钢管低倍酸蚀检验缺陷分析

宋 娟 瞿婷婷 蔡 克 仝 珂

(中国石油集团石油管工程技术研究院 陕西 西安 710077)

0 引 言

钢管的低倍宏观组织检验是用肉眼(目视)或在不大于10 倍的放大镜下检验其宏观组织和缺陷。常用的检验方法有低倍酸蚀检验、断口检验、硫印试验等。低倍酸蚀检验它具有视域大、范围广的特点，能全面观察和了解钢管外部与内部的各种宏观缺陷，如离层、折叠、裂纹、偏析、非金属夹杂物等，被广泛的应用在钢管的生产检测过程中，是钢管常规检测项目的重要组成部分。

1 样品背景

随机抽取Φ114.3 mm ×6 mm20#钢管(1#试样)和Φ1 820 mm×18 mm Q235B 钢管(2#试样)两种钢管管体(均为新管)进行低倍检验。试样为随机从钢管管体截取的横向试样，试样经240#，600#，1000#砂纸磨制，采用热酸浸蚀法，依据GB/T 226 -1991［1］配制盐酸-水溶液腐蚀剂，将腐蚀剂置于数显恒温加热炉上进行加热，温度控制在70℃，浸蚀15 min 后取出试样，用热水冲洗并用毛刷刷洗试样表面，迅速吹干后进行观察。发现试验后试样检验面存在明显线状宏观低倍酸蚀缺陷，缺陷宏观形貌如图1、图2 所示。

1 1#试样管体热酸浸蚀后形貌

2 2#试样管体热酸浸蚀后形貌

2 钢管管体理化性能结果

1#试样检验依据GB 3087 -2008［2］，2#试样检验依据GB/T 3091 -2008［3］，实验过程中使用的设备有ARL 4460 直读光谱仪，SHT 4106 材料试验机。钢管管体化学成分分析结果见表1。钢管管体力学性能分析结果见表2。

表1 钢管管体化学成分分析结果(wt%)

3 非金属夹杂物检测

对1#和2#试样随机取管体纵向试样在Leica MEF4M 金相显微镜上进行非金属夹杂物的检测，发现两组试样中均存在大量硫化物夹杂，较严重视场硫化物夹杂形貌如图3、图4 所示。

图3 1#试样管体夹杂物形貌

图4 2#试样管体夹杂物形貌

4 低倍酸蚀缺陷金相分析和扫描电镜能谱分析

4.1 低倍酸蚀后缺陷试样的金相分析

分析中对低倍酸蚀缺陷试样进行横向和纵向切割，然后磨抛观察金相组织。

1#试样:观察纵截面，明显可见酸蚀缺陷沿夹杂物延伸特征，如图5 所示;对图5 所示表面用2%硝酸酒精溶液腐蚀后观察显微组织，试样有铁素体偏析带，且夹杂物明显沿组织偏析带分布，如图6 所示;轻微磨抛后观察低倍酸蚀缺陷试样横截面显微组织，进一步表明酸蚀缺陷沿组织偏析带分布特征，组织偏析带内可见夹杂物，图7 所示。

图5 1#试样抛光面(纵向)

图6 1#试样显微组织(纵向)

2#试样:磨抛后观察低倍酸蚀缺陷试样横截面显微组织，基体组织为铁素体+珠光体+少量魏氏组织铁素体，见图8;试样组织有明显铁素体偏析带，且偏析带内分布有大量夹杂物，如图9、图10 所示。

图7 1#试样显微组织(横向)

图8 2#试样无偏析带显微组织(横向)

4.2 扫描电镜能谱分析

对1#和2#酸蚀缺陷试样所发现夹杂物，用TESCAN VEGA-Π 扫描电镜进行能谱分析，结果表明，夹杂物为MnS 类，能谱分析结果如图11、图12 所示。

图9 2#试样偏析带显微组织(横向)

图10 2#试样偏析带内夹杂物特征(图9 放大)

5 综合分析

1#和2#样品钢管为低钢级钢管，钢管管体化学成分、力学性能均符合现行产品标准要求。钢管管体存在大量硫化物夹杂，能谱分析表明夹杂物为MnS 类。MnS夹杂属于内生非金属夹杂物，在室温下MnS 夹杂与钢材基体的结合力很弱，严重破坏了钢材基体的连续性。研究表明MnS 夹杂物是造成钢冲击性能下降的重要原因，夹杂物含量越高，钢的冲击韧性越低［4］。上述两种试样的产品标准未对管体冲击韧性，低倍检验及夹杂物做出明确规定。

图11 1#试样夹杂物能谱分析曲线

图12 2#试样夹杂物能谱分析曲线

偏析带组织的形成与钢中非金属夹杂物有直接的关系［5］，本文涉及的1#和2#样品组织都有严重铁素体偏析带，且MnS 夹杂物分布于偏析带内，判断均为MnS 夹杂物造成。

低倍酸蚀检验的腐蚀属于电化学腐蚀，钢的不均匀性和缺陷之所以能用浸蚀来显示，是因为它们以不同的速度与浸蚀剂起反应，产生选择性腐蚀，而缺陷越严重偏析越厉害，腐蚀越显著。本文分析表明出现的线状缺陷不是分层缺陷，而是夹杂物和组织偏析共同作用产生的不均匀电化学腐蚀结果。由于大量MnS 夹杂物、铁素体偏析带被浸蚀剂有选择性的浸蚀，从而使检测样品表现出可见的线状浸蚀缺陷特征。

由以上分析可判断低倍酸蚀检验中出现的线状缺陷是因MnS 夹杂物、铁素体偏析带被浸蚀剂有选择性的浸蚀所致。

6 结论与建议

1)所检测两类钢管管体中存在大量MnS 夹杂，这种缺陷是不被允许的，这使钢管在服役中存在严重隐患，但现行产品标准中并未要求进行此方面的检验，建议产品标准中增加冲击韧性、夹杂物和低倍酸蚀检验等检测项目，从而对产品做出更全面的评判。

2)大量的MnS 夹杂物使低钢级钢管管体组织形成严重的铁素体偏析带。

3)低倍酸蚀缺陷是由MnS 夹杂物造成，且沿MnS 夹杂物和铁素体偏析带呈线状分布。

［1］冶金部钢铁研究总院.GB/T 226 -1991 钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法［S］.国家技术监督局，1991.

［2］全国钢标准化技术委员会.GB 3087 -2008 低中压锅炉用无缝钢管［S］.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2009.

［3］全国钢标准化技术委员会.GB/T 3091 -2008 低压流体输送用焊接钢管［S］.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2008.

［4］辛士进，董 莹，董立松，等.低倍缺陷对38CrSi 钢力学性能的影响［J］.金属热处理.2012，04:122 -123.

［5］王爱霞.钢中非金属夹杂物对显微组织的影响［J］. 宽厚板.2006，12(5):1 -3.