304焊接钢管压扁试验开裂原因分析

304焊接钢管检验压扁工艺性能时，试样出现了开裂现象．经检验．钢管的化学成分和力学性能符合标准要求，断口扫描电镜分析和金相分析发现有大世纵向分布的氏条状硫化物夹杂，钢管焊接时发生热胀冷缩，由于硫化物的热膨胀系数与基体不同，长条状的硫化物夹杂与繁体界面产生了显馓裂纹，在外力作用下引起应力集中，使钢管压扁试验时开裂，大量纵向分布的长条状硫化物夹杂是引起钢管压扁试验开裂的原因。

低压流体输送用304焊接钢管也称焊管，是用于输送水、煤气、油和取暖蒸汽等一般较低压力流体的304焊接钢管，钢管必须符合GB/T 3091- 2008的要求，按照GB/T 3091-2008规定，外径大于60.3的电阻焊钢管应进行压扁试验，压扁试样的长度应不小于64mm，两个试样的焊缝应分别位于与施力方向成90°和0°位迸，试验时，当两平板间距离为钢管外径的2/3时，焊缝处不允许出现裂缝或裂口．某工厂生产的直径为88.9mm的304焊接钢管，进行压扁试验，当压至两平板间距离为钢管外径的2/3时，焊缝位置发生开裂，如图1所示．本文通过对钢管的材质和力学检验，以及显微组织、夹杂物和断口分析，探讨了该304焊接钢管压扁试验发生开裂的原因．

分析与讨论

    样品的材质和力学性能均符合标准的要求．样品的断口为木纹状层状断口，断口表面有很多纵向排列的裂纹，经分析，该处有大量纵向分布的条状硫化物夹杂，硫化物夹杂非常严重．硫化物夹杂属内生夹杂，是钢在液态及凝固过程中由钢中Fe及其它元素与S化学反应所形成的，当钢液凝固时来不及上浮而嵌入钢中各种硫化物，主要为FeS、MnS及两者的凼熔体．硫化物夹杂具有良好的塑性，属塑性夹杂，轧制时它的变形指数接近于1，经轧制后沿轧制方向与金属基体一起变形，延伸而变成条带状、纺锤状或线段状，是造成钢板性能各向异性的重要原因.

    钢管焊接后，在靠近焊缝和热影响区的位置发生了热胀冷缩，由于硫化物的热膨胀系数与基体不同，在热胀冷缩的作用下，长条状的硫化物夹杂与基体界面产生了显微裂纹，每一个细长的硫化物夹杂都是一个微裂纹源，使钢管在较小载衙作用下，便以夹杂物为裂纹源产生应力集中，当这个应力增大到一定数值时。随即在裂纹源处萌生裂纹，这使钢管的横向性能严重降低，钢管进行压扁试验时，钢管主要受横向应力的作用，发生横向变形，硫化物夹杂产生的微裂纹逐渐长大，直至发展成沿钢管纵向的宏观小裂口，随着变形的增大，最后钢管开裂．

结论与改进措施

    由于钢中存在大量纵向长条状分布的硫化物夹杂，钢管焊接后，在热胀冷缩的作用下，长条状的硫化物夹杂与基体界面产生了显微裂纹，破坏了钢管基体的连续性，在外力作用下引起应力集中，使裂纹萌生，随着变形的增大，最后钢管开裂．这些纵向分布的长条状硫化物夹杂，是造成钢管压扁试验不合格的主要原因，

    控制钢中硫化物夹杂是改进钢管压扁工艺性能的有效措施．硫化物夹杂的控制主要指控制钢中硫含量和确保轧制后硫化物成球状．钢水炉外精炼脱硫的方法比较多，最常用的是合成渣法吹氩搅拌．改变硫化物夹杂物形态最主要的方法是在出钢过程中，在钢包内加入某些元素，如Ca和Re，使所形成的新硫化物比原来的MnS熔点更高，热力学性质更稳定，加工过程不变形，这是一种提高钢材力学性能和减轻各向异性的有效方法。