超低破奧氏體不銹鋼06Cr17Ni12Mo2因其價格優勢在許多使用場合下成為316L的替代材料，但企業在加工或使用過程中，發現這類不銹鋼管在穿孔及擴管之后，部分產品出現分層開裂。本文通過掃描電鏡、能譜分析等方法研究了分層開裂的原因并提出了建議。
1實驗方法
對06Cr17Ni12Mo2不銹鋼管的缺陷部位取樣.分別進行缺陷區域的掃描電鏡/能譜分析、基體部位的化學分析以及顯微組織金相分析。
2實驗結果及討論
2.1宏觀檢驗
管材缺陷部位分離后，裂口與不銹鋼管軸向約呈45°分層折疊狀，鋼管內壁呈灰褐色，并有擴管后留下的縱向壓痕。裂痕表面呈黑灰色，深部形狀較平整，裂口粗糙，且裂紋沿鋼管切向和軸向擴展，裂面與鋼管切向呈2°～2.5°夾角，但未貫穿截面，是典型的內分層或內折缺陷。超低碳奧氏體不銹鋼屬于難變形合金，其管坯斜軋穿孔時，由于變形不易深透，頂頭前各階段變形強度呈（U1+W+2U2)形態分布用這種分布將導致表層金屬的附加變形劇烈，從而引起內分層缺陷。此外，當軋制參數設置不當，孔腔的形成將導致內折。
2.2化學分析
在試樣正常部位取樣，對其中的主要合金元素進行化學分析，參照GB/T 1220-1992，其主要合金元素含最均符合要求，可以排除分層缺陷與材料合金元素平均含量異常的相關性。
在不銹鋼管內表層開裂部位取樣，測得該區域的碳含量為0.013%.說明有少量脫碳。然而碳的質量分數在0.025%以下，已不足以形成Cr23C6沉淀而引起晶間腐蝕，因此可以排除由于局部晶間腐蝕造成層狀開裂的可能。
2.2掃描電鏡及能譜分析
2.2.1裂面形態分析
掃描電鏡200倍所顯示分層面的低倍形貌較平滑,450倍下可見層裂面上搜有網狀開裂的氧化層，650倍下可觀察到層裂面上高溫氧化物呈平行條狀分布，1000倍下的氧化物裂縫中隱約可見金屬的撕裂韌窩形態。分層面未見夾雜物。上述現象表明，斜軋穿孔后，由于后續擴孔的總擴徑率高達46.2%,高于資料關于總擴徑率≤45%的范圍，原有分層面或內折面上的氧化物受變形而撕裂，其一次裂紋呈網狀，二次裂紋則與擴孔的拉伸方向平行.呈縱裂形態，層裂或內折在斜軋穿孔其間便已形成，且層裂不是由鋼中夾雜物所引起。
由基體截面X射線能譜曲線可見.除Fe主峰線以及Cr,Ni,Mo,Mn,Si,P等常規元素峰線外，還有Cu峰線，分析認為由管坯連鑄結晶器滲銅所致。對層裂面進行x射線能譜分析，可見O(約26%),Cr(約37%)，Mn(約17.2%),Fe(約14.7%),Ni(約2.3%)等峰線，表明該物質為金屬在高溫下分層表面的氧化物。
螺旋狀分層開裂是在斜軋穿孔過程中.材料在螺旋前進、徑向壓縮以及受頂頭阻滯的持定條件下而形成局部分層，在變形區交變應力作用和管壁反復彎曲條件下不斷擴大分層面，并與孔腔撕裂貫通，此時的裂紋的角度應與斜軋螺旋角有關，圖所示的分層裂縫傾角較大，是后續的兩道拉拔擴管變形所致。不銹鋼管內表面在擴管芯棒的作用下受徑向擠壓和軸向摩擦作用?？纱偈咕W狀裂紋擴展，裂紋表面進一步受到高溫氧化而不可焊合。
2.21拉伸斷口分析
對試樣進行軸向拉伸試驗，以便對其斷口形貌進行觀察分析。圖5為管壁內側的斷面低倍形貌，斷面呈木紋狀，并分布有魚嘴狀孔穴。高倍下可見孔壁表面較光滑，有平行分布條紋.并可見細小撕裂韌窩形態。
不銹鋼管外壁側的斷面低倍形貌，斷面上分布有點狀孔穴，孔穴內存在穎粒狀第二相。圖8為同一區域的高倍組織，該區域大部分斷口呈韌窩形貌，“徽孔聚合”斷裂機制所造成的纖維區斷口明顯，且第二相均位于孔穴一側，表明第二相對韌性裂紋的移動具有釘鉚作用，金屬形變流動朝向一側，符合斜軋穿孔時的附加剪切變形規律。
由斷口形貌比較可見，不銹鋼管內外側孔穴形態不一，內側孔穴沿切向形狀較長，表明在熱變形過程中內側金屬所經受的橫向剪切變形較大，較外側金屬更易形成分層。由于奧氏體不銹鋼的寬展較大，為碳鋼的1.35～1.5倍，在連鑄管坯斜軋穿孔過程中.變形區最大橢圓度系數1.05～1.10為合理范圍，但變形區各段對分層形成作用各有不同，頂頭穿孔區的金屬應變速率大，動態再結晶不足可導致對分層敏感，此時孔型橢圓度系數過大易造成管壁過度彎曲.這些較長的孔穴極易擴展相連，從而形成內分層缺陷。因此，在不影響二次咬入的前提下應對此段的導版開口度有所調整，以實現對寬展的適當約束。
2.3金相分析
圖9所示為內圓區從體上取樣的高倍金相組織?？捎^察到軸向和切向呈條狀分布、含量為1.0級的鐵素體。對開裂部位的橫截面取樣.其層裂尾部形貌如圖所示，裂紋呈層狀斷續分布，端部圓渾，局部伏域兩側組織呈獨立狀流變。由于Fe-Cr-Ni系合金中的高溫鐵素體，對不銹鋼力學性能產生不利影響.將促使不銹鋼熱裂傾向加劇。由圖可觀察到沿條狀鐵素體的貫通裂紋，說明層裂的產生與鐵素體組織相關。
3結束語
(1)06Cr17Ni12Mo2不銹鋼管的層裂發生在斜軋穿孔過程中，并在后續擴孔成形過程中受到擴展。
(2)二輥斜軋穿孔時.毛管內側比外側更容易出現層裂。
(3)分層開裂對斜軋穿孔的工具調整參數較敏感，應特別注意前進角與頂頭前伸址的調整，以避免孔腔形成。
(4)斜軋穿孔橢圓度系數過大將導致內分層加劇，應注意控制橫向變形.尤其是穿孔區的橢圓度系數，建議≤1.05.以免造成分層加劇。
(5)條狀分布的鐵素體在交變應力和附加應變作用下可誘發層裂。