管坯質(zhì)量缺陷及其預(yù)防

[ 關(guān)鍵詞：管坯質(zhì)量缺陷及其預(yù)防　發(fā)表日期：2022-12-10 13:34:31 ]

一 管坯概況

1．管坯類(lèi)型：連鑄圓管坯、軋（鍛）制圓管坯、離心澆注圓空心管坯、鋼錠。
2．連鑄型式：立式連鑄機(jī)、弧形連鑄機(jī)、水平連鑄機(jī)。
3．連鑄坯優(yōu)點(diǎn)：

（1）工藝簡(jiǎn)化，生產(chǎn)成本低。
（2）成材率高。
（3）生產(chǎn)條件改善，自動(dòng)化程度高。
（4）節(jié)約能源。

　　連鑄圓管坯直接用于無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)，因其成本低，質(zhì)量好，故而給無(wú)縫鋼管制造業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)深刻的革命，是發(fā)展方向，目前最大Φ600，已逐步替代鋼錠和軋（鍛）制圓管坯用來(lái)生產(chǎn)無(wú)縫鋼管。為了提高無(wú)縫鋼管的質(zhì)量，首要環(huán)節(jié)是確保管坯的質(zhì)量。
       
二 管坯標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

1．連鑄圓管坯：YB/T  4149-2006   《連鑄圓管坯》

（1）直徑及允許偏差

公稱直徑d         允許偏差（%d）（mm）
d≤150             ±1.6
150＜d≤250        ±1.5
250＜d≤350        ±1.3
d＞350             ±1.2

（2）不圓度

d≤150             4.5             2.8
150＜d≤250        4.5             2.5         
250＜d≤350        4               2
d＞350             3.5             2

（3）低倍組織：中心疏松、縮孔、中心裂紋、中間裂紋、皮下裂紋、皮下氣泡≤2級(jí)
（4）表面質(zhì)量不允許存在目視可見(jiàn)的結(jié)疤，氣孔、針孔、重皮以及深度超過(guò)0.5mm裂紋,允許深度不大于3mm的凹坑，深度≤2mm的機(jī)械刻痕，壓痕存在管坯表面缺陷允許清理，但應(yīng)≤4%d（最大≤12mm），應(yīng)圓滑無(wú)棱角清理處的深∶寬∶長(zhǎng)=1∶6∶8

2．軋制圓管坯：YB/T  5222-2004《優(yōu)質(zhì)碳素鋼圓管坯》      Φ≤450
               YB/T  5137-1998《高壓用無(wú)縫鋼管圓管坯》  Φ≤160
               YB/T  5221-1993《合金結(jié)構(gòu)鋼圓管坯》      Φ≤160
（1）管坯直徑及允許偏差
（2）橢圓度≤直徑公差的75%
（3）冶煉方法：低倍組織、非金屬夾雜物、表面質(zhì)量規(guī)定。

三 管坯缺陷的檢查與清理

　　管坯的質(zhì)量對(duì)鋼管的質(zhì)量有著極其重要的影響，凡不符合質(zhì)量要求的管坯不得投料，管坯表面缺陷必須清除干凈。

1．管坯質(zhì)量的檢驗(yàn)方法

（1）目視檢查：表面質(zhì)量
（2）低倍組織：硫印法、酸浸法、工業(yè)鹽酸或氯化銅溶液檢查裂紋、氣泡、疏松、白點(diǎn)、夾雜物等的分布狀況。

2．管坯表面缺陷的清理

（1）火焰清理：≤0.4%c  管坯表面缺陷清理
（2）風(fēng)鏟清理：適合管坯表面局部缺陷的清理
（3）砂輪清理：主要用于不宜采用火焰清理的管坯
（4）車(chē)削清理：主要用于附加值和質(zhì)量要求都很高的管坯表面缺陷清理，如不銹鋼管坯，銹坯:如 P91、 P92
　　總之，對(duì)管坯的質(zhì)量進(jìn)行檢查和檢驗(yàn)以及對(duì)管坯的表面缺陷進(jìn)行必要的清理，是確保無(wú)縫鋼管生產(chǎn)所用坯料符合質(zhì)量要求的基本前提。

四 管坯的外觀形狀缺陷

1．圓管坯直徑及橢圓度超差：

（1）穿孔機(jī)的孔型參數(shù)是根據(jù)管坯的名義直徑及毛管的外徑和壁厚確定的。
（2）外徑超過(guò)正公差，毛管容易產(chǎn)生內(nèi)折缺陷。
（3）外徑超過(guò)負(fù)公差，致使穿孔過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)。
（4）管坯橢圓度超差，主要是影響管坯的穿孔過(guò)程的正常進(jìn)行并導(dǎo)致毛管產(chǎn)生外表面缺陷（延卡、外折、結(jié)疤）。

2．鋼錠尺寸超差:過(guò)充滿，欠充滿，偏心，壁厚不均。
3．圓管坯端面切斜度超差：產(chǎn)生毛管端面壁厚不均，定心孔質(zhì)量。

五 管坯的表面質(zhì)量缺陷

1．管坯表面裂紋：是管坯中經(jīng)常存在且對(duì)鋼管質(zhì)量危害及大的一種缺陷。連鑄圓管坯的表面裂紋分為縱、橫裂紋、網(wǎng)狀裂紋鋼中s＞0.02% ，p ＞0.017%時(shí)，鋼的高溫強(qiáng)度和塑性降低，管坯表面發(fā)生縱裂紋的趨勢(shì)增大。

　　管坯表面裂紋在加熱過(guò)程中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重氧化，經(jīng)過(guò)軋制后，裂紋處常伴有氧化質(zhì)點(diǎn),脫碳現(xiàn)象，裂紋中間存在氧化亞鐵，裂紋根部比較圓滑，此現(xiàn)象是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)判定鋼管表面裂紋是因?yàn)楣芘鲙��?lái)的，還是在軋制過(guò)程中產(chǎn)生的重要依據(jù)之一。

2．管坯結(jié)疤與重皮：是指管坯表面的未與管體金屬完全結(jié)合的金屬片層。
3．管坯氣孔（針孔）：是因?yàn)殇撘涸跐茶T過(guò)程中皮下氣泡破裂而在管坯表面形成的一些小孔，氣體含量高造成。
4．管坯凹坑與溝槽：管坯表面受到機(jī)械碰撞或劃傷造成的。凹坑容易形成軋后荒管表面的折疊或結(jié)疤; 溝槽在穿孔毛管的表面形成較長(zhǎng)的大外折。
5．管坯“耳子”：在斜軋穿孔時(shí)極易造成穿孔毛管表面的螺旋狀外折。

六 管坯的低倍組織缺陷

　　所謂管坯的低倍組織是指管坯試樣經(jīng)過(guò)磨光酸浸后在橫截面上存在的用肉眼觀察到的組織（宏觀組織）。連鑄圓管坯的低倍組織特別是低倍組織缺陷會(huì)對(duì)管坯的加工性能、力學(xué)性能和鋼管質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，YB/T  4149-2006  《連鑄圓管坯》標(biāo)準(zhǔn)中列出的連鑄圓管坯低倍組織缺陷主要包括：管坯皮下氣泡，疏松、縮孔、皮下裂紋、中心裂紋、中間裂紋和組織偏析等。

1．管坯皮下氣泡

（1）存在于連鑄圓管坯的表面附近（表皮以下），形態(tài)程橢圓。
（2）鋼水脫氧不足是產(chǎn)生管坯皮下氣泡的主要原因。0.01～o.015%
（3）對(duì)于要求更高的鋼種，還要求采用爐外精煉方法對(duì)鋼水進(jìn)行脫氣，以降低H、O、N， 如高壓鍋爐管。
（4）皮下氣泡會(huì)在鋼管表面產(chǎn)生“飛皮”，形狀類(lèi)似“指甲”狀，該類(lèi)缺陷小而淺，可以通過(guò)修磨將其去除。

2．管坯皮下裂紋

（1）主要存在于連鑄圓管坯的柱狀晶體和表面細(xì)晶區(qū)的過(guò)度區(qū)域附近，離管坯表面3—10mm范圍內(nèi)。共4級(jí),≤2級(jí)合格
（2）皮下裂紋輕微時(shí)可以“軋合”，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鋼質(zhì)外折”

3．管坯中間裂紋和中心裂紋：評(píng)級(jí)圖4級(jí)，≤2級(jí)合格

（1）存在于連鑄圓管坯十分發(fā)達(dá)的柱狀晶體（中間裂紋），與柱狀晶成而成長(zhǎng)方向一致。
（2）中心裂紋存在于管坯的中心，裂紋方向沿晶向伸長(zhǎng)。
（3）連鑄圓管坯的中間裂紋和中心裂紋是造成無(wú)縫鋼管鋼質(zhì)內(nèi)折的主要原因。
（4）由于連鑄圓管坯的中心裂紋和中間裂紋是連鑄圓管坯的嚴(yán)重質(zhì)量缺陷，因此必須予以嚴(yán)格控制。
（5）提高鋼水的質(zhì)量（減少鋼水中的P、S含量，減少鋼中的非金屬夾雜物，提高鋼水的純凈度），優(yōu)化連鑄工藝參數(shù)（采用電磁攪拌、結(jié)晶器振動(dòng)等技術(shù)）可造成管坯裂紋。

4．管坯疏松和縮孔：是連鑄工藝的性能決定的，參看評(píng)級(jí)圖4級(jí)，≤2級(jí)合格連鑄與軋制相結(jié)合可以進(jìn)一步消除連鑄圓管坯的中心疏松和縮孔，也可以改善連鑄圓管坯的鑄態(tài)組織。

5．管坯偏析：組織偏析、成分偏析、結(jié)晶區(qū)分布偏析。

連鑄圓管坯：

激冷區(qū)（表面細(xì)晶粒區(qū)）   10～15%
柱狀晶區(qū)              　  55～60%
中心疏松區(qū)        　　　  25～30%

　　柱狀晶體是導(dǎo)致連鑄圓管坯斜軋穿孔時(shí)毛管產(chǎn)生內(nèi)折缺陷的主要因素。

七 管坯的顯微組織缺陷

1．鋼中有害元素：由煉鋼原料帶來(lái)的，應(yīng)采用精料方針，盡量減少鋼中的有害元素，As、Pb、Sn、Sb、B；五大有害元素,分布在晶界上，低熔點(diǎn)在管坯加熱中優(yōu)先熔化，從而削弱了晶間的聯(lián)系，在管坯熱變形時(shí)很容易發(fā)生金屬破裂，從而會(huì)產(chǎn)生大量的質(zhì)量缺陷。

2．管坯成分及組織偏析：煉鋼決定（延長(zhǎng)冶煉時(shí)間，增加攪拌）

　　當(dāng)管坯的成分和組織不均勻且產(chǎn)生嚴(yán)重偏析時(shí)，會(huì)使軋制后的鋼管呈現(xiàn)嚴(yán)重的帶狀組織，從而影響鋼管的力學(xué)性能和耐蝕性能，并使其性能不符合要求。

3．管坯非金屬夾雜物：它是鋼中的鐵及其他元素與O、S、N等作用而形成的化合物，是不可避免的，在本質(zhì)上已失去了金屬的性質(zhì)，與鋼的機(jī)體無(wú)聯(lián)系。

分為5類(lèi)：A：硫化物  B：氧化物 C：碳酸鹽  D：氮化物 DS：球形夾雜物

（1）非金屬夾雜物: 塑性差、熔點(diǎn)低、易產(chǎn)生裂紋。
（2）采用鋼包精煉技術(shù)和中間包冶金技術(shù)可以減少鋼中的非金屬夾雜物。
（3）當(dāng)管坯夾雜物含量太多,特別是呈簇狀分布而形成大型夾雜物之后,不僅會(huì)影響鋼管的性能,且易使鋼管生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生裂紋。