增刊1 宁玫等：无缝钢管产品水压实验爆裂原因分析 ·99· 裂状，在有氧化铁皮覆盖的情况下难于发现，但在后 微观特征：断口为沿晶开裂，能谱分析结果表明 续的轧管过程中可能扩展成横向裂纹. 断口上的深褐色异物是金属铜（见图12）.化学分 宏观特征：气瓶管制作成气瓶后要进行打压实 析结果表明：气瓶管的各种元素含量正常，基体中铜 验，其中一支气瓶打压开裂断口宏观形貌见图11. 含量水平不高.由此判断断口上和沿晶裂纹中大量 肉眼可见断口上有深褐色异物，内壁约1/5壁厚是 的金属铜聚集不是连铸坯本身铜含量偏高造成的， 新鲜断口. 而是外来的铜局部渗入造成的. 爆裂原因：连铸过程中的关键设备结晶器由紫 铜制造，结晶器的内表面镀铬（厚度一般几十微 米)，防止连铸坯坯壳直接与铜壁接触渗入而形成 表面横向、星状裂纹.结晶器使用一段时间后，内表 面镀铬层将被逐渐磨损，如果结晶器更换不及时，某 些磨损严重的部位铜壁暴露出来与连铸坯坯壳直接 接触，结晶器的金属铜因摩擦涂抹转移到坯壳表面 形成一层沉积铜，在坯壳表面1200~1400℃的高温 图11气瓶开裂横向断口宏观形貌 Fig.11 Macroscopic photo of cross fracture of the cracking cylinder 和拉坯应力的共同作用下，金属铜熔化（纯铜的熔 3607- a (b) mapping of Cu 2885 Cu 2164 1442 0 0.51.01.52.02.53.0 10m 能量eV 图12沿品开裂断口形貌()、能谱定性分析(b)和铜元素沿品分布的面分布图(c) Fig.12 Fracture morphology of intergranular cracking (a),EDS analysis (b)and distribution map of Cu element (c) 点为1083℃)并沿一次晶粒边界向内部扩散，由于 产规格为中140mm的6.7L高压气瓶，该气瓶工作 铜在钢中的溶解度较低，在晶界处形成低熔点的液 压力l5MPa,水压试验压力为22.5MPa,保压1min, 相薄膜，降低晶间结合力和高温塑性，增加钢的热脆 逐支做水压实验，无泄漏和瓶体无变形为合格.其 性和开裂敏感性而产生沿晶热裂.在轧管的高 中一支气瓶在进行水压实验时，保压时间内瓶体破 温和应力作用下，液态的铜浸润晶界，导致轧管表面 裂，破口为塑性断口. 形成横裂.断口特征表明该产品的有效承载面积仅 宏观特征：打压爆裂气瓶约500mm长，爆裂部 剩内壁1/5壁厚区域，受力后必然产生爆裂 位的裂纹开口约300mm长，中间裂口部位由于塑性 2.5连铸坯芯部成分偏析和夹杂物偏聚 变形而呈明显凸起状，断口呈浅灰色韧性断裂形态 采用规格为中140mm×4.5mm无缝气瓶管生 (见图13). 5525 图13打压爆裂气瓶裂纹宏观形貌 Fig.13 Macroscopic photo of the crack of the bulged eylinder增刊 1 宁 玫等: 无缝钢管产品水压实验爆裂原因分析 裂状，在有氧化铁皮覆盖的情况下难于发现，但在后 续的轧管过程中可能扩展成横向裂纹． 宏观特征: 气瓶管制作成气瓶后要进行打压实 验，其中一支气瓶打压开裂断口宏观形貌见图 11． 肉眼可见断口上有深褐色异物，内壁约 1 /5 壁厚是 新鲜断口． 图 11 气瓶开裂横向断口宏观形貌 Fig． 11 Macroscopic photo of cross fracture of the cracking cylinder 微观特征: 断口为沿晶开裂，能谱分析结果表明 断口上的深褐色异物是金属铜( 见图 12) ． 化学分 析结果表明: 气瓶管的各种元素含量正常，基体中铜 含量水平不高． 由此判断断口上和沿晶裂纹中大量 的金属铜聚集不是连铸坯本身铜含量偏高造成的， 而是外来的铜局部渗入造成的． 爆裂原因: 连铸过程中的关键设备结晶器由紫 铜制造，结晶器的内表面镀铬( 厚度一般几十微 米) ，防止连铸坯坯壳直接与铜壁接触渗入而形成 表面横向、星状裂纹． 结晶器使用一段时间后，内表 面镀铬层将被逐渐磨损，如果结晶器更换不及时，某 些磨损严重的部位铜壁暴露出来与连铸坯坯壳直接 接触，结晶器的金属铜因摩擦涂抹转移到坯壳表面 形成一层沉积铜，在坯壳表面 1200 ～ 1400 ℃的高温 和拉坯应力的共同作用下，金属铜熔化( 纯铜的熔 图 12 沿晶开裂断口形貌( a) 、能谱定性分析( b) 和铜元素沿晶分布的面分布图( c) Fig． 12 Fracture morphology of intergranular cracking ( a) ，EDS analysis ( b) and distribution map of Cu element ( c) 点为 1 083 ℃ ) 并沿一次晶粒边界向内部扩散，由于 铜在钢中的溶解度较低，在晶界处形成低熔点的液 相薄膜，降低晶间结合力和高温塑性，增加钢的热脆 性和开裂敏感性而产生沿晶热裂［11］． 在轧管的高 温和应力作用下，液态的铜浸润晶界，导致轧管表面 形成横裂． 断口特征表明该产品的有效承载面积仅 剩内壁 1 /5 壁厚区域，受力后必然产生爆裂． 2. 5 连铸坯芯部成分偏析和夹杂物偏聚 采用规格为 140 mm × 4. 5 mm 无缝气瓶管生 产规格为 140 mm 的 6. 7 L 高压气瓶，该气瓶工作 压力 15 MPa，水压试验压力为 22. 5 MPa，保压 1 min， 逐支做水压实验，无泄漏和瓶体无变形为合格． 其 中一支气瓶在进行水压实验时，保压时间内瓶体破 裂，破口为塑性断口． 宏观特征: 打压爆裂气瓶约 500 mm 长，爆裂部 位的裂纹开口约 300 mm 长，中间裂口部位由于塑性 变形而呈明显凸起状，断口呈浅灰色韧性断裂形态 ( 见图 13) ． 图 13 打压爆裂气瓶裂纹宏观形貌 Fig． 13 Macroscopic photo of the crack of the bulged cylinder ·99·