陶侃侃

（天津鋼管制造有限公司，天津 300301）

1 現(xiàn)階段芯棒熱疲勞后性能變化探究

芯棒作為無縫鋼管生產(chǎn)的主要變形工具之一，對使用條件有嚴(yán)格要求，熱疲勞的產(chǎn)生極易導(dǎo)致芯棒表面龜裂，從而對性能造成影響。具體來講就是在芯棒作業(yè)過程中，由于其要承受急冷急熱的循環(huán)作用，從而導(dǎo)致芯棒表面存在一定的溫度梯度，當(dāng)其表層處于加熱狀態(tài)時會受到壓應(yīng)力，而當(dāng)冷卻后又會受到拉應(yīng)力，反復(fù)中不僅會導(dǎo)致其復(fù)塑性變形問題的產(chǎn)生，最主要的是也會對其表面造成嚴(yán)重?fù)p害，進(jìn)而導(dǎo)致裂紋的萌生和擴(kuò)展，使芯棒的性能失效，故此，減緩芯棒熱疲勞產(chǎn)生是極為必要的。

1.1 芯棒不同熱疲勞次數(shù)后表面硬度的變化

為從根本上明確芯棒熱疲勞循環(huán)后截面硬度變化情況，對其進(jìn)行熱疲勞作業(yè)，并詳細(xì)記錄不同循環(huán)次數(shù)的表面硬度變化，從而為后期各項(xiàng)作業(yè)的實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)，通過圖1分析可知，不同的熱疲勞次數(shù)表層硬度變化呈現(xiàn)出隨次數(shù)增加而遞減的狀態(tài)，通常來講，在熱循環(huán)次數(shù)400次內(nèi)，芯棒表面硬度基本保持不變，而當(dāng)循環(huán)次數(shù)在500～2500次，芯棒的硬度值迅速下降，及其表面呈現(xiàn)出一種循環(huán)軟化狀態(tài)，而當(dāng)循環(huán)次數(shù)超過2500次，芯棒的硬度幾乎保持不變。

圖1 不同周次循環(huán)后芯棒截面表層硬度變化情況

1.2 芯棒不同熱疲勞次數(shù)后表面形貌的變化

根據(jù)調(diào)查可知，經(jīng)過不同次數(shù)的熱疲勞后，芯棒的表面形貌會發(fā)生顯著變化。經(jīng)過300次循環(huán)后，芯棒的表層會產(chǎn)生不同程度的起皺現(xiàn)象，而后再循環(huán)300～500次，芯棒表面的褶皺加深，起皺部位就會出現(xiàn)熱疲勞裂紋，進(jìn)而對芯棒的整體表層造成破壞，500次循環(huán)后，大部分裂紋已經(jīng)發(fā)育成熟，裂紋萌生階段基本結(jié)束。

1.3 芯棒不同熱疲勞次數(shù)后碳化物形態(tài)和大小變化

在冷熱循環(huán)過程中，模具鋼也會發(fā)生循環(huán)軟化現(xiàn)象。通過觀察不同熱疲勞次數(shù)后碳化物形態(tài)以及大小變化，從而對其變化機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)探析。具體而言在不同的冷熱循環(huán)過程中，碳化物發(fā)生了明顯粗化，而不同形貌的碳化物顆粒，其變化過程也不盡相同。

2 細(xì)化處理對于無縫鋼管連軋機(jī)限動芯棒熱疲勞性能的影響

通過上述分析可知，在芯棒使用過程中，冷熱交替循環(huán)變化是其不可避免所要承受的服務(wù)環(huán)境，而長此以往，其表面硬度、表面形貌以及碳化物形態(tài)和大小都會發(fā)生變化，且隨著循環(huán)次數(shù)的不斷增加，會極易導(dǎo)致熱疲勞裂紋的產(chǎn)生。與此同時循環(huán)次數(shù)的增加在一定程度上也會對殘留塑性造成一定影響，因此，要想從根本上提高材料的強(qiáng)度，在冷熱交替過程中，可通過細(xì)化碳化物減緩疲勞裂紋的萌生。

2.1 顯微組織

經(jīng)球化處理后，不同質(zhì)地的碳化物呈現(xiàn)出不同的分布狀態(tài)。不同的處理策略取得的效果也不盡相同，經(jīng)球化處理的碳化物大小不一，形態(tài)多樣，分布極為不均，晶內(nèi)碳化物大部分呈束狀和團(tuán)簇狀分布，而經(jīng)固溶處理的試樣碳化物顆粒明顯細(xì)化，數(shù)量增多，分布更加均勻彌散，晶內(nèi)碳化物形態(tài)基本為球形，此外與球化處理不同的是，經(jīng)固溶處理后，晶界已無明顯鏈狀碳化物析出。

2.2 力學(xué)性能

經(jīng)組織細(xì)化處理后，芯棒的表面無論是其強(qiáng)度還是韌性都得到了顯著提高，故此總體而言細(xì)化處理對于提高材料性能具有顯著優(yōu)勢，此外通過上述幾種方式的細(xì)化處理來看，固溶后油冷比空冷對性能的提高效果更加顯著。

2.3 疲勞性能

經(jīng)過對芯棒的球化處理以及細(xì)化處理可知，其在進(jìn)過3000次熱疲勞循環(huán)后，球化處理的芯棒其產(chǎn)生的疲勞裂紋寬而深，但是經(jīng)過細(xì)化處理的芯棒其 疲勞裂紋通常細(xì)而淺，因此為從根本上有效地提高芯棒的整體性能，在對其進(jìn)行處理過程中，通常應(yīng)選用細(xì)化處理方式，以此來顯著地提高其抗疲勞性能。

2.4 顯微硬度

在當(dāng)前芯棒經(jīng)球化處理和細(xì)化處理后，其顯微硬度梯度也不盡相同，通常而言，從顯微硬度看，無論是常規(guī)的球化處理還是細(xì)化處理，在一定程度上兩者的基體硬度處于同一水平，但是細(xì)看來講，細(xì)化處理的芯棒其抗軟化性能較強(qiáng)，故此在對芯棒進(jìn)行軟化處理時，選擇細(xì)化處理方式是極為必要的。

2.5 分析討論

從目前來看，經(jīng)球化火處理的芯棒，通常來講基體上分布著有粗大桿狀碳化物和點(diǎn)球狀碳化物，且與細(xì)化處理不同的是，球化處理的芯棒存在著明顯的碳化物富集區(qū)，經(jīng)正常淬火處理后，芯棒的基體組織會變大，碳化物的分布也呈現(xiàn)出不均勻狀態(tài)，故此在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于這種組織材料的強(qiáng)度和韌性值相對較低，利于裂紋形成和擴(kuò)展。經(jīng)固溶處理后的芯棒，通常而言其碳化物明顯細(xì)化，隱約可見鏈狀碳化物沿原奧氏體晶界分布，總體來講造成這種物質(zhì)產(chǎn)生的主要原因，是由于在固溶化處理過程中，冷速相對較慢，為碳化物沿晶呈鏈狀析出提供了有利條件，且相較于球化火處理，通過固溶處理后的芯棒其碳化物的分布較為均勻，在韌性方面其也具有顯著優(yōu)勢，因此總體來講經(jīng)過固溶后油冷處理的芯棒，無論是從哪方面來講，其性能優(yōu)勢都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于球化火處理的芯棒。除此之外，經(jīng)大量科研數(shù)據(jù)分析可知，經(jīng)過細(xì)化處理后的芯棒，其不僅抗回火軟化能力明顯提高，延緩了疲勞裂紋的形成，同時在提高芯棒斷裂韌性以及抗熱疲勞性能等方面也發(fā)揮了顯著優(yōu)勢，且按照Hall-Petch公式，經(jīng)過細(xì)化處理后，芯棒晶粒屈服強(qiáng)度提高的同時，其裂紋擴(kuò)展臨界應(yīng)力也也有所改善。

3 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前社會主義市場經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和經(jīng)濟(jì)管理體系不斷完善的新社會主義市場經(jīng)濟(jì)常態(tài)下，鋼材作為重要的施建材料，其各項(xiàng)性能指標(biāo)一直以來都受到了社會各界的高度重視，尤其是作為無縫鋼管生產(chǎn)的主要變形工具之一，芯棒的使用壽命更與企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)，故此在當(dāng)前冷熱疲勞過程中，如何有效地對其進(jìn)行優(yōu)化熱處理研究是現(xiàn)階段企業(yè)的核心發(fā)展方向，而經(jīng)大量科研數(shù)據(jù)分析可知，從某方面而言，碳化物的形狀、大小和分布狀態(tài)對疲勞性能有較大影響，故此為從根本上避免各種軟化問題的產(chǎn)生，在對其進(jìn)行處理作業(yè)過程中通過采取細(xì)化處理的方式，在一定程度上能顯著地提高芯棒材料的力學(xué)性能，和抗熱疲勞性能。