圖 1 條狀異常區(qū)域宏觀形貌
分享：無縫鋼管表面異常磁痕產(chǎn)生原因
對某無縫鋼管進行磁粉檢測時,發(fā)現(xiàn)其管體表面磁粉聚集成細線狀,對其進行著色滲透檢測,并未在試樣表面發(fā)現(xiàn)開口型缺陷,在鋼管上截取試樣,并對試樣進行打磨、拋光后,再次進行磁粉檢測,磁痕仍存在且保持原狀。該鋼管規(guī)格為89 mm×10 mm（外徑×壁厚）,材料牌號為27SiMn鋼。
磁粉檢測利用磁粉聚集來顯示工件上的不連續(xù)及缺陷,一般將材料的不連續(xù)和缺陷分為3類,即假磁痕、非相關(guān)性磁痕、相關(guān)性磁痕。假磁痕不是由磁力引起的,一般與工件表面狀態(tài)有關(guān),如銹蝕、表面粗糙等；非相關(guān)性磁痕一般由工件加工面突然變化、金屬流線、加工硬化以及金相組織不一致等引起；相關(guān)性磁痕是由材料缺陷引起的,如裂紋、白點、發(fā)紋、夾雜物及疏松等[1]。
筆者采用熱酸腐蝕試驗、金相檢驗、掃描電鏡（SEM）和能譜分析、電子探針分析等方法對異常磁痕產(chǎn)生原因進行分析,以防止該類問題再次發(fā)生。
1. 理化檢驗
1.1 熱酸腐蝕試驗
對該無縫鋼管進行熱酸腐蝕試驗,發(fā)現(xiàn)管體外表面存在3個條狀異常區(qū)域,宏觀形貌表現(xiàn)為條狀區(qū)域內(nèi)存在斷續(xù)的腐蝕溝,與管體軸線成15°,3個條狀區(qū)域周向間隔為120°,其宏觀形貌如圖1所示。
1.2 金相檢驗
在管體上沿條狀異常區(qū)域切取試樣,對試樣進行金相檢驗,結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：該無縫鋼管基體組織為珠光體＋鐵素體,異常處為帶狀組織,含有馬氏體和殘余奧氏體。對金相試樣進行非金屬夾雜物評級和晶粒度評級,夾雜物含量和晶粒度均正常,結(jié)果如表1所示。
圖 2 條狀異常區(qū)域顯微組織形貌
Table 1. 鋼中非金屬夾雜物評級結(jié)果
| 項目 | A | B | C | D | 晶粒度 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 粗系 | 細系 | 粗系 | 細系 | 粗系 | 細系 | 粗系 | 細系 | ||
| 實測值 | 0 | 0級 | 0 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 1.0 | 10.0 |
1.3 掃描電鏡和能譜分析
對無縫鋼管進行熱酸腐蝕試驗后,在條狀異常區(qū)域截取試樣,將試樣置于掃描電子顯微鏡下觀察,其背散射電子（BSE）圖像如圖3所示,二次電子（SE）圖像如圖4所示。由圖3~4可知：異常區(qū)域顏色較深,SE形貌與其他部位略有不同。
圖 3 條狀異常區(qū)域BSE圖像
圖 4 條狀異常區(qū)域SE圖像
在該無縫鋼管異常區(qū)域處截取試樣,對試樣橫截面進行研磨拋光,再對其進行能譜分析,不能分辨異常區(qū)域,這是因為異常區(qū)域結(jié)構(gòu)與其他部位差別較小,無法分辨。條狀異常區(qū)域橫截面SE圖像如圖5所示。能譜分析位置如圖6所示,結(jié)果如表2所示。由表2可知：譜圖1和譜圖3中Si元素和Mn元素的含量略高。
圖 5 條狀異常區(qū)域橫截面SE圖像
圖 6 條狀異常區(qū)域能譜分析位置
Table 2. 異常區(qū)域能譜分析結(jié)果
| 譜圖 | 質(zhì)量分數(shù) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Cr | Mn | Fe | |
| 譜圖 1 | 3.28 | 1.34 | — | 1.80 | 93.58 |
| 譜圖 2 | — | 1.26 | 0.33 | 1.31 | 97.10 |
| 譜圖 3 | — | 1.31 | 0.45 | 1.63 | 96.62 |
| 譜圖 4 | 3.25 | 1.19 | — | 1.56 | 94.00 |
| 譜圖 5 | 2.64 | 1.26 | — | 1.44 | 94.67 |
1.4 電子探針分析
采用電子探針對管體異常區(qū)域進行化學(xué)成分分析,分析位置如圖7所示。其中,a1為組織正常區(qū)域,a2為條狀區(qū)域（靠近外壁）,a3為條狀區(qū)域（靠近內(nèi)部）。分析結(jié)果如表3所示,由表3可知：組織異常區(qū)域的Cr、Si、Mn元素含量高于基體中對應(yīng)元素含量。
圖 7 異常區(qū)域電子探針分析位置
Table 3. 異常區(qū)域電子探針分析結(jié)果
| 分析位置 | 質(zhì)量分數(shù) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Si | Fe | Cr | Ni | Mn | |
| a1 | 0.67 | 96.78 | 1.00 | 0.006 | 1.03 |
| a2 | 0.87 | 94.80 | 1.27 | — | 1.36 |
| a3 | 1.24 | 96.09 | 1.16 | 0.072 | 1.23 |
2. 綜合分析
熱酸腐蝕試驗后,發(fā)現(xiàn)無縫鋼管管體外表面存在3條條狀異常區(qū)域,這些條狀區(qū)域周向間隔為120 ℃,與管體軸線成15°,條狀區(qū)域內(nèi)存在斷續(xù)的腐蝕溝。
金相檢驗發(fā)現(xiàn)該無縫鋼管基體組織為珠光體+鐵素體,磁痕區(qū)的組織為帶狀組織,含有馬氏體+殘余奧氏體；非金屬夾雜物化學(xué)成分正常。能譜分析和電子探針分析結(jié)果表明,帶狀組織區(qū)域的Cr、Si、Mn元素含量高于基體對應(yīng)元素含量,可見該區(qū)域存在成分偏析。
Cr、Mn、Si元素的偏析在很大程度上提高了該區(qū)域奧氏體的化學(xué)穩(wěn)定性,增大了馬氏體相變的切變阻力,加上Cr、Mn合金元素偏聚,降低了該區(qū)域的馬氏體轉(zhuǎn)變起始溫度,提高了其淬透性,在軋制冷卻時材料出現(xiàn)馬氏體和殘余奧氏體[2]。
通過上述分析,可以推斷該無縫鋼管的異常磁痕不是裂紋、夾雜物等缺陷,屬于非相關(guān)性磁痕,是由顯微組織不一致造成的。
根據(jù)磁粉檢測原理,在一定的磁粉檢測靈敏度下,導(dǎo)磁率變化梯度較大處都會發(fā)生磁粉聚集（即磁痕）[3]。不同顯微組織的磁導(dǎo)率不同,磁導(dǎo)率從大到小依次為：鐵素體、珠光體、回火馬氏體、未回火馬氏體,殘余奧氏體是無磁相[4]。因此,在磁粉檢測過程中,對鋼管磁化時,無磁性的殘余奧氏體形成漏磁場,導(dǎo)致材料產(chǎn)生異常磁痕。
另外,馬氏體的硬度較高,其矯頑力比基體處的矯頑力大,也會增加異常磁痕顯示。
3. 結(jié)論
（1）異常磁痕不是裂紋、夾雜物等缺陷,屬于非相關(guān)性磁痕,是由顯微組織不一致造成的。
（2）異常磁痕區(qū)存在斷續(xù)的帶狀偏析,Cr、Si、Mn合金元素含量相對較高,組織為馬氏體和殘余奧氏體；磁粉檢測過程中,對鋼管磁化時,無磁性的殘余奧氏體形成漏磁場,導(dǎo)致異常磁痕。另外,馬氏體的硬度較高,其矯頑力比基體處的矯頑力大,也會增加異常磁痕顯示。
（3）從異常磁痕分布看,這種帶狀偏析沿著與管體軸向成約15°螺旋方向分布,推斷其對縱向和橫向拉伸性能影響不大。
文章來源——材料與測試網(wǎng)
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