分享：無縫鋼管表面異常磁痕產(chǎn)生原因

對某無縫鋼管進(jìn)行磁粉檢測時,發(fā)現(xiàn)其管體表面磁粉聚集成細(xì)線狀,對其進(jìn)行著色滲透檢測,并未在試樣表面發(fā)現(xiàn)開口型缺陷,在鋼管上截取試樣,并對試樣進(jìn)行打磨、拋光后,再次進(jìn)行磁粉檢測,磁痕仍存在且保持原狀。該鋼管規(guī)格為89 mm×10 mm（外徑×壁厚）,材料牌號為27SiMn鋼。 

磁粉檢測利用磁粉聚集來顯示工件上的不連續(xù)及缺陷,一般將材料的不連續(xù)和缺陷分為3類,即假磁痕、非相關(guān)性磁痕、相關(guān)性磁痕。假磁痕不是由磁力引起的,一般與工件表面狀態(tài)有關(guān),如銹蝕、表面粗糙等；非相關(guān)性磁痕一般由工件加工面突然變化、金屬流線、加工硬化以及金相組織不一致等引起；相關(guān)性磁痕是由材料缺陷引起的,如裂紋、白點(diǎn)、發(fā)紋、夾雜物及疏松等[1]。 

筆者采用熱酸腐蝕試驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、掃描電鏡（SEM）和能譜分析、電子探針分析等方法對異常磁痕產(chǎn)生原因進(jìn)行分析,以防止該類問題再次發(fā)生。 

1.   理化檢驗(yàn)

1.1   熱酸腐蝕試驗(yàn)

對該無縫鋼管進(jìn)行熱酸腐蝕試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)管體外表面存在3個條狀異常區(qū)域,宏觀形貌表現(xiàn)為條狀區(qū)域內(nèi)存在斷續(xù)的腐蝕溝,與管體軸線成15°,3個條狀區(qū)域周向間隔為120°,其宏觀形貌如圖1所示。 

圖  1  條狀異常區(qū)域宏觀形貌

1.2   金相檢驗(yàn)

在管體上沿條狀異常區(qū)域切取試樣,對試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn),結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：該無縫鋼管基體組織為珠光體＋鐵素體,異常處為帶狀組織,含有馬氏體和殘余奧氏體。對金相試樣進(jìn)行非金屬夾雜物評級和晶粒度評級,夾雜物含量和晶粒度均正常,結(jié)果如表1所示。 

圖  2  條狀異常區(qū)域顯微組織形貌

1.3   掃描電鏡和能譜分析

對無縫鋼管進(jìn)行熱酸腐蝕試驗(yàn)后,在條狀異常區(qū)域截取試樣,將試樣置于掃描電子顯微鏡下觀察,其背散射電子（BSE）圖像如圖3所示,二次電子（SE）圖像如圖4所示。由圖3~4可知：異常區(qū)域顏色較深,SE形貌與其他部位略有不同。 

圖  3  條狀異常區(qū)域BSE圖像

圖  4  條狀異常區(qū)域SE圖像

在該無縫鋼管異常區(qū)域處截取試樣,對試樣橫截面進(jìn)行研磨拋光,再對其進(jìn)行能譜分析,不能分辨異常區(qū)域,這是因?yàn)楫惓^(qū)域結(jié)構(gòu)與其他部位差別較小,無法分辨。條狀異常區(qū)域橫截面SE圖像如圖5所示。能譜分析位置如圖6所示,結(jié)果如表2所示。由表2可知：譜圖1和譜圖3中Si元素和Mn元素的含量略高。 

圖  5  條狀異常區(qū)域橫截面SE圖像

圖  6  條狀異常區(qū)域能譜分析位置

1.4   電子探針分析

采用電子探針對管體異常區(qū)域進(jìn)行化學(xué)成分分析,分析位置如圖7所示。其中,a1為組織正常區(qū)域,a2為條狀區(qū)域（靠近外壁）,a3為條狀區(qū)域（靠近內(nèi)部）。分析結(jié)果如表3所示,由表3可知：組織異常區(qū)域的Cr、Si、Mn元素含量高于基體中對應(yīng)元素含量。 

圖  7  異常區(qū)域電子探針分析位置

2.   綜合分析

熱酸腐蝕試驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)無縫鋼管管體外表面存在3條條狀異常區(qū)域,這些條狀區(qū)域周向間隔為120 ℃,與管體軸線成15°,條狀區(qū)域內(nèi)存在斷續(xù)的腐蝕溝。 

金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該無縫鋼管基體組織為珠光體+鐵素體,磁痕區(qū)的組織為帶狀組織,含有馬氏體+殘余奧氏體；非金屬夾雜物化學(xué)成分正常。能譜分析和電子探針分析結(jié)果表明,帶狀組織區(qū)域的Cr、Si、Mn元素含量高于基體對應(yīng)元素含量,可見該區(qū)域存在成分偏析。 

Cr、Mn、Si元素的偏析在很大程度上提高了該區(qū)域奧氏體的化學(xué)穩(wěn)定性,增大了馬氏體相變的切變阻力,加上Cr、Mn合金元素偏聚,降低了該區(qū)域的馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度,提高了其淬透性,在軋制冷卻時材料出現(xiàn)馬氏體和殘余奧氏體[2]。 

通過上述分析,可以推斷該無縫鋼管的異常磁痕不是裂紋、夾雜物等缺陷,屬于非相關(guān)性磁痕,是由顯微組織不一致造成的。 

根據(jù)磁粉檢測原理,在一定的磁粉檢測靈敏度下,導(dǎo)磁率變化梯度較大處都會發(fā)生磁粉聚集（即磁痕）[3]。不同顯微組織的磁導(dǎo)率不同,磁導(dǎo)率從大到小依次為：鐵素體、珠光體、回火馬氏體、未回火馬氏體,殘余奧氏體是無磁相[4]。因此,在磁粉檢測過程中,對鋼管磁化時,無磁性的殘余奧氏體形成漏磁場,導(dǎo)致材料產(chǎn)生異常磁痕。 

另外,馬氏體的硬度較高,其矯頑力比基體處的矯頑力大,也會增加異常磁痕顯示。 

3.   結(jié)論

（1）異常磁痕不是裂紋、夾雜物等缺陷,屬于非相關(guān)性磁痕,是由顯微組織不一致造成的。 

（2）異常磁痕區(qū)存在斷續(xù)的帶狀偏析,Cr、Si、Mn合金元素含量相對較高,組織為馬氏體和殘余奧氏體；磁粉檢測過程中,對鋼管磁化時,無磁性的殘余奧氏體形成漏磁場,導(dǎo)致異常磁痕。另外,馬氏體的硬度較高,其矯頑力比基體處的矯頑力大,也會增加異常磁痕顯示。 

（3）從異常磁痕分布看,這種帶狀偏析沿著與管體軸向成約15°螺旋方向分布,推斷其對縱向和橫向拉伸性能影響不大。

文章來源——材料與測試網(wǎng)