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管坯質(zhì)量缺陷及其預(yù)防

時間：2013-06-02 21:58:22 來源：作者：

（一）管坯概況

1．管坯類型：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：①工藝簡化，生產(chǎn)成本低。

②成材率高。

③生產(chǎn)條件改善，自動化程度高。

④節(jié)約能源。

連鑄圓管坯直接用于無縫鋼管的生產(chǎn)，因其成本低，質(zhì)量好，故而給無縫鋼管制造業(yè)帶來了一場深刻的革命，是發(fā)展方向，目前最大Φ600，已逐步替代鋼錠和軋（鍛）制圓管坯用來生產(chǎn)無縫鋼管。

為了提高無縫鋼管的質(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

④表面質(zhì)量不允許存在目視可見的結(jié)疤，氣孔、針孔、重皮以及深度超過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)圓滑無棱角

清理處的深∶寬∶長=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、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，對管坯的質(zhì)量進(jìn)行檢查和檢驗以及對管坯的表面缺陷進(jìn)行必要的清理，是確保無縫鋼管生產(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：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。

① 外徑超過正公差，毛管容易產(chǎn)生內(nèi)折缺陷。

② 外徑超過負(fù)公差，致使穿孔過程難以實現(xiàn)。

③ 管坯橢圓度超差，主要是影響管坯的穿孔過程的正常進(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

a) 管坯表面裂紋：是管坯中經(jīng)常存在且對鋼管質(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，鋼的高溫強度和塑性降低，管坯表面發(fā)生縱裂紋的趨勢增大。

管坯表面裂紋在加熱過程中會發(fā)生嚴(yán)重氧化，經(jīng)過軋制后，裂紋處常伴有氧化質(zhì)點,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)場判定鋼管表面裂紋是因為管坯帶來的，還是在軋制過程中產(chǎn)生的重要依據(jù)之一。

b) 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。

c) 管坯氣孔（針孔）：是因為鋼液在澆鑄過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。

d) 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的大外折。

5．管坯“耳子”：在斜軋穿孔時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對管坯的加工性能、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對于要求更高的鋼種，還要求采用爐外精煉方法對鋼水進(jìn)行脫氣，以降低H、O、N，如高壓鍋爐管。

④皮下氣泡會在鋼管表面產(chǎn)生“飛皮”，形狀類似“指甲”狀，該類缺陷小而淺，可以通過修磨將其去除。

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)的過度區(qū)域附近，離管坯表面3—10mm范圍內(nèi)。共4級,≤2級合格

②皮下裂紋輕微時可以“軋合”，嚴(yán)重時會產(chǎn)生“鋼質(zhì)外折”

3．管坯中間裂紋和中心裂紋：評級圖4級，≤2級合格

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。

③連鑄圓管坯的中間裂紋和中心裂紋是造成無縫鋼管鋼質(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，參看評級圖4級，≤2級合格

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，在管坯熱變形時很容易發(fā)生金屬破裂，從而會產(chǎn)生大量的質(zhì)量缺陷。

2．管坯成分及組織偏析：煉鋼決定（延長冶煉時間，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，會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)體無聯(lián)系。

分為5類：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,不僅會影響鋼管的性能,且易使鋼管生產(chǎn)過程中產(chǎn)生裂紋。