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浙江不锈钢无缝管质量控制要点分析

来源:至德钢业 日期:2020-10-16 17:58:14 人气:40

不锈钢无缝钢管广泛用于高压、低温和耐腐蚀环境管系,力学性能、工艺性能和耐腐蚀性是衡量钢管质量的三项重要指标,也是确保船舶安全航行的重要保证。在实船应用中,某不锈钢化学品船,在首航后发现甲板货物管系存在泄漏,经压力试验发现有10余处孔状泄漏。某乙烯船用货罐制造过程中,发现多处罐头穿舱管内表面质量问题,包括内壁麻点和表面裂纹。那么这些问题如何才能从根本上解决呢?


一、制造缺陷与预防措施


 浙江至德钢业有限公司根据不锈钢无缝管生产流程图,圆钢钢坯经穿孔、冷拔/冷轧、固溶、校直、酸洗等主要工序制成无缝钢管,各个制管环节相辅相成,特别是对原材料和中间品的质量控制,是确保成品管化学成分、表面质量、力学性能、工艺性能和耐腐蚀性能等指标符合规范和标准的重要保障。


 1. 控制原材料品质


 生产不锈钢无缝管所用的原材料主要是连铸圆管坯、轧(锻)制圆钢,确保钢坯质量是把好钢管质量的第一道关,主要包括炼钢水平、浇注和冷却工艺,以及成形质量。首先是提高炼钢水平,需降低有害元素和气体(氮氢氧),提高成分的均匀性和纯净度,减少非金属夹杂物,同时改变其分布形态都是关键。钢坯的成分不均匀且产生严重偏析时,会使轧制后的钢管呈现严重的带状组织,从而降低钢管力学性能和腐蚀性能,甚至不合格。非金属夹杂物(如硫化物和氧化物、硅酸盐)被压成薄片,不仅会影响钢管的性能,而且可能会使钢管在生产过程中产生裂纹。其次,完善浇注和冷却工艺,减少皮下气泡、皮下裂纹、疏松和缩孔也不能忽视,因为这些缺陷无论是哪一种,在穿孔和轧管过程中都有可能造成缺陷,有的缺陷在使用后放大,缩短了产品使用寿命;严重时在中间品就直接报废,如内折。此外,钢坯的外形偏差,如直线度、直径和椭圆度,这都将直接影响到穿孔质量,造成荒管质量缺陷。


 因此,认可时不仅需要关注炼钢设备及工艺,更要延伸至不锈钢无缝管的试验,通过这样的认可过程来确定钢坯出厂检验的检验项目、取样数量和验收标准,特别是规范和指南中没有明确但又需要重点关注的质量项目,如低倍和微观组织的检测。


 2. 确保热炉温控准确性和均匀性


 不锈钢无缝管制造中用到的热炉有钢坯加热炉和钢管热处理炉。温控准确性和均匀性是评判加热设备好坏的两个重要指标,是加热工艺的重要保证,因此制造厂应严格履行热电偶使用期限和校准周期规定,以及炉膛温度均匀性检测。


 加热工艺的制定应综合考虑热炉设备、管坯或钢管种类、数量等固有属性,严格控制加热速度、保温时间和冷却速度,避免产生裂纹,过热或过烧。以穿孔阶段管坯加热为例,考虑不锈钢常温下导热系数小(即传热慢),而膨胀系数大,所以应当在炉内应有较长的预热时间,加热初期的升温速度宜慢,以防产生热裂纹;当坯温超过一定温度(一般850℃左右)后,不锈钢的导热性和塑性迅速增加,同时不锈钢在高温段停留的时间太长会产生α相,即生成铁素体,α相超过一定比例后,金属热塑性急剧下降,严重时,将导致穿孔无法进行,而且高温及长时保温还会使内部晶粒粗大,因此在均热阶段则应当快速加热,短时间完成均热。


 此外,还应注意控制炉内气氛的调节,保持弱氧化性气氛,不仅可以减少表面氧化的程度,也能防止表面增碳。


二、优化检验流程和设备


 不锈钢无缝钢管制管过程中的中间品检验是控制成品管质量的关键,特别是内壁表面质量,必须重视从源头抓。首先要建立合理、有效的检验和处理程序,确保能发现存在的问题,发现的问题能够得到有效处理。以荒管为例,一般会采用抛丸或酸洗/钝化来清除表明氧化物,达到检验状态;为确定缺陷是否清除干净,必要时还需要着色探伤、回炉和酸洗相结合的检验手段,这样就能有效确保有缺陷的中间品不会流入下道工序。其次,还需要配备足够、有效的检验设备。如内窥镜、测厚仪、强光手电筒等,图4是对同一根缺陷管用新旧内窥镜检验的效果对比图,旧设备辨识率低,即使经验丰富的检验员也可能出现漏检,新设备则能快速识别缺陷种类和位置。


 另外是要建立有效的缺陷反馈制度,及时对产生的缺陷进行分析和统计,如缺陷类别、产生阶段、产生频率、处理方式,以便及时对造成缺陷的原因进行分析,并指导按统一的工艺清除缺陷。


三、成品管的检验缺陷不容忽视


 成品管检验作为最后一道质量屏障,其重要性不言而喻,一旦出现检验缺陷,将直接影响试验效果和试验数据的准确性,以下列举了几个典型的检验缺陷,钢管制造厂应引起重视。


 1. 取样与制样


 产品终检时,涉及试样的问题包括取样数量、取样位置、试样加工位置和尺寸。首先是取样数量和位置,CCS规范是根据不锈钢无缝管等级和每批数量确定取样钢管根数,这与产品标准有所区别,如GB 13296要求从每批两根不同钢管取样即可。此外,规范还要求每根取样钢管都应进行所有出厂试验项目,因此制造厂编制取样计划单时,应注意明确试样在样管上的分配,杜绝集中取样。


 其次,试样加工位置和尺寸的要求也不应忽视,制造厂应首先制定制样作业手册,明确好制样细节,特别是外协制样的钢管企业,更应注重对外协方的能力考核,同时做好试样尺寸验收和加工余料的检查,多管齐下,避免制样错误。


 2. 试验准备与试验方法


 腐蚀试验药剂/试剂过期,辅料不符合试验要求,以及试验方法不准确,同样可能造成试验结果不准确,以至漏检产品缺陷。以晶间腐蚀为例(表),试剂浓度/纯度不够或因保存不当失效等试验因素都直接导致试验结果。


 拉伸试验时,由于不锈钢属于屈服特征不明显的材料,故一般测定非比例延伸强度Rp0.2,Rp1.0(规定非比例延伸率为0.2%,1%时的延伸强度)作为屈服强度衡量指标。拉力试验机大都自带这样的测试功能,但是如果不用引伸计,测出来往往不准确,因为此时拉伸曲线就把标距以外的变形等干扰都包进了曲线。因此,必须要求制造厂加装小变形引伸计,以此来找出准确的屈服值。


 此外,延长率的测定还需关注规范、标准对测试标距的计算方法,以及换算规定,如国标与美标转换时可参考GB/T14976 - 2012 。


 水压试验用于测试成品实际承压能力,但试验时应注意不是压力越高越好、越久越好,否则就是破坏试验,可能造成缺陷或影响使用寿命。作为水压试验的替代,涡流和超声波无损探伤用于检测表面和近表面缺陷方便快捷,广泛用于不锈钢无缝管产品检验的流水线,快速识别超标缺陷并报警。制造厂编制的无损检测工艺中通常规定了样管上线校验周期(时长或根数),但是这种工艺实际上不具备通用性,每台设备的使用频率不同、新旧程度和稳定性不同,不能一概而论。此外,还应关注样管种类、规格及标(样)准,是否适合产品标准对无损探伤的要求。


 综上所述,产品制造厂都应健全实验室规章制度、落实好试验药剂验收、保存和使用要求;注意对试验人员能力的培训和考核,确保其正确掌握试验方法;注意评估作业指导书与试验设备、试验设备间的适用性,确保试验各个环节准确、规范。


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