X65管线钢裂纹分析.pdf

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1、X65X65 管线钢裂纹分析管线钢裂纹分析 姜梦春 1，2，邱春林1，胡春梅2，齐克敏1 （1 东北大学，辽宁 沈阳 110004；2 鞍钢职工大学，辽宁 鞍山 114032） 摘摘要要： 某热轧厂近期生产的 X65 管线钢在用户使用过程中出现较严重的横向裂 纹，为此，通过对 X65 管线钢的金相组织观察和强度、延伸率、冲击韧性测试， 分析了该钢组织结构和性能。结果表明，微观组织无明显偏析，连铸工艺参数选 择不当是 X65 出现裂纹的主要原因。 关键词关键词：X65 管线钢；表面裂纹；微观组织；韧性 中图分类号中图分类号：TG142.1+5文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1004-4

2、620（2006）03-0057-02 CrackleCrackle AnalysisAnalysis forfor X65X65 PipelinePipeline SteelSteel JIANG Meng-chun 1, 2, QIU Chun-lin1, HU Chun-mei2, QI Ke-min1 （1 Northeastern University, Shenyang110004, China; 2 Angang Staff and Workers college, Anshan114032, China） AbstractAbstract：Severe transverse c

3、racks occur in the X65 pipeline steel produced by the hot-rolling mill when customer processes them. Therefore, the structure and properties are analyzed by means of observation of the microstructure, the test of intensities, elongation and impact toughness. The results show that obvious segregation

4、 is not found in the microstructure and the main reason appeared crack in X65 steel is improper process parameters during the continuous casting. KeyKey wordswords：X65 pipeline steel; surface crack; microstructure; toughness 1 1 概 述 对于高强度的管线钢，要求强度、韧性高，焊接性能好，具有高抗氢致裂纹 （HIC） 及应力腐蚀断裂 （SCC） 能力。 目前对管线钢成分设

5、计通常采用降碳提锰， 并采用加入 Nb、 V、 Ti 等元素进行微合金化， 同时结合控轧控冷工艺进行生产 1。 管线钢中碳的质量分数一般在 0.025%0.12之间，通常根据强度级别进行选 择，碳含量降低带来的强度损失由增加锰含量和合金化进行弥补 2。Mn 含量一般 控制在 1.5%2.0以下，该钢中含有少量的 Nb 元素，以晶粒细化和沉淀硬化 机制来提高管线钢的性能 3。管线钢中的主要杂质元素有 S、P、O、H 等，其中 S 含量必须严格控制 4，P 含量也要控制在 0.015以下，以保证抗 HIC 能力、焊 接性能，同时防止钢发生冷脆 5。某厂生产的部分 X65 管线钢，在螺旋焊管旋压 成

6、型过程中出现裂纹，位置主要分布在两肋，与轧制方向夹角约 45。经检查 部分连铸坯表面发现椭圆形凹坑。这种情况的出现影响了用户生产，也给生产厂 家造成了影响。为此，对裂纹原因进行了分析。 2 2 X65 管线钢生产工艺和化学成分 该管线钢的生产工艺是连铸板坯采用 3/4 连轧方式生产。加热温度 1200， 粗轧开轧温度 1150，精轧机组开轧温度 1050，终轧温度 850，轧后采用 层流冷却，卷取温度 650。产品规格为 10.6mm1460mm。化学成分见表 1。 表表 1 1 X65X65 管线钢的化学成分管线钢的化学成分 CSiMnPSNiCuMoNNbAlTi 0.030.171.51

7、0.0240.0050.170.040.160.0060.060.020.01 3 3 检验结果与分析 3.13.1 金相组织观察金相组织观察 对产生裂纹钢种在横向和纵向分别取样，进行了金相观察，X65 管线钢的金 相组织见图 1。其中颜色较深的部位是板条状贝氏体（或为针状铁素体6）， 颜色较浅且外形较规则的是多边形铁素体。大块外形较规则的则是 MA 岛。该组 织为 X65 管线钢的常规组织，钢的晶粒大小比较均匀，无异常现象，组织中也未 发现脆性相。但金相组织表现出轻微的带状特征，这对管线钢的性能是不利的。 （a） 横断面（b） 纵断面 图图 1 1 X65X65 钢金相组织钢金相组织 3.2

8、3.2 机械性能指标测试机械性能指标测试 在裂纹附近及远离裂纹处分别取样并进行了机械性能测试，结果如表 2 所 示。 表表 2 2 X65X65 管线钢不同取样位置的机械性能管线钢不同取样位置的机械性能 取样位置s/MPab/MPas/b5/% 裂纹处511.22620.780.8337 裂纹处516.98629.180.8236 远离裂纹527.92638.290.8342 远离裂纹522.37631.330.8237 从表 2 中数据可以看出， 在裂纹处所取试样的力学性能指标略低于远离裂纹 处试样的指标，而屈强比基本相当，且都在 X65 钢的标准允许范围之内。所有的 延伸率指标均在标准允许

9、的范围之内，说明该钢有很好的塑性和韧性。由此可知 裂纹产生的根本原因并不是该钢的塑韧性较差。 分别在试验钢裂纹附近和远离裂纹处取样，取样方向均为横向，测量其冲击 值，结果分别为（kJ/m 2）：裂纹附近 270.3，262.6，平均 266.4；远离裂纹处 336.2，287.2，平均 311.7。从测试结果看，冲击韧性值均较高。裂纹附近测试 值相对较低，应是与裂纹附近晶粒相对粗大或是组织不均匀有关。但两组测试值 都标准范围内，且旋压成型变形量不大，因此，成型过程中形成裂纹的可能性不 大。 3.33.3 裂纹产生原因的综合分析裂纹产生原因的综合分析 对于一般的钢种， 均存在三个典型的脆性温度区

10、： 区： Tm （熔点） 1200、 区：1200900、区：900600。区的脆化原因是沿树枝晶界存在驻 留的液相膜，晶界强度很差。该区脆化与应变速率无关。区脆性主要产生于 10/s 以上的高应变速率下，因此多与热轧工艺相关。低应变速率的连铸工艺条 件下通常不出现第二脆性区。区的脆性是由氧化物、硫化物、氮化物的析出以 及先共析铁素体膜在奥氏体晶界的析出、晶界滑移等原因造成的。该区为 相变区，并接近再结晶开始温度和单相钢晶界滑移温度。第三脆性区分单相低 温区脆化和+两相区脆化两种。低温区脆化只在含铌钢和铝镇静钢中才出 现，因为 Nb 和l 的碳氮化物可在晶界上析出，成为空缺的发生场所，其可 析

11、出温度低，因此造成 900以下的脆化；两相区(在 750附近)脆化在所有钢 种均会不同程度地出现。 区与连铸二冷工艺的制定密切相关， 对于 X65 管线钢， 这一温度在 700900之间。对于一定的成分的钢，区中均会存在一个塑性 最低点，应当避免在此温度进行矫直。 对于 X65 等高牌号的管线钢，因其具有比较强的裂纹敏感性，为了减少裂纹 带来的产品质量问题，应对连铸坯进行严格的质量检查和清理。管线钢产生裂纹 的主要原因可以归纳如下： （1）钢的化学成分方面的原因。Nb 的加入使钢出现的低塑性区变宽，并且 随含 Nb 量增加低塑性区向高温方向移动。这主要是由于 Nb（C，N）的析出造成 的。当钢

12、中的 AlN 含量较高时，AlN 的析出也会使裂纹的敏感性增加。硫含量也 是影响横裂的主要因素，降低硫含量可以提高抗横裂能力。 （2）连铸工艺方面的原因。结晶器壁厚不均，形成的坯壳厚度存在一定的 差别， 会在坯壳薄弱处产生应力集中， 随着应力的增大会在表面产生裂纹或凹陷。 连铸初生晶壳的散热不佳，致使局部晶粒粗大，塑性降低，导致裂纹产生。或者 二次冷却水量控制不均，造成局部急冷，热应力急剧增加产生裂纹。 对使用保护渣浇注的铸坯,铸坯表面质量受保护渣性能的影响较大,特别是 保护渣的粘度、碱度、熔点、熔速等性能，同时受到钢水成分、铸坯断面尺寸、 钢水湿度、拉速等参数的影响。上述工艺条件和参数不恰当

13、时均有可能产生凹陷 现象。另外二次冷却后矫直工艺不当，使矫直温度落在低塑性区的谷底，此时钢 坯塑性极差，导致开裂。 （3）轧制工艺参数方面的原因。由于轧制工艺控制不当，在低塑性区变形 量较大或不均匀，导致开裂。从现场选择的温度制度来看，在接近脆性区的温 度下采用的变形量都比较小，而在精轧区已经经过了粗轧的热变形，铸造组织已 经转变成为加工性能较好的加工组织。塑性已经转好，抵御裂纹扩展能力已经较 强，如没有凹陷和内裂，则不会导致裂纹的产生。由于生产中观察到连铸坯表面 存在鹅卵状凹陷，说明在连铸过程中已经出现内裂，即使没有形成裂纹，但在随 后热轧变形中凹陷处会产生严重的应力集中，也会导致钢材开裂。

14、而在脆性区 变形速率并不高，因此也不会产生裂纹。 4 4 结 论 4.14.1 X65 钢轧制工艺参数适当，试验钢的微观组织正常，轧制工艺不是裂纹产生 的根本原因。 4.24.2 出现裂纹的主要原因是连铸拉速不当或结晶器散热不佳等导致铸坯表面凹 陷开裂，既连铸工艺不当是产生裂纹的根本原因。 参考文献：参考文献： 1 雍歧龙，马鸣图，吴宝榕微合金钢物理和力学冶金M.北京：机械工业出版社，1989， 102123，284319 2 张月新.X60、X65 级高韧性管线钢的研究J. 焊管,1989,12（5）:59. 3 刘永龙.Nb 微合金化连铸工艺的研究J.宽厚板，2002，89（4）：1315. 4 Akihiko TAKAHASHI Makio lINO, Thermo-mechanical Control LowManganese Containing Process as a Tool to Grain-refine Steel for SourService Line PipeJ.ISIJ International, 1996，36(2)：235240. 5 战东平，姜周华，王文忠，等.高洁净度管线钢中元素的作用与控制J.钢铁，2001，36(6)： 6770 6 肖福仁.针状铁素体管线钢的组织控制与细化工艺研究D，河北：燕山大学，2003