至德鋼業(yè)不銹鋼管屈服強度偏低改善研究分析

 浙江至德鋼業(yè)有限公司在對不銹鋼管進行熱處理時，出現(xiàn)屈服強度低于標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)象。通過對不銹鋼管試樣的金相分析，發(fā)現(xiàn)有屈氏體等異常組織產(chǎn)生。通過模擬研究，對工藝參數(shù)進行優(yōu)化，最終產(chǎn)品力學(xué)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

一、力學(xué)性能

 我公司為某公司生產(chǎn)不銹鋼管，產(chǎn)品規(guī)格為：185mm×47mm×3765mm(外徑×壁厚×長度)，其力學(xué)性能要求及第一批次檢測情況如表所示。

 從檢測情況看，此批次不銹鋼管屈服強度偏低，不能滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)對材料化學(xué)成分分析、顯微組織分析及材料的小樣模擬驗證，確認(rèn)產(chǎn)生問題的主要原因是冷卻速度緩慢、淬火效果差而導(dǎo)致異常組織的生成，致使屈服強度偏低。通過對工藝參數(shù)的優(yōu)化，產(chǎn)品力學(xué)性能滿足技術(shù)協(xié)議要求，綜合力學(xué)性能好。

二、原因分析

  1. 化學(xué)成分分析

   利用沖擊試樣進行不銹鋼管成品化學(xué)成分分析，其檢測結(jié)果如表所示?？梢钥闯?，化學(xué)成分滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

  2. 金相分析

  選取性能偏低的拉伸試樣，將拉伸試樣頭部鋸切下，經(jīng)磨制、拋光，經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕，其顯微組織形貌如圖。金相組織為沿晶界的鐵素體+沿晶界的黑色屈氏體+回火索氏體組織。表征金屬微量變形抗力的屈服強度是一個對成分、組織極為敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，組織中由于存在沿晶界析出的屈氏體和鐵素體，導(dǎo)致鋼管的屈服強度偏低。

三、工藝試驗

  在性能不合格的試片上切取試驗樣坯，調(diào)整淬火溫度及加快冷卻速度進行工藝試驗。熱處理制度為: 淬火870±10℃，保溫30分鐘，油冷(10號機油)，500±5℃回火2小時后空冷。熱處理制度為: 淬火870±10℃，保溫30分鐘，水冷，450±5℃回火2小時后空冷。力學(xué)性能檢測結(jié)果見表。利用沖擊試樣，經(jīng)磨制、拋光，經(jīng)4%硝酸酒精腐蝕，其顯微組織形貌見圖。組織為回火索氏體+極少量的回火貝氏體，屈服強度達(dá)到技術(shù)要求，且富裕量較大。

三、試驗結(jié)果及分析

 1. 針對屈服強度低的材料，利用拉伸試樣進行分析，發(fā)現(xiàn)金相組織中存在沿晶界分布的屈氏體及鐵素體。由于這種異常組織的產(chǎn)生，導(dǎo)致屈服強度低于要求值。

 2. 屈服強度低的原因，經(jīng)分析主要是淬火冷卻效果較差。

 3. 在屈服強度低的原試片上切取樣坯，在試驗室進行工藝試驗，通過提高淬火溫度、加強冷卻等改善措施，其組織中沿晶界分布的屈氏體及鐵素體消失，屈服強度得以大幅度的提高。

 4. 熱處理工藝改進及檢測結(jié)果，根據(jù)試驗室的工藝研究，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，前、后工藝對比見表。按優(yōu)化后的工藝對同熔煉爐其他鋼管進行熱處理，其檢測結(jié)果見表。

四、結(jié)論

   不銹鋼管屈服強度是一個對成分、組織極為敏感的力學(xué)性能指標(biāo)。材料成分滿足技術(shù)要求，但熱處理工藝不合理，致使不銹鋼管金相組織中存在沿晶界析出屈氏體和鐵素體，導(dǎo)致屈服強度偏低。通過提高淬火溫度和加強冷卻，使屈服強度大幅度提高，有效滿足了產(chǎn)品技術(shù)條件要求。