管坯用钢P280GH分层缺陷鉴定及分析.pdf

DOI:10.16683/J.CNKI.ISSN1674-0971.2023.2028前言无缝钢管在钢材行业占有重要地位，被广泛应用于石油、核能、航天、航空、机械等行业，用途重要且关键，这对管坯的各项指标要求较严，尤其是钢管的内部质量，要求无损检测合格，无分层、无夹渣等缺陷。王世明对管坯分层缺陷进行研究，发现无缝钢管中存在的分层缺陷,会对材料的塑性以及韧性带来影响，甚至会对其疲劳性能以及耐腐蚀的性能带来严重影响1。田党等人研究表明钢管分层缺陷实际是钢管壁厚中间区域和靠近内表面区域存在着异常夹杂物2。这些异常夹杂物与基体金属的边界没有开裂，使用超声测厚仪或超声波探伤仪可以发现这种缺陷3，是鉴定分层缺陷最为有效的一种方法。某管坯厂采用锻坯生产630X58 mm管坯，生产工艺为：坯料冷定心加热穿孔在线定径热处理取样理化检验矫直磨内孔磨外圆人工修磨无损检验+盲区划线切除初检划线成品锯切表面抛光成品台检及喷标入库。在加工后超声波全长测厚过程中发现钢管端头多处存在分层缺陷。在缺陷处切开，发现小管坯用钢P280GH分层缺陷鉴定及分析赵艳荣张泽春夏伟鹤（建龙北满特殊钢有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161041）摘要：针对P280GH无缝钢管管坯穿管后出现分层缺陷，利用直读光谱仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪进行分析，确定缺陷类型，同时查证生产过程，确定缺陷形成原因。结果表明：P280GH钢管中存在的分层缺陷，是因为成材率高，钢锭冒口切除不干净，滞留在钢锭冒口端的Al2O3 非金属夹杂物在管坯轧制过程中，沿着轧制方向分布在钢管，形成分层。关键词：P280GH；管坯；分层；非金属夹杂物中图分类号：TG142.1文献标识码：B文章编号：1674-0971（2023）-002-04Identification and analysis of delamination defects in steelP280GH for pipeZhao Yanrong,Zhang Zechun,Xia Weihe（Jianlong Beiman Special Steel Co.,Ltd.,Qiqihar 161041,Heilongjiang,China）Abstract:In response to the delamination defect of P280GH seamless steel pipe blank after threading,directreading spectrometer,optical microscope,scanning electron microscope,and energy spectrometer were used to ana-lyze and determine the type of defect.At the same time,the production process was verified to determine the causeof defect formation.The results indicate that the delamination defect in P280GH steel pipe is due to the high yieldrate and inadequate removal of the steel ingot riser.The Al2O3 non-metallic inclusions trapped at the riser end ofthe steel ingot are distributed along the rolling direction during the pipe blank rolling process,forming delaminationin the steel pipe.Keywords:P280GH,pipe,delamination,non-metallic inclusions收件日期：2023-3-11作者简介：赵艳荣，女，（1989-），工程师，现工作于建龙北满特殊钢有限责任公司研发部，从事钢铁材料研发工作。特钢技术Special Steel Technology第29卷 总第115期2023年第2期Vol.29（115）2023.No.2裂纹缺陷。本文针对管坯分层缺陷进行进一步分析，并提出有效措施。对于此处小裂纹缺陷进行理化检验，利用直读光谱仪、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪进行分析，确定缺陷类型，同时查证生产过程，确定缺陷形成原因，并制定出改善措施。1检测分析1.1 宏观分析钢管在进行超声波全长测厚时，发现钢管其中一段出现多处分层现象，分层发生在钢管端头1.43 m区域内。取管坯其中1处分层，宏观试样如图1所示，在划线区域内存在探伤不合。1.2 成分检验在管坯缺陷位置进行化学成分分析，按 GB/T4336-2002 碳素钢和中低合金钢火化源原子发射光谱分析方法（常规法）检测方法，采用直读光谱仪进行成分检测，检测结果见表1，管坯分层缺陷处化学成分符合标准成分。1.3 金相检验分析对管坯缺陷裂缝进行非金属夹杂物检验，据GB/T10561-2005 钢 中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法 进行评级，结果如表2第29卷第2期赵艳荣 张泽春 夏伟鹤：管坯用钢P280GH分层缺陷鉴定及分析图1 宏观缺陷试样Fig.1 Macroscopic defect sample表1 化学成分（wt，%）Table 1 Chemical composition(wt，%)表2 非金属夹杂物评级结果图2 非金属夹杂物Fig.2 Non-metallic inclusion图3 裂缝微观形态Fig.3 Fracture micro-morphology元素标准成分缺陷试样C0.200.18Si0.170.350.27Mn1.301.451.36P0.0150.006S0.0100.004Cr0.160.240.18Ni0.250.04Mo0.080.02V0.040.01Cu0.150.07Al0.025 0.0450.039类别标准试样A类细1.51.0粗1.50.5B类细1.52.0粗1.52.0C类细1.00粗1.00D类细1.50.5粗1.50.5DS类1.50.5 48所示，B类夹杂物比较严重，粗系和细系均为2.0级，超出标准，其它符合标准要求，如图2所示。在光学显微镜下观察缺陷裂缝整体形态，裂缝整体较直、并且较长，测量其长度约为 5374.86m，整条裂缝中间、尾端有分叉现象。裂缝周围存在较严重的B类非金属夹杂物，如图3所示。经4%硝酸酒精腐蚀后，采用光学显微镜观察其组织，基体组织与裂纹处组织均为铁素体+珠光体，组织正常，裂纹处未发现脱碳现象，如图4所示。1.4扫描电镜分析为进一步确定氧化物成分，采用扫描电镜能谱分析，能谱结果显示，非金属夹杂物以氧化铝为主，存在少量钙、镁、钛、钠、硅的氧化物。面扫结果显示铝元素的数量多，分布于整个裂缝，钙、镁、钛、钠、硅元素含量少，与能谱分析相一致。2过程查证查证生产过程，冶炼过程采用二盘浇注，浇注过热度58，发生缺陷管坯为第二盘浇注，生产过程未发现异常；锻造过程利用水压机采用镦粗+拔长工艺，锻至毛坯工艺尺寸，总锻比 5.4，成材率75.5%，相较于理论成材率71%，实际成材率高。3讨论分析管坯在制管成型后，超声波全长测厚时，发现钢管其中一段出现多处分层现象，分层发生在钢管端头1.43 m区域内，宏观分析，裂缝沿着轧制方向分布在靠近管坯内表面位置，并且断续分布，本文中检测分析的裂缝长度约5374.86 m。经光学显微镜分析，裂缝处存在严重的非金属氧化物，经能谱分析，是以氧化铝为主，存在少量钙、镁、钛、钠、硅的氧化物，此夹杂物以Al2O3为主。结合整个生产过程，实际成材率75.5%，相较于理论成材率71%高。钢管缺陷长度1.43 m，处于钢锭冒口端，重610 kg，排除之后，成材率71.47%，从而确认此缺陷是钢锭冒口未切除干净导致，且钢锭为二盘浇注，第二盘浇注时温度降低浇注温度自然略低，认为该夹杂物是浇注凝固过程中二次氧化的Al2O3，作为形核质点吸附保护渣形成B类非金属夹杂物未及时上浮，滞留在靠近钢锭冒口端，同时冒口切除量较小，经管坯轧制变形发生延伸，从而在钢管中形成分层缺陷。4措施针对分层产生的原因，根据以上分析，制定以下措施：（1）优化浇注温度与浇注速度，尤其是二盘浇注，注意过热度的设置，避免因过热度低等问题导致非金属夹杂物的产生及聚集，从而提高钢水的纯第29卷第2期特钢技术基体组织缺陷处组织图4 显微组织形貌Fig.4 Microstructure morphology图5 能谱分析图Fig.5 Energy spectrum analysis diagram元素O KMg KAl KCa KTi KMn KFe K总量重量百分比49.570.6840.924.801.260.562.21100.00原子百分比64.030.5831.342.470.550.210.82元素O KNa KAl KFe K总量重量百分比11.781.338.0078.89100.00原子百分比29.412.3211.8456.43元素O KAl KSi KCa KTi KCr KMn KFe K总量重量百分比7.898.370.350.250.300.271.3181.25100.00原子百分比21.3213.420.540.270.270.231.0362.92 49第29卷第2期赵艳荣 张泽春 夏伟鹤：管坯用钢P280GH分层缺陷鉴定及分析净度。（2）坯料加工过程中将钢锭冒口、锭尾切除干净，生产厂不得轻易提高成材率，防止因钢锭头尾切除不干净，导致整支钢管报废，带来不必要的损失，5结论P280GH钢管中产生的分层缺陷是因为分厂盲目提高成材率，冶炼过程滞留在钢锭冒口端的二次氧化夹杂物，经管坯轧制变形发生延伸，从而在钢管中形成多处分层缺陷。参考文献1 王世明.无缝钢管分层缺陷及鉴定研究J.中国金属通报,2019(07):160+162.2 田党,李秀琴,许秋龙,侯伟,修雪峰.无缝钢管分层缺陷的鉴定J.钢管,2013,42(06):9-13.3 宁玫，孙开明，李国丰.连铸坯缺陷导致轧管产生典型缺陷的机理研究 C/中国金属学会轧钢学会钢管学术 委员会五届五次年会论文集.成都：钢管杂志社，2009.图6 面扫结果Fig.6 Surface scan result 50