超低破奧氏體不銹鋼06Cr17Ni12Mo2因其價格優(yōu)勢在許多使用場合下成為316L的替代材料，但企業(yè)在加工或使用過程中，發(fā)現(xiàn)這類不銹鋼管在穿孔及擴(kuò)管之后，部分產(chǎn)品出現(xiàn)分層開裂。本文通過掃描電鏡、能譜分析等方法研究了分層開裂的原因并提出了建議。
1實驗方法
對06Cr17Ni12Mo2不銹鋼管的缺陷部位取樣.分別進(jìn)行缺陷區(qū)域的掃描電鏡/能譜分析、基體部位的化學(xué)分析以及顯微組織金相分析。
2實驗結(jié)果及討論
2.1宏觀檢驗
管材缺陷部位分離后，裂口與不銹鋼管軸向約呈45°分層折疊狀，鋼管內(nèi)壁呈灰褐色，并有擴(kuò)管后留下的縱向壓痕。裂痕表面呈黑灰色，深部形狀較平整，裂口粗糙，且裂紋沿鋼管切向和軸向擴(kuò)展，裂面與鋼管切向呈2°～2.5°夾角，但未貫穿截面，是典型的內(nèi)分層或內(nèi)折缺陷。超低碳奧氏體不銹鋼屬于難變形合金，其管坯斜軋穿孔時，由于變形不易深透，頂頭前各階段變形強度呈（U1+W+2U2)形態(tài)分布用這種分布將導(dǎo)致表層金屬的附加變形劇烈，從而引起內(nèi)分層缺陷。此外，當(dāng)軋制參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，孔腔的形成將導(dǎo)致內(nèi)折。
2.2化學(xué)分析
在試樣正常部位取樣，對其中的主要合金元素進(jìn)行化學(xué)分析，參照GB/T 1220-1992，其主要合金元素含最均符合要求，可以排除分層缺陷與材料合金元素平均含量異常的相關(guān)性。
在不銹鋼管內(nèi)表層開裂部位取樣，測得該區(qū)域的碳含量為0.013%.說明有少量脫碳。然而碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.025%以下，已不足以形成Cr23C6沉淀而引起晶間腐蝕，因此可以排除由于局部晶間腐蝕造成層狀開裂的可能。
2.2掃描電鏡及能譜分析
2.2.1裂面形態(tài)分析
掃描電鏡200倍所顯示分層面的低倍形貌較平滑,450倍下可見層裂面上搜有網(wǎng)狀開裂的氧化層，650倍下可觀察到層裂面上高溫氧化物呈平行條狀分布，1000倍下的氧化物裂縫中隱約可見金屬的撕裂韌窩形態(tài)。分層面未見夾雜物。上述現(xiàn)象表明，斜軋穿孔后，由于后續(xù)擴(kuò)孔的總擴(kuò)徑率高達(dá)46.2%,高于資料關(guān)于總擴(kuò)徑率≤45%的范圍，原有分層面或內(nèi)折面上的氧化物受變形而撕裂，其一次裂紋呈網(wǎng)狀，二次裂紋則與擴(kuò)孔的拉伸方向平行.呈縱裂形態(tài)，層裂或內(nèi)折在斜軋穿孔其間便已形成，且層裂不是由鋼中夾雜物所引起。
由基體截面X射線能譜曲線可見.除Fe主峰線以及Cr,Ni,Mo,Mn,Si,P等常規(guī)元素峰線外，還有Cu峰線，分析認(rèn)為由管坯連鑄結(jié)晶器滲銅所致。對層裂面進(jìn)行x射線能譜分析，可見O(約26%),Cr(約37%)，Mn(約17.2%),Fe(約14.7%),Ni(約2.3%)等峰線，表明該物質(zhì)為金屬在高溫下分層表面的氧化物。
螺旋狀分層開裂是在斜軋穿孔過程中.材料在螺旋前進(jìn)、徑向壓縮以及受頂頭阻滯的持定條件下而形成局部分層，在變形區(qū)交變應(yīng)力作用和管壁反復(fù)彎曲條件下不斷擴(kuò)大分層面，并與孔腔撕裂貫通，此時的裂紋的角度應(yīng)與斜軋螺旋角有關(guān)，圖所示的分層裂縫傾角較大，是后續(xù)的兩道拉拔擴(kuò)管變形所致。不銹鋼管內(nèi)表面在擴(kuò)管芯棒的作用下受徑向擠壓和軸向摩擦作用?？纱偈咕W(wǎng)狀裂紋擴(kuò)展，裂紋表面進(jìn)一步受到高溫氧化而不可焊合。
2.21拉伸斷口分析
對試樣進(jìn)行軸向拉伸試驗，以便對其斷口形貌進(jìn)行觀察分析。圖5為管壁內(nèi)側(cè)的斷面低倍形貌，斷面呈木紋狀，并分布有魚嘴狀孔穴。高倍下可見孔壁表面較光滑，有平行分布條紋.并可見細(xì)小撕裂韌窩形態(tài)。
不銹鋼管外壁側(cè)的斷面低倍形貌，斷面上分布有點狀孔穴，孔穴內(nèi)存在穎粒狀第二相。圖8為同一區(qū)域的高倍組織，該區(qū)域大部分?jǐn)嗫诔薯g窩形貌，“徽孔聚合”斷裂機(jī)制所造成的纖維區(qū)斷口明顯，且第二相均位于孔穴一側(cè)，表明第二相對韌性裂紋的移動具有釘鉚作用，金屬形變流動朝向一側(cè)，符合斜軋穿孔時的附加剪切變形規(guī)律。
由斷口形貌比較可見，不銹鋼管內(nèi)外側(cè)孔穴形態(tài)不一，內(nèi)側(cè)孔穴沿切向形狀較長，表明在熱變形過程中內(nèi)側(cè)金屬所經(jīng)受的橫向剪切變形較大，較外側(cè)金屬更易形成分層。由于奧氏體不銹鋼的寬展較大，為碳鋼的1.35～1.5倍，在連鑄管坯斜軋穿孔過程中.變形區(qū)最大橢圓度系數(shù)1.05～1.10為合理范圍，但變形區(qū)各段對分層形成作用各有不同，頂頭穿孔區(qū)的金屬應(yīng)變速率大，動態(tài)再結(jié)晶不足可導(dǎo)致對分層敏感，此時孔型橢圓度系數(shù)過大易造成管壁過度彎曲.這些較長的孔穴極易擴(kuò)展相連，從而形成內(nèi)分層缺陷。因此，在不影響二次咬入的前提下應(yīng)對此段的導(dǎo)版開口度有所調(diào)整，以實現(xiàn)對寬展的適當(dāng)約束。
2.3金相分析
圖9所示為內(nèi)圓區(qū)從體上取樣的高倍金相組織。可觀察到軸向和切向呈條狀分布、含量為1.0級的鐵素體。對開裂部位的橫截面取樣.其層裂尾部形貌如圖所示，裂紋呈層狀斷續(xù)分布，端部圓渾，局部伏域兩側(cè)組織呈獨立狀流變。由于Fe-Cr-Ni系合金中的高溫鐵素體，對不銹鋼力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響.將促使不銹鋼熱裂傾向加劇。由圖可觀察到沿條狀鐵素體的貫通裂紋，說明層裂的產(chǎn)生與鐵素體組織相關(guān)。
3結(jié)束語
(1)06Cr17Ni12Mo2不銹鋼管的層裂發(fā)生在斜軋穿孔過程中，并在后續(xù)擴(kuò)孔成形過程中受到擴(kuò)展。
(2)二輥斜軋穿孔時.毛管內(nèi)側(cè)比外側(cè)更容易出現(xiàn)層裂。
(3)分層開裂對斜軋穿孔的工具調(diào)整參數(shù)較敏感，應(yīng)特別注意前進(jìn)角與頂頭前伸址的調(diào)整，以避免孔腔形成。
(4)斜軋穿孔橢圓度系數(shù)過大將導(dǎo)致內(nèi)分層加劇，應(yīng)注意控制橫向變形.尤其是穿孔區(qū)的橢圓度系數(shù)，建議≤1.05.以免造成分層加劇。
(5)條狀分布的鐵素體在交變應(yīng)力和附加應(yīng)變作用下可誘發(fā)層裂。