20#無縫鋼管開裂原因分析
今天在查看本站的微信公眾號steeltuber是 看到有一位粉絲問道“20#精密無縫管開裂是什么原因”？如下圖：
那好，我們今天就來說說鋼管開裂的原因。下方文章是公司質量檢驗部門多年前的一份分析報告，我們就從這份報告講起：
[摘要] 20#無縫鋼管按工藝要求進行冷彎成型時發生斷裂開裂。對其斷口開裂處材料的化學成分、力學位能和顯微組織進行分析。結果表明， 冷彎制斷裂屬于終軋溫度偏低所致。針對冷彎制斷裂開裂情況提出一些預防改造措施。
[關鍵詞] 20# 無縫管冷彎 斷裂 開裂 溫度 殘余應力
INVESTIGATION OF RUPTURE OF SEAMLESS TUBE IN STEEL 20# DURING COLD - BENDING PROCESS
[ Abstract ] Rupture occurred with the seamless tuhe in Steel 20 # during cold-hending formation process. Analysis are made to 由e rupture and chemical composition , mechanìcal properties and microstructure of the material. The outcome shows that the said rupture is caused hy rather low final rolling
temperature. Accordingly , preventive actions are proposed.
[ Key wordsJ seamless tuhe in steel 20# , cold-hending , rupture , temperature , residual stress
公司生產的一批 Φ76×5、20#、GB/T8163 的無縫管，供給用戶后，用戶在按工藝要求進行冷彎成型時，其中有三支鋼管彎到大約150°角時，發生斷裂開裂，斷口如下 圖1和圖2所示。用戶當即將斷裂的管段發回公司。為查明原因，對該節管段進行了試驗、分析。
1 理化檢驗
(1) 觀察斷口，在彎制時受拉應力的區域，鋼管壁厚減薄，表明其存在塑性變形，但放射線很短，剪切區較長，表明塑性變形不足。
(2) 在該節鋼管上取化學成分分析試樣，分析結果見表1。
化學成分符合GB/T8163中關于20#鋼化學成分規定要求。
(3 )在接近斷口位置取拉伸試樣，進行拉伸試驗，其力學性能檢測結果見表2。
由表2可見，3批材料試樣的屈服強度均較高，抗拉強度已接近標準值上限，伸長率遠低于標準值，屈強比相對較高。
(4) 在接近斷口位置取縱向金相試樣進行顯微組織觀察，其組織如圖3和圖4所示。
晶粒度:6~7 級，組織:F+P ，無明顯魏氏組織。鐵素體及珠光體分布不均勻，珠光體團的直徑差較大，形狀很不規則，且團界周邊過渡部分存在尖銳鋒角，有部分鐵素體沿縱向呈長條針狀分布。
(5) 把近斷口位置的剩余管段約3∞ mm 長進行910℃、25min 保溫正火處理。
取拉伸試樣檢驗，其結果如表3。
由表3可見，重新正火處理后，試樣的屈服強度及抗拉強度均恢復到正常水平，伸長率達到28% 左右，滿足標準中A≥20% 的規定，屈強比亦相對較低。
(6) 在正火管段上取縱向金相試樣，進行顯微組織觀察如下圖5和圖6。
晶粒度:8.5~9.5 級，組織:F +P 。呈等軸狀均勻分布，珠光體團直徑相差不大，形狀規則，周邊平直，無尖銳鋒角，鐵素體的顆粒大小也較均勻，無明顯沿縱向呈長條針狀分布的特征。
2 分析與討論
從理化檢驗結果可知，該20#無縫管僅僅從化學成分，顯微組織是符合技術要求的，但從力學性能檢測與顯微組織特征對比可知，該20#無縫管冷彎斷裂與熱處理工藝有關。
查生產原始記錄，此批鋼管為熱軋出成品管材，這符合上述圖3 、4 所示金相組織顯示的部分特征(晶粒度較正常正火組織粗大，珠光體團存在尖銳鋒角，鐵素體沿軋制方向被拉長等)。查檢驗原始記錄，此批鋼管拉伸性能一次性檢驗合格，無復驗記錄，其拉伸性能原始記錄為: Rel:395/415 MPa , Rm:525/515 MPa,A:24%/27% 0 結合用戶在使用中僅出現三支鋼管彎曲斷裂的現象，證明該批管子在生產中有部分是屬于非正常狀態。
由圖3 、4 所示的組織特征以及上述原始記錄可知，該支管子在熱軋過程中，終軋溫度偏低，即在Ar3 以下的兩相區，由于在該兩相區內，奧氏體化不完全，導致最后終軋變形引起的金屬晶體學缺陷如位錯、晶格畸變等產生的殘余應力，而后序過程又無法通過回復、再結晶來消除。換言之:加工過程引起的金屬材料的強化與硬化不能得到消除，最后又沒
有進行適當的正火，導致該支管子最終處于高殘余應力狀態。
然而該支管子在高殘余應力狀態下，當受到方向一致的彎制拉應力時，殘余應力與正常的拉應力相疊加，致使某些局部應力極大，以致使管材在不大的外力作用下產生微裂紋，使管材早期斷裂。
3 結論與建議
綜合以上分析，該20#無縫管冷彎斷裂是由于熱軋過程中終軋溫度偏低產生了高殘余應力，在按工藝冷彎制成型時產生的拉應力與其疊加，致使該管斷裂。為避免同類質量問題發生建議:
(1 )在鋼管軋制過程中，嚴格控制終軋溫度，避免在Ar3 以下的兩相區軋制;
(2) 果由于控制不當，已經出現同類現象，由上述正火處理后的拉伸性能及金相組織可知，對于低碳鋼而言:將軋制出的成品管進行一次910℃正火處理，即可使屈強比降低，伸長率顯著提高，從而可保證產品在塑性變形過程中抗細變薄能力提高，冷成性能力增強而達到標準規定的性能要求。
參考文獻
1.朱伏先，趙乾等.消除20鋼無縫鋼管冷彎成型角裂的預處理工藝試驗[J]. 鋼管， 2007，36(1) :21-25
以上的分析報告針對的是熱扎無縫鋼管的開裂的原因進行了分析，針對無縫鋼管精密管精軋管 我們也可以用同樣的道理來分析其原因。
鋼管發生了開裂現象，最最主要的原因是其內部產生了內應力，其在后期使用或加工過程中的某個時刻 觸發了這個應力 如果鋼管的基材沒有問題 建議進行熱處理 如退火 精密鋼管進行無氧退火處理 達到消除其內應力的目的。
另外還有一種原因 就是鋼管的材料是有問題的 可能是 劣質的鋼材 其內部的非金屬夾雜太多 導致材料很不穩定，非常容易開裂。
▲鋼管內部的細裂紋
還有一種可能 就是材料也沒有問題，精密鋼管的生產過程存在問題 最最主要的原因 可能就是 為了所謂的降低成本 鋼管軋制時 使用了強化工藝，兩道 甚至三道的工藝 被并成一道軋制完成 導致鋼管內部產生了細裂紋 這樣的鋼管是非常容易開裂的。
鋼管的生產 是一個嚴謹的過程，不可以馬虎大意，所以要認真對待，不要為了一點點的小利益，自欺欺人。到頭來 倒霉的還是自己。
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