至德鋼業(yè)易切削不銹鋼管表面裂紋原因分析

  浙江至德鋼業(yè)有限公司運(yùn)用金相、掃描電鏡及能譜分析等手段對(duì)不銹鋼管表面裂紋進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,其表面裂紋是在軋制過(guò)程中產(chǎn)生的,并提出了有針對(duì)性的改進(jìn)措施。易切削不銹鋼管是主要供自動(dòng)機(jī)床進(jìn)行高速切削制作機(jī)械零部件用的鋼管。易切削不銹鋼管雖然具有良好的切削性能,但由于其磷、硫的含量較一般碳素鋼高出數(shù)倍,因而降低了鋼管的高溫塑性,軋制和熱加工時(shí)易產(chǎn)生裂紋,降低產(chǎn)品合格率。近期,理化室接到一批易切削不銹鋼管試樣，用戶反映軋材經(jīng)退火拉拔做成緊固件以后,表面出現(xiàn)大量裂紋,直接報(bào)廢,給用戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了弄清裂紋產(chǎn)生的原因,通過(guò)對(duì)裂紋部位的取樣,進(jìn)行了金相、掃描電鏡觀察和能譜分析。

 一、試樣的選取與制備

  對(duì)裂紋位置進(jìn)行取樣,試樣尺寸大小為20mm*20mm*14mm。從截面可以清晰觀察到裂紋向基體的延伸情況,且裂紋具有一定的深度。對(duì)裂紋截面進(jìn)行金相和掃描電鏡觀察,并對(duì)裂紋附近的夾雜物進(jìn)行能譜分析。用4%的硝酸酒精溶液侵蝕,觀察裂紋周?chē)慕M織情況。

二、裂紋的形態(tài)及結(jié)果分析

 1. 宏觀形貌

  試樣上的裂紋形貌如圖所示,從圖中可以看出,裂紋呈現(xiàn)細(xì)條狀,頭部較寬,尾部狹長(zhǎng)并有向基體中心擴(kuò)展的趨勢(shì),裂紋深度約為11mm。

 2. 金相顯微鏡和能譜分析

  至德鋼業(yè)利用金相顯微鏡觀察裂紋的形態(tài)特征。從圖可以看出,裂紋兩側(cè)存在一定厚度的高溫氧化物。裂紋尾部由線狀開(kāi)始向鏈狀轉(zhuǎn)變,最后變成點(diǎn)狀。每個(gè)點(diǎn)中均有夾雜物,外面被高溫氧化物包裹?；w組織為鐵素體和少量珠光體,屬正常組織。對(duì)裂紋尾部點(diǎn)狀?yuàn)A雜物進(jìn)行能譜分析,結(jié)果如圖所示,元素的定量結(jié)果如表。從能譜分析的結(jié)果看,夾雜物主要為高溫氧化物包裹的夾雜物。

 3. 分析與討論

 在易切削不銹鋼管中，硫主要以硫化錳(MnS)的形式分布在鋼中。鑄態(tài)組織中,硫化物根據(jù)鋼中氧含量的高低可分為三種類(lèi)型:Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。其中Ⅰ型、Ⅱ型硫化物有助于改善和提高切削性能,而硫化物對(duì)切削加工性能很不利。但在Ⅰ型、Ⅱ型MnS夾雜中,如果硫添加過(guò)高,會(huì)有多余的硫與鋼中的氧、錳、鐵生成共晶化合物并多成網(wǎng)狀分布于晶界,從而弱化晶界,加工過(guò)程中形成開(kāi)裂。而且這種共晶化合物熔點(diǎn)很低(大約988℃左右),在高溫軋制(溫度為1080℃左右)過(guò)程中處于熔融狀態(tài),晶粒之間結(jié)合力較弱,易發(fā)生開(kāi)裂,形成長(zhǎng)條裂紋。裂紋兩側(cè)有高溫氧化物,說(shuō)明裂紋形成于退火加熱前,從而排除了加工過(guò)程中產(chǎn)生裂紋的可能性。因此,可以推斷,裂紋為母材裂紋,即在軋制過(guò)程中產(chǎn)生。

 同時(shí),該裂紋的形成與其鋼中硫化物夾雜的形態(tài)、尺寸、分布密度也有很大的關(guān)系。圖即為該裂紋附近硫化物夾雜分布形態(tài)圖。從圖中可以看出,硫化物夾雜分布極不均勻,且?jiàn)A雜的尺寸差別也很大(夾雜最小處:長(zhǎng)18.54mm,寬5.55mm;夾雜最大處:長(zhǎng)138.79mm,寬18.64mm)。而在通常情況下,我們希望得到的是夾雜較細(xì)小、長(zhǎng)度粗短的、分布均勻的紡錘形硫化物。

 為防止軋制過(guò)程中裂紋的產(chǎn)生,提出以下幾點(diǎn)措施: 在冶煉時(shí)控制硫的添加量,控制好硫化錳在鋼中的分布形態(tài),需要時(shí)可采用Zr、Mg變性處理;為獲得理想類(lèi)型、尺寸和均勻分布的硫化物夾雜,只有采用小斷面連鑄工藝;軋制時(shí),宜采用比較小的軋制比,以防止變形過(guò)大而使晶界開(kāi)裂;由于加入易切削元素后,在鋼中產(chǎn)生夾雜物使鋼的基體脆化,降低了易切削鋼的熱加工性能,所以應(yīng)適當(dāng)降低軋制溫度,減少鐵、硫化錳共晶體熔化發(fā)生開(kāi)裂;鋼坯加熱時(shí)應(yīng)緩慢升溫,在加熱爐高溫段加熱均勻燒透,以使鋼坯內(nèi)外溫度相同,軋制時(shí)變形一致,避免裂紋產(chǎn)生。

三、結(jié)論

  該批易切削不銹鋼管表面裂紋是在軋制過(guò)程中產(chǎn)生的。一方面應(yīng)該不斷改進(jìn)軋制工藝,控制恰當(dāng)?shù)能堉茰囟?另一方面必須嚴(yán)格控制合適的硫含量，從而控制好硫化錳在不銹鋼管中的分布形態(tài),得到分布均勻、短而粗的紡錘形硫化物，進(jìn)而防止軋制裂紋產(chǎn)生。