管材钩状裂纹的特点及应对措施

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1、管材钩状裂纹的特点及应对措施H.ThomasTsai(ArcelorMittalUSAR&DCenter)摘要过去的几年来，对高强度API管道，油气用管及保护性套管的需求一直在稳步增长。发展超低硫(<0.002%)微合金钢炼钢及连铸技术，改进钢的纯净度以应对当前的挑战。钩状裂纹已经并将继续成为电阻焊接管材的主要缺陷。从各类客户取回钩状裂纹样本在美国ArcelorMittal研究与发展中心分析。利用光学和扫描电子显微镜对各类样本做分析，分析缺陷的特征，确定造成缺陷的主要根源在于：(1)再充填裂纹；(2)钢的纯净度；(3)结晶器卷渣；(4)中心偏析；(5

2、)横向角裂及其它裂纹。在电冶金设备和铸造设备上对裂纹产生的每一个根源做应对措施研究并进行了实施，极大地减少了管材产品的钩状裂纹缺陷。关键词钩状裂纹纯净钢技术线性匹配滤波器及铸造技术改进1引言钩状裂纹主要发生在API管道的电阻焊接管，油气用管，保护性套管以及结构管的应用上，这种缺陷大多是利用原子超声波探伤法对在线焊接生产线检验时发现的，将板坯料从纵向撕裂成窄的子板坯再轧成用于制造更小尺寸管材的热带材。但是大多数工厂宁愿将宽厚板坯轧制成热带材并切成用于制造更小尺寸管材的复合板，以避免使可能发生的中心偏析暴露在大气中。每一种复合板都供给管材制造生产线，在该

3、生产线上将其连续冷却弯成圆筒形状并对接焊缝。成型管材从焊接机上退出的过程中，剪刀将管材内外侧的焊瘤切除。板坯料的头部会成为管材的内径或外径的制定标准，而板坯料在检查或折叠时会被撞击，造成板面的内外伤影响管径的精确度。以前有人对钩状裂纹的研究是从用于结构管线钢材的传统0.20%C钢开始的，认为裂纹是由再充填缺陷造成的，位于铸态板坯料四分之一厚度附近。铸坯的再充填结构与铁素体−珠光体带结合成为MnS沉积薄层。行弯曲朝向焊缝上内径和外径旁的表面，这些曲线形成了典型的钩状裂缝。形成这样的结构是由焊接操作中高压顶锻引起的，该高压促使在高温下质量流向自由表面。过

4、去的几年里，由于能源短缺，建设了许多用于将天然气和石油从远距离资源处输送到人口稠密地区管道。在全世界范围内极大地增长了对API级钢的需求。以在墨西哥ArcelorMittal生产API级钢为例，即世界最大的板坯出口商，占2006年总产品的份额超过了35%且呈上升趋势。然而这些年来当客户的抱怨声不断减少时，钩状裂纹仍然是主要的质量问题。为了了解钩状裂纹产生的原因从而研究相应的应对措施，将大量的带有钩状裂纹的管材样本送到美国ArcelorMittal研究与发展中心做分析。将缺陷附近的横断面切下来，镶样并抛光至表面无划痕在光学和扫描电子显微镜下检验。如果找

5、到夹杂，迅速在电子衍射显微镜下鉴别裂纹附近该夹杂的类型。利用能量弥散分光计对夹杂进行定性和元素映射分析。将样本用硝酸乙醇腐蚀液腐蚀，观察其显微结构及焊缝线。多数情况下，钩状裂纹沿着焊缝线延伸至表面（图1）。除了再填充裂纹（以MnS夹杂为例），在钩状裂纹附近还发现了其它的夹杂如：氧化铝，尖晶石，铝酸钙，耐火材料和结晶器保护渣。在API级(<0.002%)钢中硫的含量逐渐变低，机器调试设备越好，钩状裂纹中的再填充裂纹大大地减少。因此，与缺陷相关的氧化物夹杂趋于成为形成钩状裂纹的主要原因。2钩状裂纹缺陷的特征为了描述缺陷的特征，我们记录了每一个样本的裂纹位

6、置，内径或外径以及裂纹深度（表面以下）。深度/厚度比很好的表明了铸态板坯料上缺陷的起始位置。利用SEM-EDS分析夹杂，有时并没有找到夹杂，可能是由于制样时这些夹杂从裂纹上被磨掉了，但我们仍要沿着裂纹顶端寻找夹杂。下面是产生钩状裂纹的主要原因范畴以及在炼钢和铸造时对它们采取的相应的应对措施。2007中国钢铁年会论文集图1沿着焊接线附近的钩状裂纹2.1再填充裂纹再填充裂纹是在铸态板坯料中在C、Mn、Si、P、Ti和S元素的高浓度区域产生的内部中途裂纹缺陷。该缺陷通常在板坯料的顶部出现，有时也会在底部出现。钩状裂纹深度/厚度比随机器轧制方向偏离程度而变化

7、。SEM-EDS对钩状裂纹的分析发现了很少量的MnS夹杂以及其它沉淀物例如TiN等(图2)。典型的，钩状裂纹源于在管材四分之一（25%）厚度附近出现的再填充裂纹。这种钩状裂纹的应对措施包括：(1)改变钢中的C,Mn含量并减少S含量；(2)校准轧机并改进轧辊的开口度设置；(3)降低浇铸速度；(4）加大二次冷却水量。液态钢水脱硫后进行很好的高硫渣扒渣，使用清洁的废钢使得碱性氧气转炉出来的钢的S含量不到0.008%。为了获得API等级钢，在钢包炉内利用铝、石灰和钙铝酸钙在强烈的氩气搅拌下对钢液直接进行脱硫使硫含量小于0.002%。利用Sarclad轧制缺口

8、仪表对轧制缺口例行检查，该仪表能测量弯曲辊碎机轧制缺口的宽度和沿轧制方向的长度。利用一个模板对机器每一部分的