超低破奥氏体不锈钢06Cr17Ni12Mo2因其价格优势在许多使用场合下成为316L的替代材料，但企业在加工或使用过程中，发现这类不锈钢管在穿孔及扩管之后，部分产品出现分层开裂。本文通过扫描电镜、能谱分析等方法研究了分层开裂的原因并提出了建议。
1实验方法
对06Cr17Ni12Mo2不锈钢管的缺陷部位取样.分别进行缺陷区域的扫描电镜/能谱分析、基体部位的化学分析以及显微组织金相分析。
2实验结果及讨论
2.1宏观检验
管材缺陷部位分离后，裂口与不锈钢管轴向约呈45°分层折叠状，钢管内壁呈灰褐色，并有扩管后留下的纵向压痕。裂痕表面呈黑灰色，深部形状较平整，裂口粗糙，且裂纹沿钢管切向和轴向扩展，裂面与钢管切向呈2°～2.5°夹角，但未贯穿截面，是典型的内分层或内折缺陷。超低碳奥氏体不锈钢属于难变形合金，其管坯斜轧穿孔时，由于变形不易深透，顶头前各阶段变形强度呈（U1+W+2U2)形态分布用这种分布将导致表层金属的附加变形剧烈，从而引起内分层缺陷。此外，当轧制参数设置不当，孔腔的形成将导致内折。
2.2化学分析
在试样正常部位取样，对其中的主要合金元素进行化学分析，参照GB/T 1220-1992，其主要合金元素含最均符合要求，可以排除分层缺陷与材料合金元素平均含量异常的相关性。
在不锈钢管内表层开裂部位取样，测得该区域的碳含量为0.013%.说明有少量脱碳。然而碳的质量分数在0.025%以下，已不足以形成Cr23C6沉淀而引起晶间腐蚀，因此可以排除由于局部晶间腐蚀造成层状开裂的可能。
2.2扫描电镜及能谱分析
2.2.1裂面形态分析
扫描电镜200倍所显示分层面的低倍形貌较平滑,450倍下可见层裂面上搜有网状开裂的氧化层，650倍下可观察到层裂面上高温氧化物呈平行条状分布，1000倍下的氧化物裂缝中隐约可见金属的撕裂韧窝形态。分层面未见夹杂物。上述现象表明，斜轧穿孔后，由于后续扩孔的总扩径率高达46.2%,高于资料关于总扩径率≤45%的范围，原有分层面或内折面上的氧化物受变形而撕裂，其一次裂纹呈网状，二次裂纹则与扩孔的拉伸方向平行.呈纵裂形态，层裂或内折在斜轧穿孔其间便已形成，且层裂不是由钢中夹杂物所引起。
由基体截面X射线能谱曲线可见.除Fe主峰线以及Cr,Ni,Mo,Mn,Si,P等常规元素峰线外，还有Cu峰线，分析认为由管坯连铸结晶器渗铜所致。对层裂面进行x射线能谱分析，可见O(约26%),Cr(约37%)，Mn(约17.2%),Fe(约14.7%),Ni(约2.3%)等峰线，表明该物质为金属在高温下分层表面的氧化物。
螺旋状分层开裂是在斜轧穿孔过程中.材料在螺旋前进、径向压缩以及受顶头阻滞的持定条件下而形成局部分层，在变形区交变应力作用和管壁反复弯曲条件下不断扩大分层面，并与孔腔撕裂贯通，此时的裂纹的角度应与斜轧螺旋角有关，图所示的分层裂缝倾角较大，是后续的两道拉拔扩管变形所致。不锈钢管内表面在扩管芯棒的作用下受径向挤压和轴向摩擦作用。可促使网状裂纹扩展，裂纹表面进一步受到高温氧化而不可焊合。
2.21拉伸断口分析
对试样进行轴向拉伸试验，以便对其断口形貌进行观察分析。图5为管壁内侧的断面低倍形貌，断面呈木纹状，并分布有鱼嘴状孔穴。高倍下可见孔壁表面较光滑，有平行分布条纹.并可见细小撕裂韧窝形态。
不锈钢管外壁侧的断面低倍形貌，断面上分布有点状孔穴，孔穴内存在颖粒状第二相。图8为同一区域的高倍组织，该区域大部分断口呈韧窝形貌，“徽孔聚合”断裂机制所造成的纤维区断口明显，且第二相均位于孔穴一侧，表明第二相对韧性裂纹的移动具有钉铆作用，金属形变流动朝向一侧，符合斜轧穿孔时的附加剪切变形规律。
由断口形貌比较可见，不锈钢管内外侧孔穴形态不一，内侧孔穴沿切向形状较长，表明在热变形过程中内侧金属所经受的横向剪切变形较大，较外侧金属更易形成分层。由于奥氏体不锈钢的宽展较大，为碳钢的1.35～1.5倍，在连铸管坯斜轧穿孔过程中.变形区最大椭圆度系数1.05～1.10为合理范围，但变形区各段对分层形成作用各有不同，顶头穿孔区的金属应变速率大，动态再结晶不足可导致对分层敏感，此时孔型椭圆度系数过大易造成管壁过度弯曲.这些较长的孔穴极易扩展相连，从而形成内分层缺陷。因此，在不影响二次咬入的前提下应对此段的导版开口度有所调整，以实现对宽展的适当约束。
2.3金相分析
图9所示为内圆区从体上取样的高倍金相组织。可观察到轴向和切向呈条状分布、含量为1.0级的铁素体。对开裂部位的横截面取样.其层裂尾部形貌如图所示，裂纹呈层状断续分布，端部圆浑，局部伏域两侧组织呈独立状流变。由于Fe-Cr-Ni系合金中的高温铁素体，对不锈钢力学性能产生不利影响.将促使不锈钢热裂倾向加剧。由图可观察到沿条状铁素体的贯通裂纹，说明层裂的产生与铁素体组织相关。
3结束语
(1)06Cr17Ni12Mo2不锈钢管的层裂发生在斜轧穿孔过程中，并在后续扩孔成形过程中受到扩展。
(2)二辊斜轧穿孔时.毛管内侧比外侧更容易出现层裂。
(3)分层开裂对斜轧穿孔的工具调整参数较敏感，应特别注意前进角与顶头前伸址的调整，以避免孔腔形成。
(4)斜轧穿孔椭圆度系数过大将导致内分层加剧，应注意控制横向变形.尤其是穿孔区的椭圆度系数，建议≤1.05.以免造成分层加剧。
(5)条状分布的铁素体在交变应力和附加应变作用下可诱发层裂。