biāo)準(zhǔn)對照表(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The chemical composition comparisonTable between the 304 welded pipe and standard(mass fraction, %)

2.3 金相分析

(1)非金屬夾雜物評級

表2 夾雜物評級表Table 2 The grade chart of inclusions

由圖2和表2可知，非金屬夾雜物以A類和C類為主。其中A類硫化物夾雜物為1.0級，C類硅酸鹽非金屬夾雜物為1.5級，其余均為0.5級。夾雜物級別不高，對材料性能影響不大。

(2)起皮缺陷及正?；w部位金相分析

圖3a、圖3b顯示，焊管內(nèi)外表面均呈破碎狀，有明顯的沿晶開裂傾向，最深達(dá)200 μm左右；圖3c為腐蝕后裂紋與基體過渡區(qū)的微觀形貌，進(jìn)一步證實(shí)焊管表面裂紋確為沿晶分布，且發(fā)現(xiàn)尚未開裂的奧氏體晶界上存在較多的顆粒狀第二相；遠(yuǎn)離焊管表面的中心部位組織為奧氏體+沿晶析出相，奧氏體晶界較平直，如圖3d所示。

2.4 掃描電鏡分析

圖4所示為奧氏體晶界析出相掃描電鏡圖片。經(jīng)微區(qū)能譜分析，其成分主要是C、Cr、Fe、Ni，含量分別為9.95%、16.76%、65.77%、7.51%。該晶界析出相應(yīng)為(Cr、Fe)23C6。

3 分析討論

通過金相分析發(fā)現(xiàn)，焊管內(nèi)外表面均存在明顯的沿晶破碎區(qū)，最深達(dá)200 μm左右，尚未開裂的奧氏體晶界上有大量的顆粒狀析出相；通過掃描電鏡微區(qū)能譜分析，其顆粒狀析出相主要為(Cr、Fe)23C6。

SUS304不銹鋼熱軋板卷板溫度一般在860℃以上，卷板后將緩慢通過400～850℃這段Cr碳化物析出敏感溫度區(qū)間，析出的Cr碳化物沿奧氏體晶界分布，造成晶界附近貧Cr，增大了晶間腐蝕傾向[1]。

在后續(xù)使用過程中，為消除晶間腐蝕，必須先進(jìn)行1 050℃固溶處理，使Cr碳化物固溶于奧氏體基體內(nèi)。但經(jīng)調(diào)查，該公司在使用304不銹鋼熱軋板制作焊管時，未經(jīng)固溶處理，直接進(jìn)行酸洗、打磨，后出現(xiàn)魚鱗狀起皮缺陷

(a)硫化物夾雜物 200×(b)硅酸鹽類夾雜物 200×圖2 夾雜物形貌Figure 2 The appearance of inclusions

(a)腐蝕前焊管外表面破碎區(qū)形貌 200×(b)腐蝕前焊管內(nèi)表面破碎區(qū)形貌 200×

(c)表面沿晶裂紋與基體過渡區(qū)形貌1000×(d)正?；w部位金相組織1000×圖3 起皮缺陷及正?；w部位金相組織圖片F(xiàn)igure 3 The metallurgical structure pictures of peeling defect and normal region

圖4 晶界析出相掃描電鏡圖片F(xiàn)igure 4 The scanning electron microscope image of grain boundary precipitates

。

因此，可以斷定產(chǎn)生魚鱗狀起皮缺陷的原因是：制管后未經(jīng)固溶處理直接進(jìn)行酸洗，產(chǎn)生了晶間腐蝕裂紋，而后在焊管表面拉應(yīng)力和磨削應(yīng)力的共同作用下，產(chǎn)生了魚鱗狀起皮缺陷。

4 結(jié)論

SUS304不銹鋼焊管產(chǎn)生魚鱗狀起皮缺陷的原因是：制作焊管后，沒有進(jìn)行固溶處理，酸洗時奧氏體晶界Cr碳化物引起晶間腐蝕裂紋，而后在焊管表面拉應(yīng)力和磨削應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生魚鱗狀起皮缺陷。

[1] 陸世英.不銹鋼概論[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社.