摘 要:在對某37Mn鋼無縫氣瓶進(jìn)行常規(guī)超聲測厚時(shí),發(fā)現(xiàn)該氣瓶局部位置厚度異常,采用超聲檢 測、化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、能譜分析等方法對厚度異常原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明:該無縫氣瓶局部位 置存在分層缺陷導(dǎo)致厚度異常,且這些缺陷是由 Al2O3 和少量的CaO,MgO,TiO2 等夾雜物組成的。 

關(guān)鍵詞:37Mn鋼;無縫氣瓶;分層缺陷;夾雜物;厚度 

中圖分類號:TG115                                    文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B                                  文章編號:1001-4012(2022)08-0073-04

無縫氣瓶是一種可重復(fù)充裝壓縮氣體或高壓液 化氣體的鋼瓶,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。無 縫氣瓶的生產(chǎn)工藝一般為:鋼管廠先采用“管坯-加 熱-穿管-軋制-定徑”等工序生產(chǎn)氣瓶用無縫鋼管;氣 瓶廠采用無縫鋼管作為坯料,經(jīng)過熱旋壓收口收底 成型、正火處理等工序,最終加工成無縫氣瓶[1]。在 對某氣瓶進(jìn)行常規(guī)超聲測厚時(shí),發(fā)現(xiàn)其局部位置厚 度異常,故對該氣瓶壁厚異常部位進(jìn)行超聲檢測,以 確定缺陷分布位置和深度,再采用化學(xué)成分分析、金 相檢驗(yàn)、能譜分析等方法,確定了缺陷的類型,分析 了缺陷產(chǎn)生的原因。 

1 理化檢驗(yàn) 

1.1 超聲檢測 

該氣瓶規(guī)格(外徑×長度×壁厚)為219mm× 1200mm×5.7mm,材料為37Mn鋼。參照 NB/T 47013.3—2015《承壓設(shè)備無損檢測 第3部分:超聲 檢測》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的脈沖反射法超聲檢測對瓶體壁厚 異常 部 位 進(jìn) 行 檢 測,超 聲 檢 測 靈 敏 度 為 50% + 10dB,采用雙晶探頭,探頭頻率為5 MHz,探頭角 度為0°,探頭直徑為10mm。氣瓶不同位置的超聲 檢測結(jié)果如圖1所示。圖1a)中,缺陷波當(dāng)量較低, 內(nèi)表面底波反射當(dāng)量較高,較無缺陷處底波高度變 化不大,說明該處缺陷面積較小;圖1b)中,缺陷反 射波高度大于底波,底波高度降低明顯,說明該處缺 陷面積較大,但仍小于超聲波聲束截面面積;圖1c) 中,底波完全消失,僅有缺陷反射回波,該處缺陷面 積較大,且大于超聲波聲束截面面積。 

經(jīng)超聲檢測判斷,缺陷總體呈現(xiàn)出分層特征,缺 陷在氣瓶的位置如圖2所示。由圖2可知:缺陷沿 瓶體 軸 向 分 布,呈 長 條 狀,長 為 180 mm,寬 為 40mm,面積約為7200mm 2。整個(gè)缺陷在氣瓶厚 度方向上的位置一致,角度與外表面約為0°,但不 同位置缺陷反射當(dāng)量大小不一致。該氣瓶其余位置 經(jīng)檢測未發(fā)現(xiàn)有類似分層缺陷。

1.2 化學(xué)成分分析 

用直讀光譜儀對37Mn鋼無縫氣瓶材料進(jìn)行化 學(xué)成分分析,結(jié)果如表1所示。由表1可知:該氣瓶 用37Mn 鋼 的 化 學(xué) 成 分 符 合 GB/T18248—2008 《氣瓶用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)的要求[2]。 

1.3 金相檢驗(yàn)

采用4%(體積分?jǐn)?shù))的硝酸酒精溶液對氣瓶分 層缺陷附近材料侵蝕后進(jìn)行金相檢驗(yàn)。該氣瓶材料 的顯微組織如圖3所示,由圖3可知:氣瓶材料組織 為珠光體+鐵素體,組織無異常,未見明顯帶狀組織[3-4]。 

沿氣瓶周向切取的1 # 試樣局部區(qū)域的缺陷處 微觀形貌如圖4所示。由圖4可知:缺陷處含有大 量的非金屬夾雜物[5-6],非金屬夾雜物距氣瓶外表面 約0.6~0.7mm,長度較長,厚度較小,以條狀、斷續(xù) 條狀平行于外表面,沿瓶體周向分布。

1 # 試樣的非金屬夾雜物微觀形貌如圖5所示。 由圖5可知:大量的顆粒狀?yuàn)A雜物沿周向分布,顆粒 物大小為2μm~5μm,具有 B 類(氧化鋁類)夾雜 物的特征[7]。 

圖6為沿氣瓶軸向切取的2 # 試樣非金屬夾雜 物微觀形貌。由圖6可知:非金屬夾雜物沿瓶體軸 向(鋼管軋制方向),且平行于外表面呈條狀、鏈狀分 布,貫穿整個(gè)2 # 試樣。非金屬夾雜物距瓶體外表面 約0.6~0.7mm,厚度為5μm~70μm。

1.4 能譜分析 

對兩組試樣中的非金屬夾雜物進(jìn)行能譜分析, 結(jié)果如圖7~9所 示 。由 圖7~9可 以 看 出 :夾 雜 物呈條狀、顆粒狀分布,條狀?yuàn)A雜物中包含有塊狀或顆 粒狀?yuàn)A雜物。能譜顯示兩組試樣的夾雜物成分基本 相同,主要元素為 O 和 Al,還含有 Ca,Ti和 Mg等 元素,但含量相對較少。表明該處分層缺陷由氧化 物類夾雜物組成,主要為 Al2O3 和少量 CaO,MgO, TiO2 組成的復(fù)合夾雜物[8-9]。

2 綜合分析 

綜上所述,該氣瓶分層缺陷主要由 Al2O3 和少 量的 CaO,MgO,TiO2 的復(fù)合夾雜物組成,該夾雜 物具有一定的厚度,且造成氣瓶兩側(cè)基體金屬分離, 故在常規(guī)壁厚檢測時(shí)其厚度異常減少,超聲檢測時(shí) 體現(xiàn)為分層特征。 

在管 坯 的 冶 煉、澆 注 過 程 中,Al2O3,CaO, MgO,TiO2 等為脫氧產(chǎn)物以及熔渣成分,當(dāng)工藝控 制不當(dāng)時(shí),上述氧化物不能及時(shí)從鋼水中上浮排出, 往往以非金屬夾雜物的形式殘留在鋼中。無縫鋼管 在穿管、軋制過程中,復(fù)合夾雜物在外力的作用下發(fā) 生變形,并進(jìn)一步被拉長壓扁,最終沿鋼管軋制方向 以面狀分布在鋼管基體內(nèi)部。

當(dāng)鋼管材料存在非金屬夾雜物等缺陷時(shí),瓶體的 結(jié)構(gòu)不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力集中,這會(huì)降低鋼材的塑 性、韌性以及抗疲勞性能,特別是在氣瓶反復(fù)充裝后, 缺陷處瓶體疲勞開裂敏感性大大增加,因此,在生產(chǎn) 無縫鋼管時(shí),氣瓶用鋼管制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照相關(guān) 標(biāo)準(zhǔn)要求,對氣瓶進(jìn)行檢驗(yàn),保證無縫鋼管的品質(zhì)。

3 結(jié)語 

(1)該氣瓶缺陷是由殘留在鋼中的 Al2O3 和少量的 CaO,MgO,TiO2 等復(fù)合夾雜物組成的。

(2)無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)以及氣瓶生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)嚴(yán) 格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求對氣瓶進(jìn)行檢驗(yàn),以確保其品質(zhì)。

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<文章來源  >材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊 > 58卷 > 8期 (pp:73-76)>