不銹鋼管是由熔化金屬凝固而成的鋼坯制成的,在此過程中會產生固有缺陷,這些缺陷的大部分在切除頭尾時會被去除,但仍有一定數量的缺陷殘留在不銹鋼坯之中,隨鋼坯一起進入下道工序中。
表1-1介紹了不銹鋼管中常見固有缺陷的位置及成因。
1. 縮孔
液態金屬從澆注溫度凝固冷卻到室溫的過程中,體積會收縮。由于金屬的液態收縮和凝固收縮之和遠遠小于固態收縮,在鑄件最后凝固的區域會出現空洞集中。此時,如熔化金屬不足以補充填滿錠坯頭部,結果便形成空腔,通常此空腔形狀呈倒錐或圓柱形。假如收縮空腔在鋼坯出廠前未能全部切除,則其將在成品鋼管中被延伸成空隙,此空隙稱為縮孔。
2. 鑄造熱裂紋
鑄件在凝固后期,固相已基本形成骨架,并開始線收縮。如果在此過程中受到幾何制約,使線收縮受阻,鑄件內將產生熱裂紋,并通常出現在鑄件最后凝固的地方。根據熱裂紋形成的位置,熱裂紋可分為外熱裂紋和內熱裂紋。
外熱裂紋特征:裂口從鑄件表面開始,逐漸延伸到內部,呈表面寬內部窄,裂紋被氧化而變色。鑄件表面有單條或多條裂紋,裂紋長度短、不規則、有分叉。
內熱裂紋特征:內熱裂紋主要產生于厚實鑄件最后凝固的中心部位,或由于補縮不良,產生于縮孔尾部延伸入鑄件中。內熱裂紋走向無規律性,鋼坯內熱裂紋的周圍可能硫磷偏析嚴重。
3. 氣孔
氣孔,也稱氣眼,是鋼坯生產中的主要缺陷之一,產生于鑄件內部、表面或近表面,呈大小不等的圓形、長形及不規則形,有單個的,也有聚集成片的,孔壁光滑,顏色為白色。根據形狀及形成原因一般分為氣孔、氣泡、針孔、氣疏松和氣縮孔。
4. 夾雜物
在煉鋼過程中,少量爐渣、耐火材料及冶煉反應產物可能進入鋼液,形成非金屬夾雜物。不同形態的夾雜物混雜在金屬內部,破壞了金屬的連續性和完整性。夾雜物會降低鋼管的力學性能、特別是塑性、韌性和疲勞極限。其他促使產生非金屬夾雜物的原因是:不良的澆注方法和不適當的澆注體系會使金屬液在錠模中產生湍流。
非金屬夾雜物的形狀以及它與周圍材料不連續和不相容的特點,使它所處部位的應力升高。這些夾雜物的存在,使鋼管承受高沖擊、靜態或疲勞應力的性能降低。夾雜物對上述性能的影響,取決于自身的尺寸、形狀、抗變形性,與施加有關應力的方向和材料的抗拉強度有關。許多夾雜物也可使其所在金相組織,比之基體材料和其他部段更加復雜。每種金屬都具有自己特有的夾雜物。
典型情況下,不銹鋼管中的夾雜物因塑性變形而變成拉長的形狀,即在縱剖面上呈帶狀或條狀,而在橫截面上則呈較圓的或扁平的形狀。