煤矿用钻杆发生断裂的原因分析及预防措施

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摘 要：文章主要从金相组织角度出发，对我司外销产品进行成分化验、力学性能检测、金相分析等检测方法，最终确定带状组织在成品钢管热处理时如果消除不完全，就会导致钢管在不同方向上承受力的程度不同，即力学性能在不同方向上呈现异性，从而降低了钻杆的强度，导致过早的出现断裂。

关键词：钻杆；断裂；带状组织

1 前言

我司供某机电公司的φ42×5mm规格、45钢钻杆用无缝钢管在组装焊接成钻杆后发往煤矿后在使用过程中钢管的中间部位发生断裂。钢管焊接的单元长度为590mm，钻杆的总长度在150-200米间。

2 断口分析

从整个断裂面观察，断口形貌粗糙，整个断面呈现由上部至周围放射性的河流花样，且断面处钢管呈现椭圆形，管材外壁有氧化脱皮现象，属于典型的塑性断裂，且裂纹源应位于钢管的上部。

3 化学成分检测

在距断裂面10mm处取样进行化学成份检测，结果为碳：0.45%；硅：0.22%；硫：0.011%；磷：0.009%；锰：0.59%含量均符合GB/T 8162-2008中45钢碳：0.42-0.50%；硅：0.17-0.37%；硫：≤0.015%；磷：≤0.025；锰：0.50-0.80%的标准要求。

4 力学性能检测

距断裂面20mm至260mm处，在断裂钢管上截取拉伸试样，结果为屈服强度（Rel）：400MPa、380MPa；抗拉强度（Rm）：640MPa、650MPa；断后伸长率（A）：21%、22%。均符合GB/T 8162-2008中45钢屈服强度≥335MPa，抗拉强度≥590MPa，断后伸长率≥14%，的标准要求。

5 非金属夹杂物检测

在距断裂面10mm处取样进行非金属夹杂物检测，结果为硫化物类夹杂0.5级、氧化铝类夹杂1.5级、硫酸盐类夹杂0.5级、球状氧化物类夹杂2.0级、单颗粒球状类夹杂1.0级。按GB8162-2008结构用无缝钢管标准要求，无需对钢管材质进行非金属夹杂物的检测，本文进行该项检测的目的是确定非金属夹杂物因素对钢管断裂所带来的影响程度的大小。但由结果可见，该钢管的非金属夹杂物的级别均在比结构管要求更高的高压管（GB5310-2008）的要求范围内，由此可排除非金属夹杂物对钢管断裂的影响。

6 金相检测

在距断裂面10mm处取样进行金相检测，其内壁附近金相组织为：铁素体+珠光体，带状组织4级，晶粒度7级；其外壁附近金相组织为，铁素体+珠光体，且外壁组织较为均匀，几乎呈现等轴晶分布，外壁边缘处存有脱碳现象，深度有0.5mm；其芯部的金相组织为：铁素体+珠光体，但金相照片中部及上部铁素体与珠光体呈明显的条带状分布，而左部中间及右下部铁素体与珠光体呈等轴晶分布。

7 试验结果分析

带状组织是金属材料在热形变加工成型过程中所产生的与热形变加工方向大致平行的由诸个条带构成的偏析组织。以钢材中的铁素体-珠光体带尤为常见，另外还有珠光体-渗碳体带等等带状组织。

就无缝钢管而言，带状组织的存在可使钢的组织不均匀，并导致钢材性能各向异性，降低钢的塑性、冲击韧性和断面收缩率等性能指标，易造成冲、压、弯异常断裂等严重问题。

无缝钢管中带状组织的产生主要是在穿孔成型及随之热轧轧管后的冷却过程中，发生相变时铁素体优先在由枝晶偏析和非金属夹杂物延伸而成的条带中而形成的，如果钢材坯料中存有较多的枝晶偏析或非金属夹杂物等缺陷，在穿轧成毛管并随后的冷却过程中，带状组织的形成是无法避免的，只有通过退火工序加以消除。

针对φ42*5mm规格的45#钢管而言，退火工艺一般为810-830℃，热处理时间24-28分钟。严格按照此工艺可大部分的消除热轧带来的带状组织，使沿轧制方向交错分布的铁素体晶粒与珠光体晶粒重新形核、长大呈现等轴晶分布，但带状组织消除程度的大小要依据在AC3点以上热处理时间的长短，热处理时间越长，带状组织消除的越完全，但相对应所投入的热处理成本就越高，所以根据实际的产品类型及欲达到的带状组织级别制定合适的热处理工艺才是最切合实际的办法。

由图1中可看出，金相组织存有带状组织、等轴晶及两者的过度组织，是热处理时间不够所造成的，而试样外壁则完全没有带状组织，而且存有脱碳现象，可推测热处理时，钢管由于受到强化加热，导致外壁钢材升温过快，并在高温下停留了较长时间，导致氧化脱碳，但由于热处理时间不够，整个有效厚度的钢材并未完全受热转变，即出现了过度区域，而内壁的带状组织则根本完全没有转变。更印证了是由于热处理时间不够所造成的钢管断裂。

8 结论

8.1 45#钻杆出现的断裂出现塑性断裂。

8.2 热处理时间不够导致原本存在于管材当中的带状组织消除不完全，使管材的力学性能呈现方向性，即纵向上的承受力较横向承受力大为降低。当钻杆在工作中，受传递扭矩、拉压、扭曲等载荷的复合作用下，极易出现疲劳裂纹，近而发生断裂。

8.3 热处理时，保证在AC3临界点以上温度，保温较为合理的有效时间，对于改善带状组织有很大的帮助。

参考文献

[1]刘云旭.低碳合金钢中带状组织的成因、危害和消除[J].金属热处理，2000年12期.

[2]刘永铨.钢的热处理[J].冶金工业出版社，1986，8：155-170.

[3]柳得橹，邵伟然，孙贤文，霍向东，毛新平，李烈军.钢的表面带状组织及其引起的冷弯裂纹[J].北京科技大学学报，2005年01期.