浅析优质碳素钢中的带状组织

http://www.microimage.com.cn(2011-06-21 18:51:45)

0500212.河北衡丰发电有限责任公司,河北衡水053000

摘 要:金相检验发现碳素钢水冷壁管存在带状的铁素体+珠光体组织,通过试验和实例分析认为,这种带状组织是一种缺陷性组织。碳素钢中的带状组织一般由成分偏析引起,成分偏析越严重,形成的带状组织也越严重,导致材料的断后延伸率降低,使炉管过早失效。对于优质碳素钢内螺纹无缝钢管,只要严格控制冶炼工艺及轧制工艺就可得到均匀的铁素体+珠光体组织。

关键词:发电厂;锅炉;水冷壁管;优质碳素钢;带状组织;断后伸长率;成分偏析;热加工温度

锅炉水冷壁管大多数采用优质碳素钢,如SA210CSA210A120G等。金相检验时发现,这些管子的显微组织经常出现带状的铁素体+珠光体组织,尤其以内螺纹管更为常见。对此,本文通过大量实例对优质碳素钢产生带状组织的机理及其危害进行了分析,并给出了相关建议。

1碳素钢带状组织的形成

优质碳素无缝钢管通常都是用热轧管经冷拔的方法制造,加工后材料组织中的珠光体和铁素体易沿着变形方向呈交替层状分布,即形成带状组织。带状组织的成因各不相同,但主要有以下2种原因。

(1)由成分偏析引起。由于钢液在铸锭结晶过程中选择性结晶形成的化学成分呈不均匀分布的枝晶组织,铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长,并逐渐与变形方向一致,从而形成碳等元素的贫化带。当钢中含有硫等有害杂质时,由于硫化物凝固温度较低,凝固时多分布在枝晶间隙,压延时杂质沿压延方向伸长。当钢材冷至Ar3()以下时,这些杂质就成为铁素体形核的核心使铁素体形态呈带状分布。当温度继续降低时,珠光体在余下的奥氏体区域中形成,也相应地成条状分布,形成了带状组织。成分偏析越严重,形成的带状组织也越严重。碳素钢带状组织的存在多数是由成分偏析引起。

(2)()(Ar1()Ar3之间),铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出,尚未分解的奥氏体被割成带状,当冷却到Ar1时带状奥氏体转化为带状珠光体。

2正常组织与带状组织性能对比

ARL23460直读光谱仪测定,所列管材的化学成分均满足相应标准要求;显微组织用4%WE210A(内螺纹管拉伸试验是在加工去除内螺纹后进行)

2.1正常组织状态钢管

(1)SA210A1,规格d51mm×65mm,为铁素体+(1)1ASMESA210A1标准要求。

(2)SA210C,规格d51mm×6mm+珠光体(2)2ASMESA210C标准要求。

1SA210A1金相组织图2SA210C金相组织

2.2带状组织状态钢管

(1)SA210A1,规格d51mm×65mm+珠光体(3)3标准要求。

(2)新管SA210C+(4)4ASMESA210C标准要求。

3SA210A1带状组织图4SA210C带状组织

2.3带状组织失效分析

(1)20G,规格Φ60mm×7mm,运行约7h6620m处,爆管原因为外壁高温腐蚀使壁厚减薄,爆口处壁厚为1.18mm;其相邻第67根管壁厚腐蚀减薄为2.5mm657mm

3(5)看出,第6667+65+珠光体。第6667()明显低于GB5310-95标准要求(5)

(a)66根爆口(b)67根减薄管

(c)65根管

5

(2)20G,规格Φ60mm×7mm,运行约3000h(6),裂纹处无变形、胀粗,内外壁未见其它平行裂纹及腐蚀痕迹。显微组织为带状铁素体+珠光体(7)。开裂原因为外在的结构应力与材料本身的组织应力叠加,使管材提前失效。

620G720G

3分析及讨论

对于水冷壁内螺纹管,由于其为碳素结构钢,再加上轧制内螺纹管的生产工艺,使其极易产生带状组织。根据强度理论,在管子的承受应力上,管子的切向应力是纵向应力的2倍,而切向应力的方向正是管子的横向。因此,管子受力最大的方向正是管子力学性能最薄弱的方向,所以带状组织对管材的危害作用更大。对此,建议在冶炼时控制杂质元素含量尤其是硫含量,在浇注钢锭时采用适当工艺降低成分偏析并严格按锻轧工艺控制终锻温度,就可得到均匀的铁素体

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