鋼管低倍酸蝕檢驗缺陷分析

宋 娟 瞿婷婷 蔡 克 仝 珂

(中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院 陜西 西安 710077)

0 引 言

鋼管的低倍宏觀組織檢驗是用肉眼(目視)或在不大于10 倍的放大鏡下檢驗其宏觀組織和缺陷。常用的檢驗方法有低倍酸蝕檢驗、斷口檢驗、硫印試驗等。低倍酸蝕檢驗它具有視域大、范圍廣的特點，能全面觀察和了解鋼管外部與內(nèi)部的各種宏觀缺陷，如離層、折疊、裂紋、偏析、非金屬夾雜物等，被廣泛的應(yīng)用在鋼管的生產(chǎn)檢測過程中，是鋼管常規(guī)檢測項目的重要組成部分。

1 樣品背景

隨機抽取Φ114.3 mm ×6 mm20#鋼管(1#試樣)和Φ1 820 mm×18 mm Q235B 鋼管(2#試樣)兩種鋼管管體(均為新管)進行低倍檢驗。試樣為隨機從鋼管管體截取的橫向試樣，試樣經(jīng)240#，600#，1000#砂紙磨制，采用熱酸浸蝕法，依據(jù)GB/T 226 -1991［1］配制鹽酸-水溶液腐蝕劑，將腐蝕劑置于數(shù)顯恒溫加熱爐上進行加熱，溫度控制在70℃，浸蝕15 min 后取出試樣，用熱水沖洗并用毛刷刷洗試樣表面，迅速吹干后進行觀察。發(fā)現(xiàn)試驗后試樣檢驗面存在明顯線狀宏觀低倍酸蝕缺陷，缺陷宏觀形貌如圖1、圖2 所示。

1 1#試樣管體熱酸浸蝕后形貌

2 2#試樣管體熱酸浸蝕后形貌

2 鋼管管體理化性能結(jié)果

1#試樣檢驗依據(jù)GB 3087 -2008［2］，2#試樣檢驗依據(jù)GB/T 3091 -2008［3］，實驗過程中使用的設(shè)備有ARL 4460 直讀光譜儀，SHT 4106 材料試驗機。鋼管管體化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。鋼管管體力學(xué)性能分析結(jié)果見表2。

表1 鋼管管體化學(xué)成分分析結(jié)果(wt%)

3 非金屬夾雜物檢測

對1#和2#試樣隨機取管體縱向試樣在Leica MEF4M 金相顯微鏡上進行非金屬夾雜物的檢測，發(fā)現(xiàn)兩組試樣中均存在大量硫化物夾雜，較嚴重視場硫化物夾雜形貌如圖3、圖4 所示。

圖3 1#試樣管體夾雜物形貌

圖4 2#試樣管體夾雜物形貌

4 低倍酸蝕缺陷金相分析和掃描電鏡能譜分析

4.1 低倍酸蝕后缺陷試樣的金相分析

分析中對低倍酸蝕缺陷試樣進行橫向和縱向切割，然后磨拋觀察金相組織。

1#試樣:觀察縱截面，明顯可見酸蝕缺陷沿夾雜物延伸特征，如圖5 所示;對圖5 所示表面用2%硝酸酒精溶液腐蝕后觀察顯微組織，試樣有鐵素體偏析帶，且夾雜物明顯沿組織偏析帶分布，如圖6 所示;輕微磨拋后觀察低倍酸蝕缺陷試樣橫截面顯微組織，進一步表明酸蝕缺陷沿組織偏析帶分布特征，組織偏析帶內(nèi)可見夾雜物，圖7 所示。

圖5 1#試樣拋光面(縱向)

圖6 1#試樣顯微組織(縱向)

2#試樣:磨拋后觀察低倍酸蝕缺陷試樣橫截面顯微組織，基體組織為鐵素體+珠光體+少量魏氏組織鐵素體，見圖8;試樣組織有明顯鐵素體偏析帶，且偏析帶內(nèi)分布有大量夾雜物，如圖9、圖10 所示。

圖7 1#試樣顯微組織(橫向)

圖8 2#試樣無偏析帶顯微組織(橫向)

4.2 掃描電鏡能譜分析

對1#和2#酸蝕缺陷試樣所發(fā)現(xiàn)夾雜物，用TESCAN VEGA-Π 掃描電鏡進行能譜分析，結(jié)果表明，夾雜物為MnS 類，能譜分析結(jié)果如圖11、圖12 所示。

圖9 2#試樣偏析帶顯微組織(橫向)

圖10 2#試樣偏析帶內(nèi)夾雜物特征(圖9 放大)

5 綜合分析

1#和2#樣品鋼管為低鋼級鋼管，鋼管管體化學(xué)成分、力學(xué)性能均符合現(xiàn)行產(chǎn)品標準要求。鋼管管體存在大量硫化物夾雜，能譜分析表明夾雜物為MnS 類。MnS夾雜屬于內(nèi)生非金屬夾雜物，在室溫下MnS 夾雜與鋼材基體的結(jié)合力很弱，嚴重破壞了鋼材基體的連續(xù)性。研究表明MnS 夾雜物是造成鋼沖擊性能下降的重要原因，夾雜物含量越高，鋼的沖擊韌性越低［4］。上述兩種試樣的產(chǎn)品標準未對管體沖擊韌性，低倍檢驗及夾雜物做出明確規(guī)定。

圖11 1#試樣夾雜物能譜分析曲線

圖12 2#試樣夾雜物能譜分析曲線

偏析帶組織的形成與鋼中非金屬夾雜物有直接的關(guān)系［5］，本文涉及的1#和2#樣品組織都有嚴重鐵素體偏析帶，且MnS 夾雜物分布于偏析帶內(nèi)，判斷均為MnS 夾雜物造成。

低倍酸蝕檢驗的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，鋼的不均勻性和缺陷之所以能用浸蝕來顯示，是因為它們以不同的速度與浸蝕劑起反應(yīng)，產(chǎn)生選擇性腐蝕，而缺陷越嚴重偏析越厲害，腐蝕越顯著。本文分析表明出現(xiàn)的線狀缺陷不是分層缺陷，而是夾雜物和組織偏析共同作用產(chǎn)生的不均勻電化學(xué)腐蝕結(jié)果。由于大量MnS 夾雜物、鐵素體偏析帶被浸蝕劑有選擇性的浸蝕，從而使檢測樣品表現(xiàn)出可見的線狀浸蝕缺陷特征。

由以上分析可判斷低倍酸蝕檢驗中出現(xiàn)的線狀缺陷是因MnS 夾雜物、鐵素體偏析帶被浸蝕劑有選擇性的浸蝕所致。

6 結(jié)論與建議

1)所檢測兩類鋼管管體中存在大量MnS 夾雜，這種缺陷是不被允許的，這使鋼管在服役中存在嚴重隱患，但現(xiàn)行產(chǎn)品標準中并未要求進行此方面的檢驗，建議產(chǎn)品標準中增加沖擊韌性、夾雜物和低倍酸蝕檢驗等檢測項目，從而對產(chǎn)品做出更全面的評判。

2)大量的MnS 夾雜物使低鋼級鋼管管體組織形成嚴重的鐵素體偏析帶。

3)低倍酸蝕缺陷是由MnS 夾雜物造成，且沿MnS 夾雜物和鐵素體偏析帶呈線狀分布。

［1］冶金部鋼鐵研究總院.GB/T 226 -1991 鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法［S］.國家技術(shù)監(jiān)督局，1991.

［2］全國鋼標準化技術(shù)委員會.GB 3087 -2008 低中壓鍋爐用無縫鋼管［S］.中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會，2009.

［3］全國鋼標準化技術(shù)委員會.GB/T 3091 -2008 低壓流體輸送用焊接鋼管［S］.中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會，2008.

［4］辛士進，董 瑩，董立松，等.低倍缺陷對38CrSi 鋼力學(xué)性能的影響［J］.金屬熱處理.2012，04:122 -123.

［5］王愛霞.鋼中非金屬夾雜物對顯微組織的影響［J］. 寬厚板.2006，12(5):1 -3.