无缝钢管缺陷分析

无缝管质量异议分析及预防措施2013年，我实验室对部分无缝钢管生产厂的产品质量进行统计分析，从统计结果可以了解到，各生产厂在产品质量方面均存在加工缺陷（加工裂纹、黑皮扣、内螺、紧密距等）、几何尺寸、性能（力学性能、化学成份、粘扣）、钢管弯曲、碰扁、凹陷、钢管锈蚀、麻面、缺陷漏检、混规、混钢等其它缺陷。发生问题的主要原因如下：一、无缝钢管生产过程产生的质量问题；二、生产厂管理方面的问题（人为因素）；无缝钢管的生产标准我国现行无缝钢管标准47项。包括国家标准25项，行业标准3项，特殊用途产品标准19项。其中基础标准2项，产品标准45项。无缝钢管的生产标准无缝钢管质量要求1、钢的化学成分；钢的化学成分是影响无缝钢管性能最重要的因素。也是制定轧管工艺参数和钢管热处理工艺参数的主要依据。在无缝钢管标准中，根据钢管的不同用途，对钢的冶炼和管坯的制造方法提出相应的要求，并对化学成分作出严格的规定。尤其对某些有害化学元素（砷、锡、锑、铅、铋）以及气体（氮、氢、氧等）含量提出了要求。为了提高钢中化学成分的均匀性和钢的纯净度，减少管坯中的非金属夹杂并改善其分布形态，常常采用炉外精炼设备对钢水进行精炼，甚至采用电渣炉对管坯进行重熔精炼。无缝钢管质量要求2、钢管几何尺寸精度和外径；钢管外径精度、壁厚、椭圆度、长度、钢管弯曲度、钢管端面切斜度、钢管端面坡口角度和钝边、异型钢管的横截面尺寸1.2.1钢管外径精度无缝钢管的外径精度取决于定（减）径（包括张力减径）的方法、设备运转情况、工艺制度等。并且外径精度还与定（减）径机的孔型加工精度和各机架的变形量分配以及调整有关。而冷轧（抜）成型的无缝钢管外径精度与模具或轧锟孔型的精度有关。1.2.2壁厚无缝钢管的壁厚精度与管坯的加热质量、各变形工序的工艺设计参数和调整参数、工具质量及其润滑质量有关。钢管壁厚不均分布为横向壁厚不均和纵向壁厚不均。无缝钢管质量要求1.2.3椭圆度椭圆度表示钢管的不圆度，它反映了同一横截面上钢管的最大外径和最小外径的比值。管线管对管端的外径椭圆度要求较高，以利于钢管管端的对焊连接；而机加工管对钢管的内外径椭圆度要求均严格，以利于钢管内径和外径的机械加工。1.2.4长度标准对钢管的长度的要求主要表现在三个方面：一是钢管通常长度（即最大及最小允许长度）；二是定（倍）尺长度；三是钢管长度的允许偏差。1.2.5钢管弯曲度弯曲度表示钢管的挠度。一般规定了每米钢管长度的弯曲度和钢管全长的弯曲度。1.2.6钢管端面切斜度表示钢管端面与钢管横截面的倾斜程度，一般在检查中，采用同一钢管端面上沿轴线相差最大的表面两点之间的距离来表示。1.2.7钢管端面坡口角度和钝边有些用途的钢管（如管线管）在使用时需要焊接，因此，标准规定了钢管端面坡口角度和钝边的尺寸及允许偏差。无缝钢管质量要求3、钢管的表面质量；标准规定了钢管的“表面光洁”要求。但在生产过程中因各种原因所致的钢管表面缺陷多达10几种。包括：钢管的表面裂纹（裂缝）、发纹、内折、外折、扎破、内直道、外直道、离层、结疤、凹坑、凸包、麻面（麻坑）、擦伤（划伤）、内螺旋道、外螺旋道、青线、矫凹、辊印等。这些缺陷产生的原因主要一方面是由于管坯的表面缺陷或内部缺陷所带来的。另一方面是在生产过程中产生的，也即如果轧制工艺参数设计不合理，工（模）具表面不光滑，润滑条件不好，孔型设计及调整不合理等都有可能导致钢管出现表面质量问题；或者管坯（钢管）在加热、轧制、热处理以及矫直过程中，如果因加热温度控制不当、变形不均匀、加热、冷却速度不合理或矫直变形量太大而产生了过大的残余应力，那么也有可能导致钢管产生表面裂纹。无缝钢管质量要求4钢管物理化学性能；钢管的物理化学性能包括钢管常温下的力学性能、一定温度下的力学性能（热强性能或低温性能）和抗腐蚀性能（抗氧化、抗水蚀、抗酸碱等性能）。一般来讲，钢管的物理化学性能主要取决于钢的化学成分、组织结构和钢的纯净度以及钢管的热处理方式等。当然有些情况下，钢管的轧制温度和变形制度对钢管的性能也有影响。5钢管工艺性能；钢管的工艺性能包括钢管的压扁、扩口、卷边、弯曲、环拉和焊接等性能。6钢管金相组织；钢管的金相组织包括钢管的低倍组织和高倍组织。7钢管特殊要求；客户要求的特殊条件。无缝钢管生产过程中的质量问题－管坯质量缺陷及其预防1、管坯质量缺陷及预防生产无缝钢管所用的管坯既可以是连铸圆管坯、轧（锻）制圆管坯、离心浇注圆空心管坯，也可以直接使用钢锭。在实际生产过程中，主要使用的是连铸圆管坯，原因是由于连铸圆管坯成本低、表面质量好。1.1管坯的外观形状、表面质量缺陷1.1.1外观形状缺陷对于圆管坯而言，管坯的外观形状缺陷主要包括管坯的直径和椭圆度超差、端面切斜度超差等。对于钢锭而言，管坯的外观形状缺陷主要包括因钢锭模磨损而使钢锭的形状不正确等。无缝钢管生产过程中的质量问题－管坯质量缺陷及其预防圆管坯直径及椭圆度超差：一般在实际中认为管坯在穿孔时，穿孔顶头前压下率的大小与穿孔毛管内折的多少成比例关系，顶头压下率越大，利于管坯的孔腔过早形成，毛管容易产生内表面裂纹。正常生产过程中，穿孔机的孔型参数根据管坯名义直径及毛管的外径和壁厚确定。当孔型调整好后，如管坯外径超正公差，顶头前压下率增大，穿孔毛管产生内折缺陷；如管坯外径超负，顶头前压下率减小，产生管坯的一次咬入点向孔喉处移动，会使穿孔过程不好实现。椭圆度超差：管坯的椭圆度不均时，管坯进入穿孔变形区后旋转不稳定，轧辊会将管坯表面刮伤，导致毛管产生外表缺陷。圆管坯端面切斜度超差：管坯穿孔毛管前端的壁厚不均。主要原因是管坯没有定心孔时，在穿孔过程中顶头与管坯端面相遇，因管坯端面存在较大的斜面，使得顶头鼻部不易对中管坯的中心而导致毛管端面的壁厚不均。无缝钢管生产过程中的质量问题－管坯质量缺陷及其预防1.1.2表面质量缺陷（连铸圆管坯）管坯表面裂纹：纵裂纹、横裂纹、网状裂纹纵裂纹产生的原因：A.水口和结晶器不对中而产生的偏流对管坯凝固坯壳的冲刷；B.保护渣熔化性不良，液渣层过厚或过薄，导致渣膜厚薄不均,使管坯局部凝固壳过薄。C.结晶液面波动（液面波动﹥±10mm时，裂纹发生率位30％左右）；D.钢中P和S含量。（P﹥0.017%,S﹥0.027%,纵裂纹增大趋势）；E.钢中C在0.12%-0.17%时，纵裂纹增大趋势。预防措施：A.保证水口和结晶器对中；B.结晶液面波动要稳定；C.采用合适的结晶锥度；D.选择性能优异的保护渣；E.采用热顶结晶器。横裂纹产生的原因：A.振痕太深是产生横裂纹的主要原因；B.钢中（铌、铝）含量增加，诱发原因。C.管坯在温度900－700℃时矫直。D.二次冷却强度太大。预防措施：A.结晶器采用高频率、小振幅以减小铸坯内弧表面的振痕深度；B.二次冷却区采用平稳的弱冷却制度，确保矫直时表面温度大于900度。C.保持结晶液面稳定；D.采用润滑性能良好、粘度较低的保护渣。无缝钢管生产过程中的质量问题－管坯质量缺陷及其预防表面网状裂纹产生原因：A.高温铸坯吸收了结晶器的铜，而铜变成液体之后再沿奥氏体晶界渗出；B.钢中残余元素（如铜、锡等）残留再管坯表面并沿晶界渗出；预防措施：A.结晶器表面镀铬以增加表面硬度；B.采用合适的二冷水量；C.控制钢中的残余元素。D.控制Mn/S值，确保Mn/S﹥40。一般认为，当管坯的表面裂纹深度不超过0.5mm时，在加热过程中裂纹会被氧化掉，不会造成钢管表面裂纹。由于管坯表面裂纹在加热过程中会发生严重的氧化，经过轧制后裂纹处常伴有氧化质点、脱碳现象等。管坯结疤与重皮：产生原因：钢水温度过低、钢水太粘、水口堵塞、注流偏离等原因。由于管坯的表面结疤、重皮形成的钢管外折，不同于轧管时所产生的荒管结疤和外折缺陷，它具有十分明显的氧化特性，并伴有氧化质点和严重的脱碳现象，缺陷处存在氧化亚铁。管坯气孔：一般在钢液浇铸过程中皮下气泡破裂形成而在管坯表面形成的一些小气孔，管坯轧制后会在钢管表面形成小飞皮。无缝钢管生产过程中的质量问题－管坯质量缺陷及其预防管坯凹坑与沟槽：管坯凹坑与沟槽产生原因：一方面可能是铸坯在结晶过程中产生的，与结晶器的锥度太大或二冷区的不均匀冷却有关；另一方面可能是因铸坯在还没有完全冷却时，管坯表面受到机械碰伤或划伤而造成的。穿孔后在毛管表面形成折叠或结疤（凹坑），大外折（沟槽）。管坯“耳子”：主要是由于辊缝（连铸机的拉矫辊、轧钢机的轧辊）处不是封闭的，在管坯拉矫或轧制时，因拉矫辊或轧辊的压下量太大或辊缝太小。造成过多的宽展金属进入辊缝产生的。穿孔后毛管表面产生螺旋状外折。管坯表面缺陷无论是哪一种，在轧管过程中都有可能钢管表面形成缺陷，严重时所轧钢管报废，因此必须加强对管坯表面质量的控制和表面缺陷的清除。只有符合标准要求的管坯方可投入轧管生产。1.2管坯的低倍组织缺陷：目视管坯皮下气泡：产生原因一是钢水脱氧不足，二是钢水中气体含量（尤其是氢）也是产生管坯皮下气泡的一个重要原因。这中缺陷经穿孔或轧制后在钢管外表面形成飞皮（没有规律），形状类似“指甲”状，严重时会布满钢管的外表面。该类缺陷较小而浅，通过修磨可以去除。管坯皮下裂纹：产生主要原因连铸圆管坯表面层的温度反复变化而发生多次的相变后形成的。一般不产生缺陷，如有是轻微外折。管坯中间裂纹和中心裂纹：连铸圆管坯的中间裂纹和中心裂纹是造成无缝钢管钢质内折的主要原因。裂纹产生的原因十分复杂，涉及到铸坯凝固传热、穿质和应力的作用，单总的来说是受二次冷却区铸坯凝固过程控制的。管坯疏松和缩孔：主要是因铸坯在凝固过程中的超前晶粒作用，液态金属运动基于向凝固方向冷却产生收缩受阻而形成的。连铸圆管坯如带有疏松和缩孔，对斜轧穿孔的毛管质量并无太大的影响。无缝钢管生产过程中的质量问题－管坯质量缺陷及其预防无缝钢管生产过程中的质量问题－管坯质量缺陷及其预防1.3管坯的显微组织缺陷：高倍或电镜当管坯的成分和组织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，从而影响钢管力学性能和腐蚀性能，并使其性能不符合要求。当管坯夹杂物含量太多，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。因素：钢中的有害元素、管坯成分及组织偏析和管坯非金属夹杂物。无缝钢管生产过程中的质量问题－管坯加热缺陷及其预防2管坯加热缺陷生产热轧无缝钢管，从管坯到成品钢管一般需要进行两次加热，即管坯穿孔前的加热和轧后荒管在定径前的再加热。生产冷轧钢管时，需要采用中间退火的方式来消除钢管的残余应力。尽管每次加热的目的不同，加热炉也可能不一样，但每次加热的工艺参数、加热控制等不当，管坯（钢管）就会产生加热缺陷而影响钢管质量。穿孔前的管坯加热，目的是为了提高钢的塑性，降低钢的变形抗力，为轧管提供良好的金相组织。使用的加热炉有环形加热炉、步进式加热炉、斜底式加热炉和车底式加热炉。无缝钢管生产过程中的质量问题－管坯加热缺陷及其预防定径前的荒管再加热，目的再于升高和均匀荒管的温度，提高塑性，控制金相组织，保证钢管力学性能。加热炉主要有步进式再加热炉、连续辊底式再加热炉、斜底式再加热炉以及电感应式再加热炉。冷轧过程中的钢管退火热处理，目的是消除钢管再冷加工时所产生的加工硬化现象，降低钢的变形抗力，为钢管的继续加工创造条件。退火热处理采用的加热炉主要有步进式加热炉、连续辊底式加热炉和车底式加热炉。管坯加热常见缺陷有：管坯（钢管）的加热不均（俗称阴阳面）、氧化、脱碳、加热裂纹、过热和过烧等。无缝钢管生产过程中的质量问题－管坯加热缺陷及其预防影响管坯加热质量的主要因素：加热温度、加热速度、加热和保温时间以及炉内气氛等。管坯加热温度：主要表现为温度太低或太高，或加热温度的不均匀。温度太低，会增大钢的变形抗力，降低塑性。特别是当加热温度不能保证钢的金相组织全部转变成奥氏体晶粒时，管坯在热轧过程中，产生裂纹的趋势会增大。温度过高时，管坯表面会发生严重的氧化、脱碳甚至产生过热或过烧。管坯加热速度：管坯加热速度的大小与管坯加热裂纹的产生密切相关，加热速度太快时，管坯容易产生加热裂纹。主要原因是：当管坯表面的温度升高时，管坯内部的金属与表面的金属产生了温差，导致金属热膨胀