TP347H不锈钢管表面裂纹的产生原因

第34卷第3期2010年3月

机 械 工 程 材 料

Materials for Mechanical Engineering

Vol.34 No.3Mar. 2010

TP347H不锈钢管表面裂纹的产生原因

陈国星,周龙,赵可昕,韩琪,高岩(华南理工大学材料科学与工程学院,广州510640)

摘 要:

在TP347H不锈钢大小头管生产过程中表面出现了环向裂纹;通过对钢管的化学成

分、硬度、夹杂物、晶粒度、显微组织、裂纹处微观形貌和能谱微区成分等进行了分析,找出了裂纹产生的原因。结果表明:不锈钢管的表面裂纹是应力腐蚀裂纹;不锈钢管在成型过程中产生残余应力是裂纹产生的内因,在酸洗过程中带来的氯离子是裂纹产生的外因,晶界碳化铬的析出加剧了应力腐蚀开裂。

关键词:

应力腐蚀裂纹;氯离子;残余应力;TP347H不锈钢

中图分类号:TG142.71 文献标志码:B 文章编号:1000 3738(2010)03 0080 04

AnalysisofSurfaceCracksonTP347HStainlessSteelTube

CHENGuo xing,ZHOULong,ZHAOKe xin,HANQi,GAOYan

(SchoolofMaterialScienceandTechnology,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)

Abstract:CircumferentialannularcracksgeneratedduringmanufacturewerefoundonthesurfaceofTP347H

stainlesssteeltube.Thecrackingcausewasanalyzedbysomeexperimentalmethodssuchaschemicalcompositionanalysis,hardnesscheck,inclusionanalysis,grainsizetest,microstructureandcrackmorphologyobservation,andenergyspectrumanalysis.Theresultsshowthatthesurfacecracksofthestainlesssteeltubewerestresscorrosioncracks.Theinternalcauseforthecracksweretheresidualstressfromthedrawingprocessofthestainlesssteeltaperedtubeandtheexternalcausewasthechlorideionsgeneratedinthecourseoftheacidpickling.Theprecipitationofchromiumcarbideatthegrainboundariesacceleratedthestresscorrosioncrack.

Keywords:stresscorrosioncrack;chlorinion;residualstress;TP347Hstainlesssteel

0 引 言

某电厂送检不锈钢大小头钢管的编号为A10 20(以下用此代号),材料牌号为TP347H,钢管小头侧的外径为 48mm,大头侧的外径为 62mm,成型过

渡区长度为112mm。据介绍在此钢管的生产过程中有一道酸洗工艺。在着色探伤检查中发现该A10 20钢管表面有环向裂纹,严重影响了产品质量。作者对钢管表面裂纹的形成原因进行了分析。

于钢管小头与大头的过渡区域内,

这个区域正是钢

(a)

宏观形貌

1 理化检验与结果

1.1 裂纹宏观形貌

由图1可知,A10 20钢管裂纹沿环向分布,处

(b) 低倍形貌

收稿日期:2009 03 05;修订日期:2009 09 09

作者简介:陈国星(1983-),男,安徽广德人,硕士研究生。导师:高岩教授

图1 A10 20钢管表面裂纹的宏观和低倍形貌Fig.1 Macro(a)andlowmagnification

(b)morphologyofsurfacecracksofA10 20stainlesssteeltube

80

管成型过程中受应力较大的区域,且存在残余应力。1.2 化学成分

在钢管上截取一块试样,依据GB/T223-2008 钢铁及合金化学分析方法!,用Foundry Mas ter台式真空火花发射光谱仪进行化学成分分析,结果见表1。表中列出了GB/T5310-1995对07Cr18Ni11Nb(TP347H的对应牌号)成分的要求,可见A10 20钢管的主要成分符合标准要求,但镍含量略低于标准值,这会对于材料的塑性和抗氧化性能略有影响。

表1 材料的化学成分(质量分数)

Tab.1 Chemicalcompositionofthematerials(mass)%

材料试样标准

C0.0490.04~0.10

Si0.383 0.75

Mn1.40 2.00

P0.030 0.030

S0.012 0.015

Ni8.679.0~13.0

Cr17.2017.0~19.0

Nb0.7360.8~1.10

夹杂物评级。图2表明,钢管中的A、B、C、D各类夹杂物的细系级别和粗系级别均不大于2.5级,DS类夹杂物不大于2.5级,满足GB/T5310-1995对

此类钢种夹杂物的要求。

图2 A10 20钢管中的夹杂物 100#Fig.2 InclusionintheA10 20stainlesssteeltube

由图3可见,用王水浸蚀后,钢管基体组织为细晶奥氏体+孪晶组织,晶粒度为6~7级。GB/T5310-1995对07Cr18Ni11Nb钢晶粒度的级别要

求是4~7级。ASMEA213 2007对TP347H钢的晶粒度也要求7级以内。可见钢管晶粒度满足国内和国外标准对此类钢种的晶粒尺寸要求。

1.5 裂纹微观形貌

由图4可见,钢管中的裂纹是沿晶扩展的,

晶界

1.3 硬 度

将钢管表面用金相砂纸打磨,用HB 3000B型布氏硬度计进行硬度测试,沿钢管圆周方向测试3点,平均值为173HB,满足GB5310-1995中不大于192HB的要求,且处于DL/T438 火力发电厂金属技术监督规程!对TP347H钢硬度的控制范围(140~192HB)中。

1.4 显微组织

在图1(a)中划圆圈的部位取样,作为裂纹分析和金相试样。依据DL/T884-2004 火电厂金相检验与评定技术导则!,对试样进行金相检验。将试样进行研磨、抛光后,用Leica光学显微镜观察显微组织。

依据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!A法评级,在100倍视场下对平行于钢材轴向的试样进行非金属

图3 A10 20钢管基体的显微组织 500#Fig.3 MatrixmicrostructureoftheA10 20stainless

steel

tube

(a) 裂纹低倍形貌(b) 裂纹尖端形貌(未腐蚀) 200#图4 A10 20钢管中的裂纹形貌

(c) 裂纹尖端形貌(王水腐蚀) 500#

Fig.4 MorphologyofthecracksinA10 20stainlesssteeltube:(a)lowmagnificationmorphologyofthecracks;(b)crack

tip(un etched)and(c)cracktip(etchedbyaquaregia)

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上有析出物,晶内也有少量析出物。为了对裂纹和晶界析出物的形貌进行进一步分析,用Leo1530VP型场发射扫描电镜(SEM)对裂纹进行观察。由图5(a)可见,钢管中的裂纹是沿晶扩展,并有明显的晶界和晶内析出物,晶界析出物较多,其中白色的析出物为NbC,而暗色的析出物应为铬的碳化物,裂纹附近晶界上有明显的暗色析出物;图5(b)是远离裂纹的区域,也有较多晶界析出物和少量晶内析出物。

由图6可见,裂纹尖端白色析出物主要分布在晶内,而暗色析出物主要沿晶界分布,少量在晶内析出。晶界暗色析出物部分已脱落,

留下深暗的凹坑。

图6 裂纹尖端晶界和晶内析出物的SEM形貌

Fig.6 SEMimageofprecipitationsatthegrainboundariesand

insidethegrainsnearbythecracktips

1.6 微区化学成分

用Leo1530VP型扫描电镜附带的能谱仪(EDS)对析出物进行成分分析。为了保持裂纹内原有物质不发生变化,裂纹试样没有进行超声波清洗。在裂纹内微区取多点进行成分分析,发现各点的元素种类及含量类似,裂纹内某点的能谱成分分析结果见表2,可见所测点中富含氯元素。

表2 裂纹内某点的化学成分

(a)

裂纹形貌

Tab.2 Chemicalcompositionofthepointinthecrack%

元素质量分数原子分数

C2.256.92

O14.5233.43

Cl11.9912.26

Cr10.687.57

Fe50.4333.27

Ni10.136.35

对图7中晶界析出物及析出物脱落留下的凹坑内进行能谱成分分析,结果见表3。可见,与颗粒脱落处凹坑内的成分相比,晶界析出物中富含 …… 此处隐藏：5037字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……