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小口徑薄壁不銹鋼管擴口產(chǎn)生裂紋的原因

小口徑薄壁不銹鋼管主要用于航空、醫(yī)療器械、食品及試驗設備等方面，可能需要進行擴口，但是當不銹鋼管壁較薄時，一旦生產(chǎn)工藝中某道次的中間退火或變形不當，便容易在擴口后出現(xiàn)裂紋甚至開裂。本文就來說說小口徑薄壁不銹鋼管擴口產(chǎn)生裂紋的原因。

以4根規(guī)格為φ6.0×0.6的光亮退火304不銹鋼管為例。其中1^#、3^#擴口合格，2^#、4^#擴口不合格，出現(xiàn)了裂紋；取合格的1^#和不合格的4^#進行觀察。對成品φ6.0×0.6不銹鋼管的生產(chǎn)過程進行跟蹤，并對各環(huán)節(jié)的性能變化進行檢測。其加工工序為：擴口前：φ15.8x0.7，退火處理；1道次拉拔，φ12.5x0.75，退火處理；2道次拉拔，φ10.85×0.75，退火處理；3道次拉拔，φ8.9×0.79，退火處理；4道次拉拔，φ6.95×0.85，退火處理；5道次拉拔，φ6.0×0.6。退火溫度采用大于980℃的軟化退火。

一、擴口合格與不合格管的分析比較

從表1可以看出，不合格的4^#管的硬度比合格的1^#管的高些，平均硬度達到234.7HV₁。對其微觀組織進行觀測，結(jié)果如圖1?？梢园l(fā)現(xiàn)，不論是橫向還是縱向，4^#管的晶粒都比1^#管的小，尤其是橫向組織更為明顯。而且在4^#組織中存在較多的退火孿晶。

對于具有面心立方結(jié)構(gòu)的金屬來說，在通常的塑性變形過程中，變形主要以滑移為主，而滑移是通過位錯滑移實現(xiàn)的，在滑移的過程中產(chǎn)生了位錯的增殖，使晶體內(nèi)部的位錯密度急劇增加，正是這些高密度的位錯，使晶體滑移受阻，材料產(chǎn)生加工硬化。在良好退火的晶體中，位錯密度大約為10⁶個/cm²，而強烈冷作硬化的晶體中的位錯密度可達10¹¹~10¹²個/cm²之多。

對不穩(wěn)定型的奧氏體不銹鋼，冷加工也會使其位錯密度升高。有資料顯示，在室溫下，拉伸、彎曲和軋制過程均產(chǎn)生形變誘發(fā)馬氏體，且馬氏體含量隨冷加工變形量的增加而增大。304奧氏體不銹鋼在形變過程中不同程度地出現(xiàn)層錯、形變孿晶、應變誘發(fā)馬氏體，并在晶界與退火孿晶附近形成位錯塞積和位錯胞狀組織。這些形變組織結(jié)構(gòu)均可導致加工硬化。

退火的主要目的是消除材料的內(nèi)應力并降低硬度，提高小口徑薄壁不銹鋼管的可成形性能。而退火后硬度值過高說明退火軟化效果差，殘余應力沒有充分釋放，因為殘余應力引起的晶格畸變也會使硬度值改變。殘余應力的存在導致在擴口時容易在應力集中的地方產(chǎn)生裂紋。

以上不利因素的存在，導致了擴口裂紋的產(chǎn)生。因此，在熱處理時只有加熱溫度和保溫時間都滿足，才能使晶粒足夠長大，殘余應力充分釋放，才能使其韌性得以提高。如果加工過程中每道次的中間熱處理不能讓殘余應力充分釋放，即加工硬化不能完全恢復的話，會累積下來影響到最后成品的硬度。因此，在加工過程中應盡量避免有硬度積累的環(huán)節(jié)產(chǎn)生。

二、加工過程中產(chǎn)生硬度積累環(huán)節(jié)分析

1. 硬度與拉拔道次的關(guān)系

由圖2看出，隨拉拔加工道次的增加其硬度值在逐漸增大，即隨加工管徑的逐漸變小，其熱處理后的硬度逐漸升高，說明連續(xù)拉拔加工會導致其硬度升高。雖然每一道次拉拔之后都有中間退火處理，但并不能使其恢復到原始的硬度狀態(tài)，說明中間退火處理不能使殘余應力完全消除，即加工硬化沒有完全清除，而且隨拉拔道次的增加，這種狀況在逐漸積累。

由硬度與管徑的散點圖（圖3）看出，隨拉拔管徑變小，其硬度呈近似線性增長。

2. 硬度差與伸長系數(shù)的變化

從圖4看出，伸長系數(shù)大時其硬度增加的多些，而伸長系數(shù)小時其硬度增加的較小。但是當φ10.85x0.75→φ12.5×0.75時，伸長系數(shù)為1.163，而其硬度增加了36HV₁，硬度增長最快。這是由于在φ10.85×0.75時選用了3檔低檔電流退火，為使其溫度升到980℃，必須延長加熱時間，導致退火軟化效果不良，引起硬度增加很快。說明此時選擇3檔低檔電流退火是不適合的。

去掉上面這個例外的數(shù)據(jù)，進一步對硬度差與延伸系數(shù)的關(guān)系進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，隨伸長系數(shù)的增大，拉拔加工后硬度升高速度加快。

從小口徑薄壁不銹鋼管擴口產(chǎn)生裂紋的原因可知，退火軟化效果不良造成硬度較高，容易產(chǎn)生擴口裂紋。成品管的直徑越小，加工道次越多，其硬度越高，即擴口不合格的幾率越大。要保證生產(chǎn)合格的不銹鋼管，其拉拔道次不能過多，拉拔過程中單道次的伸長系數(shù)不能過大，中間熱處理環(huán)節(jié)的電流檔次要選擇適當。