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不銹鋼無縫鋼管質(zhì)量控制要點(diǎn)
不銹鋼無縫鋼管廣泛用于高壓、低溫和耐腐蝕環(huán)境管系，力學(xué)性能、工藝性能和耐腐蝕性是衡量鋼管質(zhì)量的三項(xiàng)重要指標(biāo)，也是確保船舶安全航行的重要保證。在實(shí)船應(yīng)用中，某不銹鋼化學(xué)品船，在首航后發(fā)現(xiàn)甲板貨物管系存在泄漏，經(jīng)壓力試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有10 余處孔狀泄漏。某乙烯船用貨罐制造過程中，發(fā)現(xiàn)多處罐頭穿艙管內(nèi)表面質(zhì)量問題，包括內(nèi)壁麻點(diǎn)和表面裂紋。那么這些問題如何才能從根本上解決呢? 根據(jù)不銹鋼無縫管生產(chǎn)流程圖(圖1)，圓鋼鋼坯經(jīng)穿孔、冷拔/冷軋、固溶、校直、酸洗等主要工序制成無縫鋼管，各個制管環(huán)節(jié)相輔相成，特別是對原材料和中間品的質(zhì)量控制，是確保成品管化學(xué)成分、表面質(zhì)量、力學(xué)性能、工藝性能和耐腐蝕性能等指標(biāo)符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的重要保障。
1、控制原材料品質(zhì)
生產(chǎn)無縫鋼管所用的原材料主要是連鑄圓管坯、軋(鍛)制圓鋼，確保鋼坯質(zhì)量是把好鋼管質(zhì)量的第一道關(guān)，主要包括煉鋼水平、澆注和冷卻工藝，以及成形質(zhì)量。首先是提高煉鋼水平，需降低有害元素和氣體(氮?dú)溲?，提高成分的均勻性和純凈度，減少非金屬夾雜物，同時改變其分布形態(tài)都是關(guān)鍵。鋼坯的成分不均勻且產(chǎn)生嚴(yán)重偏析時，會使軋制后的鋼管呈現(xiàn)嚴(yán)重的帶狀組織，從而降低鋼管力學(xué)性能和腐蝕性能，甚至不合格。非金屬夾雜物(如硫化物和氧化物、硅酸鹽)被壓成薄片，不僅會影響鋼管的性能，而且可能會使鋼管在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生裂紋(圖1)。其次，完善澆注和冷卻工藝，減少皮下氣泡、皮下裂紋、疏松和縮孔也不能忽視，因?yàn)檫@些缺陷無論是哪一種，在穿孔和軋管過程中都有可能造成缺陷，有的缺陷在使用后放大，縮短了產(chǎn)品使用壽命；嚴(yán)重時在中間品就直接報廢，如內(nèi)折(圖2)。此外，鋼坯的外形偏差，如直線度、直徑和橢圓度，這都將直接影響到穿孔質(zhì)量，造成荒管質(zhì)量缺陷。
圖1 夾雜物引起的裂紋
圖2 中心疏松引起的內(nèi)折
因此，認(rèn)可時不僅需要關(guān)注煉鋼設(shè)備及工藝，更要進(jìn)行延伸至無縫鋼管的試驗(yàn)，通過這樣的認(rèn)可過程來確定鋼坯出廠檢驗(yàn)的檢驗(yàn)項(xiàng)目、取樣數(shù)量和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，特別是規(guī)范和指南中沒有明確但又需要重點(diǎn)關(guān)注的質(zhì)量項(xiàng)目，如低倍和微觀組織的檢測。
2、確保熱爐溫控準(zhǔn)確性和均勻性
無縫鋼管制造中用到的熱爐有鋼坯加熱爐和鋼管熱處理爐。溫控準(zhǔn)確性和均勻性是評判加熱設(shè)備好壞的兩個重要指標(biāo)，是加熱工藝的重要保證，因此制造廠應(yīng)嚴(yán)格履行熱電偶使用期限和校準(zhǔn)周期規(guī)定，以及爐膛溫度均勻性檢測。
加熱工藝的制定應(yīng)綜合考慮熱爐設(shè)備、管坯或鋼管種類、數(shù)量等固有屬性，嚴(yán)格控制加熱速度、保溫時間和冷卻速度，避免產(chǎn)生裂紋、過熱或過燒。以穿孔階段管坯加熱為例，考慮不銹鋼常溫下導(dǎo)熱系數(shù)小(即傳熱慢)，而膨脹系數(shù)大，所以應(yīng)當(dāng)在爐內(nèi)應(yīng)有較長的預(yù)熱時間，加熱初期的升溫速度宜慢，以防產(chǎn)生熱裂紋；當(dāng)坯溫超過一定溫度(一般850℃左右)后，不銹鋼的導(dǎo)熱性和塑性迅速增加，同時不銹鋼在高溫段停留的時間太長會產(chǎn)生α相，即生成鐵素體，α相超過一定比例后，金屬熱塑性急劇下降，嚴(yán)重時，將導(dǎo)致穿孔無法進(jìn)行，而且高溫及長時保溫還會使內(nèi)部晶粒粗大，因此在均熱階段則應(yīng)當(dāng)快速加熱，短時間完成均熱。
此外，還應(yīng)注意控制爐內(nèi)氣氛的調(diào)節(jié)，保持弱氧化性氣氛，不僅可以減少表面氧化的程度，也能防止表面增碳。
3、優(yōu)化檢驗(yàn)流程和設(shè)備
不銹鋼無縫鋼管制管過程中的中間品檢驗(yàn)是控制成品管質(zhì)量的關(guān)鍵，特別是內(nèi)壁表面質(zhì)量，必須重視從源頭抓。首先要建立合理、有效的檢驗(yàn)和處理程序(圖3所示)，確保能發(fā)現(xiàn)存在的問題，發(fā)現(xiàn)的問題能夠得到有效處理。以荒管為例，一般會采用拋丸或酸洗/鈍化來清除表明氧化物，達(dá)到檢驗(yàn)狀態(tài)；為確定缺陷是否清除干凈，必要時還需要著色探傷、回爐和酸洗相結(jié)合的檢驗(yàn)手段，這樣就能有效確保有缺陷的中間品不會流入下道工序。
圖3 鋼管表面缺陷處理流程
其次，還需要配備足夠、有效的檢驗(yàn)設(shè)備。如內(nèi)窺鏡、測厚儀、強(qiáng)光手電筒等，圖4是對同一根缺陷管用新舊內(nèi)窺鏡檢驗(yàn)的效果對比圖，舊設(shè)備辨識率低，即使經(jīng)驗(yàn)豐富的檢驗(yàn)員也可能出現(xiàn)漏檢，新設(shè)備則能快速識別缺陷種類和位置。
圖4 新舊內(nèi)窺鏡檢驗(yàn)效果對比圖
另外是要建立有效的缺陷反饋制度，及時對產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，如缺陷類別、產(chǎn)生階段、產(chǎn)生頻率、處理方式，以便及時對造成缺陷的原因進(jìn)行分析，并指導(dǎo)按統(tǒng)一的工藝清除缺陷。