304椭圆形冷旋压裂纹产生的原因

2014-03-26 09:50:30

动态详情

力容器封头是压力容器的主要受压元件之一,它的质量影响着整个容器的质量和.随着各封头厂的壮大,冷旋压成形工艺由于其模具投资小、适应性好等优点正越来越多地运用。由于冷旋压与模压的加工工艺不同，以及工艺执行不严，产生了不少问题，而不锈钢封头冷旋成形产生裂纹的问题较模压严重得多。我厂委托加工的304冷旋压封头，大部分于成形后产生了裂纹，包括母材和焊缝区域都有产生。因此，有分析冷旋压过程对其的影响，以期提出解决办法。

1、304冷旋压裂纹产生机理

冷旋压成形是利用两模具的挤压作用，在旋压轮和成形辊之间，毛坯产生局部的塑性变形。该变形以螺旋形方式从向边缘“流动”，使毛坯产生连续弯曲变形。毛坯的外侧金属纵向纤维受拉而伸长，靠近成形辊一侧金属纵向纤维受压而缩短。随着向板坯的靠近，伸长和缩短的程度逐渐减小。在板坯上画间距的同心圆和径向线，如图一。在旋制过程中发现，靠近旋压辊一侧的毛坯外侧径向辐射线的网格被拉长了，而内侧网格变化不明显。[这与实际情况是一致的。在加工封头检测中发现，大量的裂纹出现在封头外表面沿直边部位。]

冷旋压封头过程中，反复的力的作用使发生冷作硬化现象，使产生位错的堆积和金相组织的变化，。奥氏体不锈钢从熔化状态到常温一般是不发生相变的，但在亚稳定态时加工会发生马氏体相变，并主要由于马氏体相变引起加工硬化。根据文献（1）的介绍，奥氏体的稳定性是由其成分决定的：（1）、Ni、C、Mn等奥氏体形成元素越多，奥氏体就越稳定；（2）、Cr为铁素体生成元素，在固溶体中具有扩散作用，当Cr大量固溶于奥氏体时能阻止奥氏体转变为马氏体，使奥氏体稳定；（3）Mo为铁素体形成元素，也具有增加稳定性作用。判断常温加工时奥氏体稳定性可用Ni低当量含量与刚才Ni含量分析值做比较：

Ni%={[Cr+1.5Mo-20]2/12-Mn/2-35C+15-Cu-27N}/100*100%

Δ=Ni的钢材分析值%-Ni%

若Δ>=0稳定,Δ<0不稳定.以某304钢板化学成分为例:

表1：某304钢板化学成分

C	Cr	Ni	Mn	Si	S	P
0.052	18.2	8.05	1.08	0.53	0.003	0.025

计算得Ni%=12.91%

Δ=8.05%-12.91%=-4.86%<0

说明该钢板处于奥氏体不稳定状态,即常温下塑性加工即可发生马氏体转变。

奥氏体不锈钢向马氏体转变有3个途径：（1）把奥氏体不锈钢温度降到Ms点（马氏体转变开始温度）以下，，其组织将转变为马氏体；（2）在高于Ms点的温度下进行塑性加工也可产生马氏体，但马氏体发生转变温度的上限叫Md点。如果Md比常温高，则在常温下冷加工就会使部分奥氏体组织转化为马氏体。如果Md比常温高，则常温下冷加工就会使部分奥氏体组织转化为马氏体。根据文献4介绍，该SUS304钢板的Ms点大约在-17°C，Md点大约在180°C左右。

马氏体的出现使旋压封头机械性能恶化,在多次应变的作用下,强度、硬度增加,塑性降低。这是多次应变使马氏体产生数量增多的缘故。由于马氏体与奥氏体组织共存，延伸率不同，极易导致局部形成显微裂纹，随着裂纹的扩展导致终的开裂。
封头拼接焊缝区又是一个薄弱环节。由于避免焊接裂纹，焊缝区填加了铁素体形成元素（部分固溶不的钢板也存在铁素体），在旋压过程中形成了三相共存的局面。在焊接过程中形成的热影响区晶粒长大区域同时存在晶粒破碎和马氏体生成作用而性能下降，熔合线区和焊缝金属区存在的宏观尖锐焊接缺陷也在旋压加工中受到应力作用而可能破裂。实际工作中，焊接接头区是薄弱的一环，易产生裂纹。