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行業資訊

304不銹鋼管焊縫裂紋產生的原因

    對一套帶有焊縫裂紋的304不銹鋼管試樣,要求確定焊縫開裂的產生原因。

    1.宏觀檢查

    壁厚為2mm的焊管試樣采用的是直縫焊。沿焊縫中心線能夠看到分布無規律的小裂紋;304不銹鋼管成品表面組別為2B,并且在鋼管的一端有一段擴徑區域;在焊道上存在黃褐色的銹點,而且在小裂紋的內部表面也可見銹蝕。

    2.化學成分

    從304不銹鋼管的母材上切取試樣進行XRF和碳分析,結果如下表所示,母材金屬符合304鋼的標準要求。

    3.顯微檢查

    切取焊縫和母材金屬試樣作金相檢驗。結果是焊縫金屬(WM)含有3.94%的鐵素體;熱影響區(HAZ)是窄的;母材金屬(PM)是由奧氏體晶粒組成的,并伴有沉積于晶粒邊界的碳化物存在。切取一個包含PM, HAS, VW的焊接接頭試樣,然后再沿焊縫中心切開對這個表面進行電子顯微鏡((SEM)檢查.焊縫裂紋區域呈現枝晶結構,而焊縫正常的區域是具有塑性斷裂的表面,通過對焊縫金屬熱裂紋的檢查,能夠清楚地看到枝晶間裂紋,枝晶間裂汁進而又形成了在相鄰區域內引起脆性斷裂應力集中因素;同時在不同區域上進行的EDS分析.發現了下列物質:

   ·枝晶間結構:O, Al, Si, Cl, Ca, C,S、Cr, An、Ni(能譜1)

   ·焊縫金屬:CI、S, Cr, Mn, Ni(能潛2)

   ·母材金屬:Cr. Mn, Ni(能譜3)

   ·經超聲波清洗后的枝晶間結構:O2、Cr、Mn、Ni(能譜4)

    4.殘余應力的測定

    用ASTM G58試驗方法測定304不銹鋼管。擴徑區截面圓周方向上的殘余應力,測定結果如下:

    殘余應力——82.10 MPa

    5.討論

    焊絲和母材金屬都沒有導致焊縫裂紋的任何冶金缺陷。焊縫金屬中鐵素體的數量(3.9/%)超過了正常的抑制枝間裂紋(熱裂紋和微裂紋)的鐵素體含量,在304不銹鋼管管中殘余應力值82.10MPa并不太高(409型鋼管的典型殘余應力大約是92MPa ),然而當焊縫金屬從固相線冷卻到大約982℃,在這段溫度內,焊縫金屬承受的應力應降到最小.因為在這一溫度范圍內焊縫金屬對微裂紋最為敏感,而且在某些枝晶結構的表面上發現有氧化物,說明裂紋最大的可能是在高溫下形成的,對裂紋中存在元素檢查中發現的鋁、鈣、硅和鎂很可能是由于304不銹鋼管開裂后受到污染而造成的。

    所以,不銹鋼管廠應該研究一下焊縫在凝固和冷卻過程中,304不銹鋼管是否承受了比正常應力值高的應力,對于諸如熱輸入(金屬的過分膨脹)、加工工藝等參數和成型方式應該重新進行確定。

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