直缝埋弧焊钢管背弯不合格原因分析

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1、直缝埋弧焊钢管背弯不合格原因分析摘要：采用化学成分分析、力学性能测试、金相检验以及断口分析等方法对某批直缝埋弧焊钢管背弯不合格的原因进行了分析。结果表明埋弧焊钢管背弯热区裂纹的形成是由于钢板在轧制过程中钢板边部次表层存在钙铝硅酸盐夹杂物，在焊接过程中，该处在热应力作用下萌生裂纹并扩展，形成断续出现的应力裂纹。近年来，由于能源需求不断增加，长输管道项目作为能源运输的主要途径得到了迅速发展。管线钢需求量不断加大，国内外钢铁企业都投入了相当的力量用于管线钢的研发。目前，国内已有十余家钢铁企业具备生产X80M及以上钢级管线钢的能力。另一方面，随着多家钢铁企业的管线钢轧制能力的提高

2、，钢板价格的竞争亦日趋激烈。各钢铁企业通过优化合金成分含量、改良轧制技术等手段控制成本，以增加市场竞争力。采用某钢厂试制钢板生产的1016mmX18.4mmX80M钢级直缝埋弧焊钢管，在导向弯曲试验时，约有20%批次的钢管在进行背弯试验时，弯曲角度未达到180°试样就沿熔合线处发生了破裂，试验结果不合格，见图1。为找出不合格的原因，笔者对该批背弯不合格钢管进行了理化检验与分析，为钢厂和制管厂提供技术参考。1理化检验l.1化学成分分析在不合格批次钢管（编号为H1)与该钢厂前期供料合格钢管（编号为H2)上取样进行化学成分分析，结果见表1，可见该钢厂未对成分进行调整，化学成分并

3、不是失效的主要原因。1.2力学性能测试1.2.1母材在H1钢管的母材上取18根拉伸试样，在H2钢管的母材上取77根拉伸试样，均加工成12.7mm的圆棒进行拉伸试验。另外，在H1钢管的母材上取夏比冲击试样54根，落锤试样36根；在H2钢管的母材上取夏比冲击试样231根，落锤试样154根。夏比冲击试验的检测温度为一10度，落锤试验的检测温度为0度。试验结果如表2所示，可见H1，H2钢管母材的性能数据总体差异不大，母材性能不是背弯不合格的主要原因。1.2.2焊接接头在H1钢管的焊接接头上取17根拉伸试样，在H2钢管的焊接接头上取77根拉伸试样，均加工成全壁厚矩形试样进行拉伸试验

4、。另外，在H1钢管的焊接接头上取夏比冲击试样51根，在H2钢管的焊接接头上取夏比冲击试样231根，进行夏比冲击试验。试验结果如表3所示，H1钢管焊接接头的拉伸试样100%断裂于热影响区，H2钢管焊接接头的拉伸试样95%断裂于热影响区。由表3可见，虽然不合格批次钢管焊接接头的韧性略有下降，但总体差异不大。焊接性能并未出现较大波动，说明焊接并不是背弯不合格的主要原因。1.3金相检验在H1，H2钢管的母材及焊缝上截取金相试样，用体积分数为5%的硝酸酒精溶液侵蚀后置于500倍的光学显微镜下进行观察，如图2、图3所示。母材组织为粒状贝氏体+少量多边形铁素体，焊缝组织为晶内成核针状铁

5、素体+少量多边形铁素体+少量退化珠光体，组织类型无明显差异。1.4断口分析509对断裂较严重的背弯试样断口（编号为D1)进行宏观检验，发现D1断口扩展方向具有明显的方向性，如图4所示，且源区有多处气孔型缺陷，如图4中白色箭头所示，背弯断口由源区起裂，并沿图4中黑色箭头所示方向扩展。选取无明显扩展方向的背弯试样断口（编号为D2)进行扫描电镜及能谱分析，发现同样存在铝酸钙夹杂引起的气孔型起裂源，见图7-9。分析表明，埋弧焊钢管热区裂纹的形成是由于钢板板边存在较多的铝酸钙夹杂，在焊接过程中，以此为裂纹源，在热应力作用下萌生裂纹并扩展，形成断续出现的应力裂纹。2不合格批次钢管的处

6、理确定背弯试验不合格的原因后，为了保证产品的质量，一方面要求无损检测人员对该批次已生产的全部钢管进行全焊缝手工探伤检查，确保无类似缺陷漏检；同时，采集足够的夹杂物缺陷证据，以便进一步与钢厂洽谈质量异议相关事宜。图10为复检中发现的夹杂物缺陷，全部集中在钢管内焊缝上，均为铝酸钙夹杂，见图11,12。此外，在剩余钢板的边部也发现大量B类氧化铝非金属夹杂物，见图13。另一方面，进一步与钢厂沟通，尽早确定大量板边夹杂物出现的原因，以保证后续供料钢板的质量。经过与钢厂技术人员的交流，最终确定该批钢板存在大量夹杂物缺陷的原因是由于钢厂为了节省材耗，调整了轧制工艺，减少了30mm切变量

7、，从而导致连铸坯板边的缺陷区域未完全被切除，这也是制管中夹杂物多出现在钢管内表面（即钢板上表面）1/4位置的主要原因。同时，由于全部夹杂物缺陷集中在板边20mm左右，此区域为板材探伤设备的盲区，无法及时发现。最终，该批次钢管因夹杂物缺陷原因降废约1/4，但该钢厂后续供料中未出现类似问题，保证了后续生产的有序进行。3结论(1)背弯试验不合格的主要原因是由于钢板板边存在大量的铝酸钙夹杂。(2)钢厂为降低材料损耗，减少了轧制钢板的切变量，造成连铸坯板边未及时上浮的夹杂物缺陷未能被全部切除，从而导致钢板存在大量的铝酸钙夹杂。(3)经过