20#焊管开裂原因及改进措施

1、20#焊管开裂原因及改进措施一、前言我厂采用去除内外焊缝毛刺的方式生产20#无缝化ERW（高频直缝电阻）焊管，其工艺流程为：原料（中宽板带）的检验和试验纵剪分条一上料开卷一矫平一板端剪切、对焊f活套充料f辊式成形f高频感应焊接f去除焊缝内外毛刺一焊缝涡流探伤一空冷一水冷一定径一飞锯切断一取样一检验、试验一平头一水压试验一钢管整体正火一矫直一检验一包装一入库。主要生产设备包括：开卷机、钢板矫平机、板端剪切对焊机、活套、成型机、固态高频焊接机、内外焊缝毛刺清除机、中频退火机、定径机、定尺锯切机、平头机、水压机、辊底式连续退火炉、钢管矫直机等。11年9月份研制成功，但133和219机组生产的20#无

2、缝焊管都出现了压扁开裂现象，且比较严重，为解决这一难题我们做了如下工作。二、问题分析经光谱及力学性能分析，两机组原带成分和力学性能均符合内控要求，如表1所示。表111年9月20#原带成分组别CSiMnPSMn/SMn/Si10.190.260.440.0230.03412.941.6920.210.240.410.0160.03113.231.7130.230.250.460.0230.02816.431.8440.190.240.440.020.03114.191.8350.190.240.440.020.03213.751.8360.190.250.450.020.03114.521.80

3、70.220.210.440.0250.03114.192.1080.190.20.440.0240.03213.752.20平均值0.200.240.440.0210.03114.121.88由上表可以看出，虽然成分都在内控范围内，但由于成分设计不合理，导致Mn/S和Mn/Si都偏低。金相及扫描电镜等手段分析两机组的开裂原因也不尽相同，具体分析结果如下：1、133机组焊管开裂试样分析图1高倍结果：10X低倍结果：6.5X试样为直径是133mm的焊管，并经过压扁，在开裂位置取横向试样（含焊缝和开裂部分），编号为1#,并在同一试样上距焊缝弧长约20mm的位置取纵向试样，编号为2#试样。开裂焊管的

4、高倍和低倍情况如上图1所示。1#：压扁开裂沿焊缝的溶合区开始，向母材延伸，延伸方向有偏析现象（见图4），裂纹距表面约0.8mm，裂纹延伸长度约6mm，偏析主要由于硫化物引起，见图5。2#：硫化物类夹杂物2.0级，距带钢表面约0.6mm处（见图2），硅酸盐类夹杂物1级。图2近表面的硫化物100X图3近表面偏析现象100X图450X图5200X组织为铁素体+珠光体+魏氏组织，魏氏组织0.5级，晶粒度9.5级，表面有轻微偏析现象（见图3）。根据金属结晶理论，先结晶的金属比较纯而后结晶的金属杂质较多且熔点也较低，当焊缝金属含硫量较高时，能形成较低熔点的共晶物被排挤到晶界处形成一种所谓的“液态薄膜”；在

5、其结晶过程中，由于收缩而受到拉伸应力作用，这时焊缝中的液态薄膜就成了薄弱地带，在应力作用下开裂而形成结晶裂纹1当高频焊接时高温会使长条MnS夹杂变为球状MnS夹杂，此时有些MnS夹杂又很容易与氧化物结合形成双相硫氧化物，这时在挤压力的作用下硫氧复合型夹杂物向管外壁方向运动变形、拉长，并在热应力作用下产生了微裂纹，在上述因素下，钢管在压扁试验时即产生开裂，所以硫的热脆使高温下硫化物夹杂易形成微裂纹是致使133焊管开裂的罪魁祸首。2、219机组焊管开裂试样分析对219焊管进行压扁实验，出现多处垂直于并以焊缝为中心向两侧延伸的横向裂纹，取开裂焊管的焊缝、母材以及裂纹末端的横向截面取样进行金相分析，结

6、果见表2。表2219焊管的金相分析结果母材组织和晶粒度焊缝组织夹杂物级别及形态热影响区宽度/mm铁素体+珠光体、9级铁素体+贝氏体+珠光体A类、0.5级C类、3级3.53.8金相结果可以看出焊接热影响区宽度明显大于2.02.7的正常范围。A类硫化物夹杂较低，在正常范围内，但C类硅酸盐夹杂明显偏高，在裂纹末端的横向截面中，出现了呈聚集状的不规则夹杂物。硅酸盐夹杂物在较低温度时呈脆性，与基体结合较弱。现场工艺调查发现，219机组焊接功率较小，为达到焊接工艺要求的温度实际焊接速度较慢，导致热影响区较宽。热影响区的硅酸盐夹杂重新聚集长大，并残留在热影响区内，在水冷过程中因一系列的应力和位错下成为裂纹源

7、。当焊管温度降低，在成型及定径过程会收缩，受到纵向拉应力，使焊管在硅酸盐夹杂处开始产生微裂并延伸，金相照片见图6,从图中可以看到沿夹杂物产生的微裂纹在纵向拉应力作用下不断扩展，导致裂纹延伸并贯穿钢管基体。7、*1图6沿夹杂物产生微裂纹100X3、总结从上述分析可以看出，原带不存在带状组织说明轧制控制较好。焊接金相组织无较大异常现象，虽然219机组功率偏低，但不是造成焊管开裂的根源。所以说两机组焊管开裂都是由夹杂物造成，因此从产生夹杂物的源头一炼钢抓起，控制夹杂物才是重中之重。三、炼钢工艺探讨及改进措施9月份20#生产工艺情况：1、采用普碳钢生产模式，铁水及废钢条件差，过吹严重，成品S控制偏高，

8、增加硫化物夹杂生成量，又Mn/S控制偏低，增加了硫化物夹杂的热脆作用；2、原脱氧方式仅米用硅锰脱氧，O控制偏咼（85ppm左右），由表1成品成分知O与S差距大，这会造成偏析加大、夹杂物粗大，对性能有更大的危害，且成品S、P较高，二者都是易偏析元素，造成铸坯偏析，夹杂物聚集；3、Mn/Si控制较低，生成的MnOSiO夹杂物中的SiO含量过于饱和，贝VSiO222析出。固态的MnOSiO夹杂物和析出的SiO会影响钢水的可浇性，会造成水口堵22塞5；4、氩站吹氩时间短，3min吹氩时间不足以让夹杂物充分上浮；5、生产过程采用“小眼”中包，加之上述原因3，生产过程絮水口、烧眼情况时有发生，这是20#夹

9、杂物异常的又一原因；6、扇形段开口度较大，中包过热度控制偏高，拉速控制稍快，且不根据P、S等易偏析成分控制拉速，致使铸坯不能充分冷却，树枝晶发达，增加了偏析的可能性。针对上述工艺问题分析我们制订了如下措施：1、根据其它厂生产20#开口度设置调整扇形段开口度，严格按照炼钢厂下发的20#钢的化学成分进行脱氧合金化。20#钢化学成分控制如表3所示表320#钢化学成分表要求C%Si%MnPS标准0.170.230.170.370.350.650.0350.035内控0.180.200.180.250.400.550.0250.030成品目标0.190.200.450.0250.0252、成分控制：当S

10、V0.030%时，成品Mn为：0.40-0.45%；当0.030%WSW0.035%时，成品Mn为：0.45-0.55%。确保20#钢Mn/S15%,Mn/Si2.0.成品Si按照目标0.20%控制。3、原料条件：铁水S和P必须满足20#钢生产条件。S高必须根据规定过铁水预处理进行脱硫。杜绝因钢水S含量偏高而提高Mn含量，造成不必要的合金浪费。4、如果原料P高，则采用双渣操作或终点高拉碳（C20.10）进行点吹处理。杜绝终点低碳补吹，防止钢水过氧化，造成钢铁料消耗升高及合金吸收率低而导致合金浪费。5、由于20#钢吹氩时间长（8min），合金及增碳剂加入量大，导致出钢温降大，造成出钢温度高。因此

11、必须提高一倒命中率，杜绝在终点S及P含量不高的情况下，因温度不够而造成点吹现象的发生。6、生产20#钢时，维护好出钢口，避免出钢口过短、过粗、散流现象发生而造成下渣。7、采用部分铝脱氧，控制好20#钢钢水氧化性（氩后钢包内溶解氧4060ppm）。吹氩时，严格执行20#钢吹氩制度。严禁钢水暴吹或大翻现象发生。8、20#钢生产时连铸必须使用大包保护套管+密封垫。9、针对开裂焊管对应的母材铸坯规格对20#钢拉速和温度控制进行调整如表4所示表420#钢拉速、温度控制表规格中间包温度（C）对应拉速（m/min）180*475180*625215551.101550-15551.1-1.301535-15501.20-1.4015301.10180*650180*710215551.001550-15551.00-1.101535-15501.10-1.2015301.05备注：生产20#钢时S含量超过0.030%且每升咼0.005%时拉速降低0.2米/分S+P超过0.050%且每升高0.010%时拉速降低0.1米/分四、效果及总结前期20#焊管开裂问题主要是硫化物夹杂或硅酸盐夹杂产生的裂纹源造成。对20#生产工艺进行上述改进后，对钢材中硫化物和硅酸盐夹杂进行有效控制，钢水质量得到显著提升，焊管开裂现象得到明显控制，减少了质量缺陷带来的经济损失。参考文献天津大学主编.金属熔焊原理及