連鑄圓管坯低倍組織主要由3個區(qū)組成:靠外表層的等軸細(xì)晶區(qū)、像樹枝狀的晶體組成的柱狀晶區(qū)、中心是粗大的的等軸晶區(qū)
連鑄圓坯的低倍組織缺陷對管坯的加工性能、力學(xué)性能和鋼管質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。常見的低倍組織缺陷有:管坯皮下氣泡、疏松、縮孔、皮下裂紋、中心裂紋、組織偏析等。
管坯的皮下氣泡:存在連鑄坯表面的附近,形態(tài)為橢圓形。一般認(rèn)為鋼水脫氧不足是管坯皮下氣泡產(chǎn)生的主要原因。一般需要對保護渣、鐵合金、鋼包、中間包進(jìn)行烘烤、注流采用保護澆注。對于要求更高的鋼種,還要采用爐外精煉的方法對鋼水進(jìn)行脫氣。存在皮下氣泡的連鑄圓管坯,在加熱爐加熱時氣泡內(nèi)表面會被氧化,軋后無法焊合就會形成鋼管表面缺陷。
管坯皮下裂紋:存在于連鑄圓管坯的柱狀晶區(qū)和表面細(xì)晶區(qū)過渡附近。距離管坯表面3~10 mm。只要此裂紋不貫通到外表面,就不會被氧化,在軋制壓力的作用下會焊合。一般不會產(chǎn)生嚴(yán)重的表面質(zhì)量。
中間裂紋和中心裂紋:存在于連鑄圓坯的柱狀晶區(qū),一般來講中間裂紋的方向和柱狀晶的方向是一致的。有研究表明,連鑄管坯的中間裂紋和中心裂紋是造成無縫鋼管內(nèi)折的主要原因。穿孔時,管坯在軋輥和導(dǎo)向工具所組成的橢圓孔型中受到反復(fù)拉壓應(yīng)力的作用,其中間裂紋或中心裂紋得到擴張或氧化,產(chǎn)生鋼管內(nèi)折。連鑄圓坯的中心裂紋或者中間裂紋擴張以后而形成的鋼管內(nèi)折,一般較深,常常會造成鋼管廢品。
管坯的疏松與縮孔:存在于管坯中心部分的等軸晶區(qū)內(nèi)。管坯疏松是因為鑄坯在凝固過程中超前的晶粒作用,液態(tài)金屬運動基于向凝固方向冷卻產(chǎn)生收縮受到阻礙,或者由管坯液態(tài)部分下沉的晶粒妨礙鑄坯的補縮形成。當(dāng)疏松達(dá)到一定程度的時候,鑄坯就會出現(xiàn)縮孔。其分布狀態(tài)在管坯中不連續(xù)。分布密度比較均勻、彌散度較高的連鑄管坯中心疏松,對斜軋穿孔過程不但沒有危害,反而是有利的。北京科技大學(xué)朱景清教授通過實驗已經(jīng)證明該點。并且,在頂頭鼻部前端有一個5 mm的金屬帶,此金屬將開裂的管坯中心與頂頭分開,從而避免了內(nèi)折和裂紋的缺陷。
管坯的偏析:包括組織偏析、成分偏析和結(jié)晶區(qū)域偏析等。存在穿晶的連鑄管坯必須報廢,不允許投放軋管。
焊接熱影響區(qū)的組織大致可分為兩類:不易淬火鋼組織和易淬火鋼組織。不易淬火鋼組織變化后形成熔合區(qū)、粗晶區(qū)、重結(jié)晶區(qū)、不完全沖結(jié)晶區(qū)和時效脆化區(qū);易淬火鋼組織轉(zhuǎn)變后形成崔獲取、不完全淬火區(qū)和回火區(qū)。
管線鋼屬于不易淬火鋼,焊接后熱影響區(qū)的熔合區(qū)和粗晶區(qū)對母材性能損傷較大,易形成脆化,其損傷程度取決于母材的合金系統(tǒng)、焊前母材的原始組織狀態(tài)和焊接規(guī)范參數(shù)等。對于低于X65鋼級的管線鋼,在線能量偏低時除產(chǎn)生鐵素體和珠光體外,還易產(chǎn)生馬氏體(M)、上貝氏體(Bu)和粒狀貝氏體(Bg);在線能量偏高時,粗晶區(qū)除易產(chǎn)生鐵素體和珠光體外,還易產(chǎn)生共析鐵素體和魏氏組織。一般認(rèn)為,上貝氏體、先共析鐵素體和魏氏組織是造成脆化現(xiàn)象的有害組織。對于X70以上鋼級的針狀鐵素體管線鋼,粗晶區(qū)的組織主要為貝氏體(板條貝氏體和粒狀貝氏體)、塊狀鐵素體和先共析鐵素體。在板條或塊狀鐵素體間或塊狀鐵素體的基體上存有MA島。造成這種鋼粗晶區(qū)韌性降低的主要因素是:
(1)MA組成物的相對量、尺寸和形態(tài)。Ma越多、尺寸過粗或過長,以及分布不均勻等使脆化現(xiàn)象嚴(yán)重。
(2)有效晶粒尺寸或者說母材的晶粒長大傾向。隨著線能量的加大,不僅原奧氏體晶粒尺寸增大,而且二次結(jié)晶組織變粗、變大。板條鐵素體的減少以及塊狀鐵素體的增多成為粗晶區(qū)脆化的主要原因之一
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焊接鋼管按焊縫的形式分為直縫焊管和螺旋焊管。直縫焊管生產(chǎn)工藝簡單,生產(chǎn)效率高,成本低,發(fā)展較快。螺旋焊管的強度一般比直縫焊管高,能用較窄的坯料生產(chǎn)管徑較大的焊管,還可以用同樣寬度的坯料生產(chǎn)管徑不同的焊管。但是與相同長度的直縫管相比,焊縫長度增加 30~ ,而且生產(chǎn)速度較低。因此,較小口徑的焊管大都采用直縫焊,大口徑焊管則大多采用螺旋焊。