增刊1 何建中等：液压支架用无缝钢管轧制开裂原因分析 ·93· 742 b 3 593 0 赵296 Mg 148 15.0mVx100200um1 012345678910 能量keV 图2夹杂物形貌及成分组成 Fig.2 Morphology and chemical composition of the inclusion 初步分析，较多的夹杂物是引起管体开裂的主 用，使该部位的金属受力严重不均，产生显微裂纹， 要原因. 在切向拉应力（属于破坏性应力）的作用下显微裂 3.1夹杂物的形态分析 纹进行扩展. A山，03和Mg0一AL,03均属于脆性夹杂，硬度高且 由于穿孔机、均整机均属于斜轧，对管坯产生巨 难以熔化，在热加工过程中虽然尺寸和形状不发生 大的扭矩，故裂纹多表现为螺旋状.而轧管机、定径 变化，沿加工方向呈串链状分布（见图2）.mCa0- 机均属于纵轧，随着钢管的纵向延伸，螺旋角度在 变小. nAl,0、2Ca0-Si02和高熔点的CaS均属于不变形 夹杂，在热加工过程中不变形，仍保持散点状或球 3.4裂纹的扩展分析 状0.硅酸盐夹杂常以多相形式复合存在，当钢水 显微裂纹形成后，随着裂纹的扩展，裂纹尖端应 凝固速度较快时，液态的硅酸盐来不及结晶，其全部 力也随之增大，而此时钢件有效截面却在减小，但这 并不意味着一定会引起材料的宏观裂纹，因为显微 或部分以过冷液体（即玻璃态）存在于钢中围.低 裂纹尺寸一般远小于临界裂纹长度切.钢中含有较 熔点的FS属于塑性夹杂，在热加工过程沿加工方 多的Si、M元素，这会降低钢的导热性能圆，增大 向延伸呈条状排列. 钢管沿壁厚方向的温度梯度.现场为了提高生产率 3.2夹杂物的来源分析 而采用快速再加热的方式，由于奥氏体的比容小，升 夹杂中含有CaS和FeS,以及大量的mCaO- 温过快使得表层先发生奥氏体相变而急速收缩可， nAL,03、2Ca0-Si02和Mg0-AL03,它们在成分中所 产生很大的切向拉应力，为裂纹的扩展提供充足的 占的比例，与精炼钢包渣的成分完全吻合刷，且夹 能量.由于夹杂物的分布均靠近管体的外表面，根 杂为多种氧化物组成的复合相，颗粒尺寸较大（几 据最小阻力定律，裂纹将向外表面扩展形成纵向裂 十微米)，这足以说明钢水中卷入了精炼渣 纹，晶粒有长大倾向说明管坯产生轻微过热，降低了 转炉出钢采用有A!工艺进行终脱氧，精炼炉喂 晶粒间的结合力，开裂部位存在氧化和脱碳现象充 CaSi线进行深脱硫，这些终脱氧产物和深脱硫产 分说明了这一点. 物，在精炼后期由于吹氩搅拌不充分，致使夹杂未能 在裂纹扩展过程中，若拉应力变小或遇到压应 充分上浮和分离而留在钢水中. 力区域，裂纹扩展将终止；若裂纹扩展遇到铁素体 采用弧形连铸机，液相穴内的夹杂物被内弧侧 (属于韧性相)，铁素体会产生塑性变形，吸收变形 捕捉而未能上浮到结晶器液面，因而在管坯圆截面 功从而松弛应力，并使裂纹尖端曲率半径增大而钝 的内弧侧造成大量的聚集，形成皮下夹杂 化，增大裂纹扩展阻力@，使得裂纹将难以继续扩 3.3裂纹的形成分析 展或减缓扩展速度，所以裂纹也会改变方向，但一般 在斜轧穿孔过程中，管坯表面层受三向压应力 很少裂透 作用，管坯中间的塑性区不仅受切应力作用，还受到 切向、轴向拉应力作用因.塑性夹杂物在轧制时会 4改进措施及效果 形成明显的带状，脆性夹杂和不变形夹杂在轧制时 4.1改进措施 均会形成串链状.在切应力的作用下，金属发生滑 为防止钢水中卷入精炼渣，应控制好氩气的工 移、孪生等塑性变形，由于夹杂物强烈的隔离作 作压力和流量、保证足够的软吹时间，以便让终脱氧增刊 1 何建中等: 液压支架用无缝钢管轧制开裂原因分析 图 2 夹杂物形貌及成分组成 Fig． 2 Morphology and chemical composition of the inclusion 初步分析，较多的夹杂物是引起管体开裂的主 要原因． 3. 1 夹杂物的形态分析 Al2O3和 MgO--Al2O3均属于脆性夹杂，硬度高且 难以熔化，在热加工过程中虽然尺寸和形状不发生 变化，沿加工方向呈串链状分布( 见图 2) ． mCaO-- nAl2O3、2CaO--SiO2 和高熔点的 CaS 均属于不变形 夹杂，在热加工过程中不变形，仍保持散点状或球 状［1］． 硅酸盐夹杂常以多相形式复合存在，当钢水 凝固速度较快时，液态的硅酸盐来不及结晶，其全部 或部分以过冷液体( 即玻璃态) 存在于钢中［3］． 低 熔点的 FeS 属于塑性夹杂，在热加工过程沿加工方 向延伸呈条状排列． 3. 2 夹杂物的来源分析 夹杂 中 含 有 CaS 和 FeS，以 及 大 量 的 mCaO-- nAl2O3、2CaO--SiO2和 MgO--Al2O3，它们在成分中所 占的比例，与精炼钢包渣的成分完全吻合［3］，且夹 杂为多种氧化物组成的复合相，颗粒尺寸较大( 几 十微米) ，这足以说明钢水中卷入了精炼渣． 转炉出钢采用有 Al 工艺进行终脱氧，精炼炉喂 CaSi 线进行深脱硫，这些终脱氧产物和深脱硫产 物，在精炼后期由于吹氩搅拌不充分，致使夹杂未能 充分上浮和分离而留在钢水中． 采用弧形连铸机，液相穴内的夹杂物被内弧侧 捕捉而未能上浮到结晶器液面，因而在管坯圆截面 的内弧侧造成大量的聚集［4］，形成皮下夹杂． 3. 3 裂纹的形成分析 在斜轧穿孔过程中，管坯表面层受三向压应力 作用，管坯中间的塑性区不仅受切应力作用，还受到 切向、轴向拉应力作用［5］． 塑性夹杂物在轧制时会 形成明显的带状，脆性夹杂和不变形夹杂在轧制时 均会形成串链状． 在切应力的作用下，金属发生滑 移、孪生等塑性变形［6］，由于夹杂物强烈的隔离作 用，使该部位的金属受力严重不均，产生显微裂纹， 在切向拉应力( 属于破坏性应力) 的作用下显微裂 纹进行扩展． 由于穿孔机、均整机均属于斜轧，对管坯产生巨 大的扭矩，故裂纹多表现为螺旋状． 而轧管机、定径 机均属于纵轧，随着钢管的纵向延伸，螺旋角度在 变小． 3. 4 裂纹的扩展分析 显微裂纹形成后，随着裂纹的扩展，裂纹尖端应 力也随之增大，而此时钢件有效截面却在减小，但这 并不意味着一定会引起材料的宏观裂纹，因为显微 裂纹尺寸一般远小于临界裂纹长度［7］． 钢中含有较 多的 Si、Mn 元素，这会降低钢的导热性能［8］，增大 钢管沿壁厚方向的温度梯度． 现场为了提高生产率 而采用快速再加热的方式，由于奥氏体的比容小，升 温过快使得表层先发生奥氏体相变而急速收缩［9］， 产生很大的切向拉应力，为裂纹的扩展提供充足的 能量． 由于夹杂物的分布均靠近管体的外表面，根 据最小阻力定律，裂纹将向外表面扩展形成纵向裂 纹，晶粒有长大倾向说明管坯产生轻微过热，降低了 晶粒间的结合力，开裂部位存在氧化和脱碳现象充 分说明了这一点． 在裂纹扩展过程中，若拉应力变小或遇到压应 力区域，裂纹扩展将终止; 若裂纹扩展遇到铁素体 ( 属于韧性相) ，铁素体会产生塑性变形，吸收变形 功从而松弛应力，并使裂纹尖端曲率半径增大而钝 化，增大裂纹扩展阻力［10］，使得裂纹将难以继续扩 展或减缓扩展速度，所以裂纹也会改变方向，但一般 很少裂透． 4 改进措施及效果 4. 1 改进措施 为防止钢水中卷入精炼渣，应控制好氩气的工 作压力和流量、保证足够的软吹时间，以便让终脱氧 ·93·