对某无缝钢管进行磁粉检测时，发现其管体表面磁粉聚集成细线状，对其进行着色渗透检测，并未在试样表面发现开口型缺陷，在钢管上截取试样，并对试样进行打磨、抛光后，再次进行磁粉检测，磁痕仍存在且保持原状。该钢管规格为89mm×10mm（外径×壁厚），材料牌号为27SiMn 钢。

      磁粉检测利用磁粉聚集来显示工件上的不连续及缺陷，一般将材料的不连续和缺陷分为3类，即假磁痕、非相关性磁痕、相关性磁痕。假磁痕不是由磁力引起的，一般与工件表面状态有关，如锈蚀、表面粗糙等；非相关性磁痕一般由工件加工面突然变化、金属流线、加工硬化以及金相组织不一致等引起；相关性磁痕是由材料缺陷引起的，如裂纹、白点、发纹、夹杂物及疏松等。

     研究人员采用热酸腐蚀试验、金相检验、扫描电镜（SEM）和能谱分析、电子探针分析等方法对异常磁痕产生原因进行分析，以防止该类问题再次发生。

1、 理化检验

1.1 热酸腐蚀试验

     对该无缝钢管进行热酸腐蚀试验，发现管体外表面存在3个条状异常区域，宏观形貌表现为条状区域内存在断续的腐蚀沟，与管体轴线成15°，3个条状区域周向间隔为120°，其宏观形貌如图1所示。

1.2 金相检验

     在管体上沿条状异常区域切取试样，对试样进行金相检验，结果如图2所示。由图2可知：该无缝钢管基体组织为珠光体＋铁素体，异常处为带状组织，含有马氏体和残余奥氏体。对金相试样进行非金属夹杂物评级和晶粒度评级，夹杂物含量和晶粒度均正常，结果如表1所示。

1.3 扫描电镜和能谱分析

      对无缝钢管进行热酸腐蚀试验后，在条状异常区域截取试样，将试样置于扫描电子显微镜下观察，其背散射电子（BSE）图像如图3所示，二次电子（SE）图像如图4所示。由图3~4可知：异常区域颜色较深，SE形貌与其他部位略有不同。

     在该无缝钢管异常区域处截取试样，对试样横截面进行研磨抛光，再对其进行能谱分析，不能分辨异常区域，这是因为异常区域结构与其他部位差别较小，无法分辨。条状异常区域横截面SE图像如图5所示。能谱分析位置如图6所示，结果如表2所示。由表2可知：谱图1和谱图3中Si元素和Mn元素的含量略高。

1.4 电子探针分析

     采用电子探针对管体异常区域进行化学成分分析，分析位置如图7所示。其中，a1组织正常区域，a2为条状区域（靠近外壁），a3为条状区域（靠近内部）。分析结果如表3所示，由表3可知：组织异常区域的Cr、Si、Mn元素含量高于基体中对应元素含量。

2、 综合分析

     热酸腐蚀试验后，发现无缝钢管管体外表面存在3条条状异常区域，这些条状区域周向间隔为120℃，与管体轴线成15°，条状区域内存在断续的腐蚀沟。

     金相检验发现该无缝钢管基体组织为珠光体+铁素体，磁痕区的组织为带状组织，含有马氏体+残余奥氏体；非金属夹杂物化学成分正常。能谱分析和电子探针分析结果表明，带状组织区域的Cr、Si、Mn元素含量高于基体对应元素含量，可见该区域存在成分偏析。

     Cr、Mn、Si元素的偏析在很大程度上提高了该区域奥氏体的化学稳定性，增大了马氏体相变的切变阻力，加上Cr、Mn合金元素偏聚，降低了该区域的马氏体转变起始温度，提高了其淬透性，在轧制冷却时材料出现马氏体和残余奥氏体。

     通过上述分析，可以推断该无缝钢管的异常磁痕不是裂纹、夹杂物等缺陷，属于非相关性磁痕，是由显微组织不一致造成的。

     根据磁粉检测原理，在一定的磁粉检测灵敏度下，导磁率变化梯度较大处都会发生磁粉聚集（即磁痕）。不同显微组织的磁导率不同，磁导率从大到小依次为：铁素体、珠光体、回火马氏体、未回火马氏体，残余奥氏体是无磁相。因此，在磁粉检测过程中，对钢管磁化时，无磁性的残余奥氏体形成漏磁场，导致材料产生异常磁痕。

     另外，马氏体的硬度较高，其矫顽力比基体处的矫顽力大，也会增加异常磁痕显示。

3、 结论

   （1）异常磁痕不是裂纹、夹杂物等缺陷，属于非相关性磁痕，是由显微组织不一致造成的。

   （2）异常磁痕区存在断续的带状偏析，Cr、Si、Mn合金元素含量相对较高，组织为马氏体和残余奥氏体；磁粉检测过程中，对钢管磁化时，无磁性的残余奥氏体形成漏磁场，导致异常磁痕。另外，马氏体的硬度较高，其矫顽力比基体处的矫顽力大，也会增加异常磁痕显示。

   （3）从异常磁痕分布看，这种带状偏析沿着与管体轴向成约15°螺旋方向分布，推断其对纵向和横向拉伸性能影响不大。

作者：杜志杰，张凯

单位：西安摩尔石油工程实验室股份有限公司

来源：《理化检验-物理分册》2024年第6期