304不銹鋼管表面黑白斜條紋的形成機(jī)理研究分析報告

  浙江不銹鋼管廠家檢測304不銹鋼管表面黑條紋及白條紋區(qū)域的化學(xué)成分、金相組織、相結(jié)構(gòu)和粗糙度，并分析研究黑白斜條紋的形成機(jī)理。測試結(jié)果表明：黑條紋及白條紋區(qū)域成分、金相組織及相結(jié)構(gòu)基本相同，均在正常范圍內(nèi)，但白條紋區(qū)域粗糙度明顯較黑條紋區(qū)域大；穿孔導(dǎo)板使用后期對圓鋼表面磨損程度不同，使荒管表面粗糙度不同，從而導(dǎo)致成品鋼管表面出現(xiàn)黑白斜條紋。適當(dāng)降低穿孔導(dǎo)板的使用壽命，適時更換新穿孑L導(dǎo)板，可杜絕成品鋼管表面黑白斜條紋的產(chǎn)生。

  不銹鋼管在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位，在鍋爐、石油化工、核電及國防建設(shè)方面都有廣泛應(yīng)用。由于以上能源工程領(lǐng)域?qū)ζ溲b置有特殊要求，對其所用管件的質(zhì)量要求也相當(dāng)高，尤其是在某些裝置中要求管件具有耐高溫性、耐高壓性、耐腐蝕性和物料輸送量大等特點，所以對其質(zhì)量有了更高的要求。奧氏體不銹鋼由于具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、高溫力學(xué)性能和沖擊韌性，常用于耐腐蝕環(huán)境的鋼管制備，是目前應(yīng)用最廣泛的不銹鋼材料，但在氯離子環(huán)境中，尤其是在溫度較高、熱傳遞速度較快的環(huán)境中，奧氏體不銹鋼仍然會發(fā)生明顯的腐蝕，特別是奧氏體不銹鋼無縫鋼管表面存在缺陷時，對鋼管性能造成的影響會更加明顯。

  浙江不銹鋼管廠家生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼無縫鋼管，牌號為304，規(guī)格為38mmx3.5mm，成品鋼管檢驗時發(fā)現(xiàn)鋼管外表面存在肉眼可見的黑白斜條紋，而內(nèi)表面沒有，鋼管表面黑白斜條紋宏觀形貌如圖所示。38mm×3.5mm規(guī)格304不銹鋼管以規(guī)格65mm的304黑皮圓鋼作為制管材料，制管工藝為：黑皮圓鋼剝皮→1140℃加熱保溫2.5h→穿孔→荒管酸洗→冷軋→熱處理（1050℃，30分鐘）→酸洗→成品鋼管。分別在成品鋼管的黑條紋及白條紋區(qū)域用線切割機(jī)取10cm×10cm的小方塊試樣，使用光學(xué)顯微鏡、SEM（電子掃描顯微鏡）、XRD（X射線衍射）及表面粗糙度儀進(jìn)行測試。

1、成分分析

   在相同的設(shè)備狀況下對黑白斜條紋試樣進(jìn)行能譜測試，黑條紋及白條紋試樣能譜如圖所示。黑條紋及白條紋試樣能譜分析結(jié)果見表。從圖及表的能譜結(jié)果可以看出：成品鋼管黑條紋及白條紋區(qū)域主要由C、Si、Cr、Mn、Fe和Ni元素組成，均未含有其他雜質(zhì)元素，其成分均在304不銹鋼內(nèi)控范圍內(nèi)；黑條紋及白條紋區(qū)域化學(xué)成分及能譜分布基本相同，可以排除因化學(xué)成分差異造成的成品鋼管黑白斜條紋現(xiàn)象。

2、金相組織分析

   用金相顯微鏡觀測黑白斜條紋試樣組織結(jié)構(gòu)，黑白斜條紋試樣金相組織如圖所示。從圖可以看出，成品304不銹鋼管黑條紋及白條紋處金相均表現(xiàn)出較為均勻的組織，晶界明顯，晶粒尺寸在20~80um，說明制管及熱處理過程中結(jié)晶完全，比較黑條紋及白條紋區(qū)域金相組織的分布情況，黑白斜條紋區(qū)域金相組織沒有表現(xiàn)出明顯區(qū)別。

3、XRD射線衍射分析

  對黑白斜條紋試樣進(jìn)行射線衍射測試，并采用歸一法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所得XRD圖譜如圖所示。經(jīng)歸一法處理后的XRD圖譜可以消除設(shè)備及環(huán)境因素形成的數(shù)據(jù)偏差。從圖可以看出：黑條紋及白條紋區(qū)域XRD峰均呈尖角形狀，未出現(xiàn)“慢頭”峰，說明鋼管表面整體結(jié)晶良好；從晶體結(jié)構(gòu)來看，黑白斜條紋區(qū)域均形成奧氏體及面心立方的固溶體結(jié)構(gòu)。對比黑條紋區(qū)域及白條紋區(qū)域的XRD圖譜，兩個區(qū)域相結(jié)構(gòu)及峰強(qiáng)沒有明顯的區(qū)別，而且峰也沒有出現(xiàn)左右偏移的情況，說明在黑條紋及白條紋區(qū)域沒有發(fā)生相的變化。

4、表面粗糙度分析

   分別在成品鋼管表面的黑條紋區(qū)域及白條紋區(qū)域隨機(jī)取5個點進(jìn)行表面粗糙度測試，測試結(jié)果見表。從表可以看出：黑條紋區(qū)域粗糙度在1.127~1.291um，最大粗糙度值與最小粗糙度值相差0.164um，平均粗糙度為1.228um；白條紋區(qū)域粗糙度在1.694~2.129um，最大粗糙度值與最小粗糙度值相差0.435um，平均粗糙度為1.918。對比黑條紋及白條紋粗糙度相關(guān)數(shù)據(jù)，白條紋區(qū)域粗糙度明顯大于黑條紋區(qū)域粗糙度，且黑條紋區(qū)域不同點之間粗糙度變化較小，而白條紋區(qū)域不同點之間粗糙度變化較大。從黑條紋及白條紋區(qū)域的粗糙度差異可以得出，成品鋼管外表面出現(xiàn)黑條紋及白條紋的分布原因可能是黑條紋及白條紋區(qū)域粗糙度差異較大產(chǎn)生的不同視覺效果。

5、現(xiàn)場生產(chǎn)試驗分析

    針對成品304不銹鋼管上存在黑白斜條紋情況，對現(xiàn)場生產(chǎn)狀況及出現(xiàn)黑白斜條紋成品鋼管的頻次進(jìn)行持續(xù)跟蹤，發(fā)現(xiàn)在成品鋼管上出現(xiàn)黑白斜條紋的情況是周期性的，出現(xiàn)比例約為2%。對剝皮圓鋼及酸洗后的荒管表面進(jìn)行觀察，在剝皮后的圓鋼表面沒有發(fā)現(xiàn)黑白斜條紋，而在酸洗后的荒管中，可發(fā)現(xiàn)少量荒管的表面存在黑白斜條紋，且酸洗后的荒管黑白斜條紋比成品鋼管上的黑白斜條紋更加明顯，荒管表面黑白斜條紋宏觀形貌如圖所示。由圖可以看出，成品鋼管表面黑白斜條紋是在圓鋼加熱、穿孔及荒管酸洗工序中形成的。

   為了分析形成荒管黑白斜條紋的影響因素，對加熱爐、穿孔及荒管酸洗工藝進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)在調(diào)整穿孔導(dǎo)板下線時間、而其他工藝不變時，酸洗后荒管及成品鋼管黑白斜條紋消失。而調(diào)整其他工藝，導(dǎo)板下線時間不變，黑白斜條紋仍然會周期性地出現(xiàn)，情況沒有改觀。對導(dǎo)板下線時間進(jìn)行具體跟蹤及調(diào)整情況為：在現(xiàn)場生產(chǎn)中將荒管進(jìn)行編號，共331支，荒管酸洗后檢驗，發(fā)現(xiàn)在第324支及之后荒管的外表面均存在黑白斜條紋。第二次現(xiàn)場生產(chǎn)中，投料340支，在穿孔至330支圓鋼后將穿孔導(dǎo)板下線換新，并將此次340支荒管酸洗后檢驗，發(fā)現(xiàn)更換新導(dǎo)板前的5支荒管外表面同樣存在黑白斜條紋現(xiàn)象，而更換新導(dǎo)板后再穿孔的10支荒管外表面未發(fā)現(xiàn)黑白斜條紋。后續(xù)進(jìn)行重復(fù)試驗情況一致。將穿304不銹鋼的穿孔導(dǎo)板使用壽命降低至320支，后續(xù)再無黑白斜條紋成品鋼管出現(xiàn)。由此可以看出，成品鋼管出現(xiàn)黑白斜條紋的現(xiàn)象是穿孔時導(dǎo)板更換不及時造成的。

   從以上的檢測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場調(diào)試情況來看，成品鋼管表面出現(xiàn)黑白斜條紋是成品鋼管表面粗糙度不一致造成的。而成品304不銹鋼管粗糙度不同是圓鋼穿孔加工成荒管過程中，導(dǎo)板使用后期局部變形引起圓鋼表面局部磨損嚴(yán)重，進(jìn)而造成荒管表面粗糙度不同，在黑條紋區(qū)域磨損較小、粗糙度小，在白條紋區(qū)域磨損較大、粗糙度較大，在后續(xù)荒管冷軋加工過程中其表面的粗糙度差異逐漸減弱，從而使成品鋼管表面黑白斜條紋明顯程度較荒管表面要弱一些。

  成品304不銹鋼管表面存在黑白斜條紋的主要原因是穿孔導(dǎo)板使用后期局部變形造成不同的圓鋼表面區(qū)域壓力不同，以至于對圓鋼表面磨損程度不同而使荒管表面粗糙度不同，導(dǎo)致酸洗后荒管局部表面存在黑白斜條紋，逐步遺留至成品鋼管上。因此，適當(dāng)降低穿孔導(dǎo)板的使用壽命，適時更換新穿孔導(dǎo)板，可從源頭上杜絕成品鋼管表面黑白斜條紋的出現(xiàn)。