304橢圓形冷旋壓裂紋產(chǎn)生的原因

2014-03-26 09:50:30

動態(tài)詳情

力容器封頭是壓力容器的主要受壓元件之一,它的質(zhì)量影響著整個容器的質(zhì)量和.隨著各封頭廠的壯大,冷旋壓成形工藝由于其模具投資小、適應性好等優(yōu)點正越來越多地運用。由于冷旋壓與模壓的加工工藝不同，以及工藝執(zhí)行不嚴，產(chǎn)生了不少問題，而不銹鋼封頭冷旋成形產(chǎn)生裂紋的問題較模壓嚴重得多。我廠委托加工的304冷旋壓封頭，大部分于成形后產(chǎn)生了裂紋，包括母材和焊縫區(qū)域都有產(chǎn)生。因此，有分析冷旋壓過程對其的影響，以期提出解決辦法。

1、304冷旋壓裂紋產(chǎn)生機理

冷旋壓成形是利用兩模具的擠壓作用，在旋壓輪和成形輥之間，毛坯產(chǎn)生局部的塑性變形。該變形以螺旋形方式從向邊緣“流動”，使毛坯產(chǎn)生連續(xù)彎曲變形。毛坯的外側(cè)金屬縱向纖維受拉而伸長，靠近成形輥一側(cè)金屬縱向纖維受壓而縮短。隨著向板坯的靠近，伸長和縮短的程度逐漸減小。在板坯上畫間距的同心圓和徑向線，如圖一。在旋制過程中發(fā)現(xiàn)，靠近旋壓輥一側(cè)的毛坯外側(cè)徑向輻射線的網(wǎng)格被拉長了，而內(nèi)側(cè)網(wǎng)格變化不明顯。[這與實際情況是一致的。在加工封頭檢測中發(fā)現(xiàn)，大量的裂紋出現(xiàn)在封頭外表面沿直邊部位。]

冷旋壓封頭過程中，反復的力的作用使發(fā)生冷作硬化現(xiàn)象，使產(chǎn)生位錯的堆積和金相組織的變化，。奧氏體不銹鋼從熔化狀態(tài)到常溫一般是不發(fā)生相變的，但在亞穩(wěn)定態(tài)時加工會發(fā)生馬氏體相變，并主要由于馬氏體相變引起加工硬化。根據(jù)文獻（1）的介紹，奧氏體的穩(wěn)定性是由其成分決定的：（1）、Ni、C、Mn等奧氏體形成元素越多，奧氏體就越穩(wěn)定；（2）、Cr為鐵素體生成元素，在固溶體中具有擴散作用，當Cr大量固溶于奧氏體時能阻止奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使奧氏體穩(wěn)定；（3）Mo為鐵素體形成元素，也具有增加穩(wěn)定性作用。判斷常溫加工時奧氏體穩(wěn)定性可用Ni低當量含量與剛才Ni含量分析值做比較：

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

Δ=Ni的鋼材分析值%-Ni%

若Δ>=0穩(wěn)定,Δ<0不穩(wěn)定.以某304鋼板化學成分為例:

表1：某304鋼板化學成分

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

計算得Ni%=12.91%

Δ=8.05%-12.91%=-4.86%<0

說明該鋼板處于奧氏體不穩(wěn)定狀態(tài),即常溫下塑性加工即可發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。

奧氏體不銹鋼向馬氏體轉(zhuǎn)變有3個途徑：（1）把奧氏體不銹鋼溫度降到Ms點（馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度）以下，，其組織將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；（2）在高于Ms點的溫度下進行塑性加工也可產(chǎn)生馬氏體，但馬氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變溫度的上限叫Md點。如果Md比常溫高，則在常溫下冷加工就會使部分奧氏體組織轉(zhuǎn)化為馬氏體。如果Md比常溫高，則常溫下冷加工就會使部分奧氏體組織轉(zhuǎn)化為馬氏體。根據(jù)文獻4介紹，該SUS304鋼板的Ms點大約在-17°C，Md點大約在180°C左右。

馬氏體的出現(xiàn)使旋壓封頭機械性能惡化,在多次應變的作用下,強度、硬度增加,塑性降低。這是多次應變使馬氏體產(chǎn)生數(shù)量增多的緣故。由于馬氏體與奧氏體組織共存，延伸率不同，極易導致局部形成顯微裂紋，隨著裂紋的擴展導致終的開裂。
封頭拼接焊縫區(qū)又是一個薄弱環(huán)節(jié)。由于避免焊接裂紋，焊縫區(qū)填加了鐵素體形成元素（部分固溶不的鋼板也存在鐵素體），在旋壓過程中形成了三相共存的局面。在焊接過程中形成的熱影響區(qū)晶粒長大區(qū)域同時存在晶粒破碎和馬氏體生成作用而性能下降，熔合線區(qū)和焊縫金屬區(qū)存在的宏觀尖銳焊接缺陷也在旋壓加工中受到應力作用而可能破裂。實際工作中，焊接接頭區(qū)是薄弱的一環(huán)，易產(chǎn)生裂紋。