无缝钢管生产缺陷与预防

第一章、无缝钢管的质量要求1、无缝钢管质量要求1．1、化学成分对有害化学元素As Sn Sb Bi Pb 和气体N H O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，减少管坯的非金属夹杂物并改善其分布状态，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。

1.2、尺寸精度和外形无缝钢管的几何尺寸主要包括钢管的外径、壁厚、椭圆度、长度、弯曲度、管端面切斜度、坡口角度和钝边，异形钢管的横截面尺寸等。

1.3、表面质量标准中规定了无缝钢管的“表面光洁”的要求。

常见的缺陷有：裂纹、发纹、内折、外折、轧破、内直道、外直道、离层、结疤、凹坑、凸包、麻坑（麻面）、刮伤（擦伤）、内螺旋道、外螺旋道、青线、矫凹、辊印等。

其中裂纹、内折、外折、轧破、离层、结疤、凹坑、凸包等为危险缺陷；钢管的麻面、青线、擦伤、轻微的内外直道、轻微的内外螺旋、矫凹、辊印为一般性缺陷。

1.4、物理化学性能包括常温下的力学性能和一定温度下的力学性能（热强性能和低温性能）和抗腐蚀性能（如抗氧化、抗水蚀、抗酸碱等性能）一般情况下取决于钢的化学成分、组织性能和钢的纯净度以及钢的热处理方式等。

有些情况下，钢管的轧制温度和变形程度也会对钢管的性能产生影响。

1.5、工艺性能包括钢管的扩口、压扁、卷边、弯曲、环拉和焊接性能。

1.6、金相组织包括钢管的低倍组织和高倍组织。

1.7、特殊要求在用户使用钢管时提出的标准以外的要求。

2、无缝钢管质量检查方法与仪器和设备2.1、化学成分分析可以采用仪器分析法和化学分析法。

用于化学分析的试样分熔炼试样、锭钻屑试样、管材试样。

熔炼试样一般采用仪器分析法、管材成品试样采用化学分析法和一起分析法。

常用的化学分析仪器主要是：红外碳硫仪、直读光谱仪、X射线荧光光谱仪等。

2.2、尺寸及外形检测检查内容主要包括：壁厚、外径、长度、弯曲度、椭圆度、端口坡度及钝边角度和异形钢管横截面形状等。

2.3表面质量检测人工肉眼检查和无损探伤检查。

无损检测的方法有很多如：超声波探伤、涡流探伤、磁粉探伤、漏磁探伤、电磁超声波探伤和渗透探伤等。

每种方法各有优缺点：适合检测钢管表面或者近表面：涡流探伤、磁粉探伤、漏磁探伤、渗透探伤。

其中渗透探伤仅限于钢管表面开口缺陷的检查。

磁粉探伤、漏磁探伤、涡流探伤仅仅限于铁磁性材料检查。

涡流探伤对点状缺陷比较敏感，其他探伤对裂纹敏感。

而超声波探伤对对钢管表面检测反应比较迅速，对钢管内部定性分析尚存在一定的困难，并且超声波检查还受到钢管的形状和晶粒度的限制。

2.4化学性能检测常温或者一定温度下的力学性能实验（拉伸实验、韧性实验、硬度试验），液压试验以及腐蚀试验（晶间腐蚀试验、抗氢开裂实验-HIC、抗硫化物应力开裂实验-SSCC）。

2.5 钢管工艺性能试验包括压扁实验、环拉实验、扩口和卷边实验、弯曲实验。

2.6金相分析包括低倍和高倍检查。

2.7石油专用管螺纹参数检测包括接箍纹检测、管体螺纹检测以及管体与接箍拧紧后的检测。

第二章、管坯质量缺陷其及预防连铸圆管坯一般采用立式连铸机、弧形连铸机和水平连铸机生产。

立式连铸机和弧形连铸机的生产的管坯的直径较大，而水平连铸机的生产的员管坯规格较小。

连铸生产管坯的优点如下：a、工艺简化b、收得率高c、生产条件改善d、节约能源2.1、管坯标准简介包括《连铸管坯标准》和《轧制管坯标准》2.2、管坯缺陷的检查和清理缺陷检查：一般采用肉眼检查。

对表面质量要求比较高，而且氧化铁皮比较厚的管坯，检查前可以采用酸洗或者喷丸处理将管坯表面氧化铁皮去除，使表面缺陷裸露出来，便于目视检查。

目视检查方法是最常用的，但是其可靠性差。

还可以采用磁感应探伤的方法检查管坯表面及表层的缺陷。

电磁感应探伤的方法有很多，比如有：干荧光磁粉探伤法、涡流探伤法、电磁探伤法。

管坯的低倍组织检查一般采用硫印法和酸浸法。

硫印检验是用相纸显示试样上的硫偏析。

它可以显示管坯中的裂纹、偏析、低倍组织、夹杂分布。

酸浸法是选用不同的腐蚀药、剂，对管坯缺陷和钢基体进行浸蚀由于管坯缺陷和钢基体的浸蚀程度不同，使原本难以鉴别的细小尺寸的管坯缺陷都可以显示出来。

缺陷的清理：火焰清理、风铲清理、手动砂轮清理和自动砂轮清理、车削和砂带清理2.3、管坯的外形形状缺陷管坯的直径椭圆度超差、钢锭尺寸超差和端面切斜度超差等。

2.4、管坯的表面质量缺陷常见的表面缺陷有：表面裂纹、结疤、气孔（针眼）、重皮、凹坑、沟槽、耳子等。

连铸圆管坯纵向裂纹的原因如下：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、保护渣融化不良，液渣层过厚或过薄，导致渣膜薄厚不均，使管坯凝固壳过薄；c、结晶器液面振动；d、钢中的S P含量，S>0.02%,P>0.017%时，钢的高温强度和塑性明显降低，管坯表面发生纵裂的趋势增大；e、钢中的C含量，在0.12-0.17%时，管坯的表面发生纵裂的倾向增大；防止连铸圆管坯产生表面纵裂纹的措施主要有以下几个方面：a)保证水口和结晶器对中；b)结晶器波面振动要在±10mm以内；c)确保合适的浸入式水口插入度；d)采用合适的结晶器锥度；e)结晶器与二次冷却区上部对弧要准；f)选择性能优异的保护渣；g)采用热顶结晶器。

管坯横裂纹位于铸坯内弧表面振痕的波谷处，通常是隐藏看不见的。

横裂纹产生的原因大体包括以下几个方面：a)振痕太深是连铸管坯横裂纹的发源地b)钢中的Al Nb 含量增加，促使质点（AlN）在晶界沉淀，诱发连铸圆管坯横裂纹产生。

c)连铸管坯在脆性温度900-700°C时矫直d)二次冷却强度过大防止连铸圆管坯产生表面横裂纹的方法如下：a)结晶器采用高频率、小振幅的以减小铸内弧的振痕深度；b)二次冷却区采用平稳的弱冷却制度，以确保矫直时连铸管坯的表面温度大于900°C；c)确保结晶器的液面稳定；d)采用润滑性能良好、黏度较低的保护渣。

连铸圆管坯的表面网状裂纹只有在酸洗完后才可以看的见其产生原因如下：a)高温铸坯吸收了结晶器的铜，而铜变成液体之后在沿奥氏体晶界渗透；b)表面铁皮的选择性氧化使钢中的残余元素（Cu Sn）残留在管坯表面并沿晶界渗透而形成裂纹；防止连铸圆管坯的表面网状裂纹产生方法：a)结晶器表面镀铬或Ni以增强其表面硬度b)采用合适的二次冷却水量c)控制钢中的残余元素d)控制Mn/S值结疤和重皮缺陷管坯的结疤和重皮缺陷是指管坯表面未与基体金属完全结合的金属片层。

钢锭和轧制圆坯的结疤和重皮缺陷相比连铸坯较多，主要是由于皮下气泡、非金属夹杂物的连铸坯或钢锭经轧制后皮下气泡和非金属夹杂物不但没有焊合，反被轧破而与基体金属分开造成的。

严重的结疤和重皮缺陷会导致钢管表面无规律分布的片状外折。

一般是比较大，但是深度不是很深，可以通过修磨将其清除。

管坯气孔一般比较小，常常是因为钢液在浇铸过程中皮下气泡破裂在管坯的表面形成的一些小孔。

钢锭和连铸坯上的气孔比连铸坯多。

气孔一旦存在，即表明钢中的气体含量比较高。

管坯的凹坑和沟槽存在于管坯的表面，连铸圆管坯的凹坑和沟槽的产生存在以下两方面的原因：a)铸坯在结晶过程中产生的，与结晶器的锥度太大和二冷区的不均匀冷却有关；b)铸坯在没有完全冷却时，管坯表面受到机械碰撞或者划伤造成的。

轧制圆管坯的凹坑和沟槽主要是由于轧制变形工具和运输工具造成的。

凹坑呈点状分布，沟槽呈纵向连续或断续分布。

管坯的耳子钢锭和连铸圆坯的“耳子”并不突出。

只有轧制圆坯才会出现“耳子”。

带有“耳子”的管坯在斜轧穿孔过程中极易造成毛管表面的螺旋状外折。

当采用多边形圆钢锭时就相当于钢锭表面存在多根“耳子”，穿孔毛管也会产生螺旋状外折。

2．5、管坯的低倍组织缺陷连铸圆管坯低倍组织主要由三个区组成：靠外表层的等轴细晶区、像树枝状的晶体组成的柱状晶区、中心是粗大的的等轴晶区连铸圆坯的低倍组织缺陷对管坯的加工性能、力学性能和钢管质量产生很大的影响。

常见的低倍组织缺陷有：管坯皮下气泡、疏松、缩孔、皮下裂纹、中心裂纹、组织偏析等。

管坯的皮下气泡：存在连铸坯表面的附近，形态为椭圆形。

一般认为钢水脱氧不足是管坯皮下气泡产生的主要原因。

一般需要对保护渣、铁合金、钢包、中间包进行烘烤、注流采用保护浇注。

对于要求更高的钢种，还要采用炉外精炼的方法对钢水进行脱气。

存在皮下气泡的连铸圆管坯，在加热炉加热时气泡内表面会被氧化，轧后无法焊合就会形成钢管表面缺陷。

管坯皮下裂纹：存在于连铸圆管坯和的柱状晶区和表面细晶区的过渡附近。

距离管坯表面3-10mm范围内。

只要此裂纹不贯通到外表面，就不会被氧化，在轧制压力的作用下会焊合。

一般不会产生严重的表面质量。

中间裂纹和中心裂纹：存在于连铸圆坯的柱状晶区，一般来讲中间裂纹的方向和柱状晶的方向是一致的。

有研究表明，连铸管坯的中间裂纹和中心裂纹是造成无缝钢管内折的主要原因。

穿孔时，管坯再由轧辊和导向工具所组成椭圆孔型中受到反复拉压应力的作用，其中间裂纹或中心裂纹得到扩张或氧化，由此而会产生钢管内折。

连铸圆坯的中心裂纹或者中间裂纹扩张以后而形成的钢管内折，一般较深，常常会造成钢管废品。

（其形成机理比较复杂，详情请看《无缝钢管缺陷与预防》-40页）管坯的疏松与缩孔：存在于管坯中心的部分的等轴晶区内。

管坯疏松是因为铸坯在凝固的过程中的超前的晶粒作用，液态金属运动基于向凝固方向冷却产生收缩受到阻碍，或者是管坯液态部分下沉的晶粒妨碍铸坯的补缩形成的。

当疏松达到一定程度的时候，铸坯就会出现缩孔。

其分布状态为在管坯中不连续分布。

分布密度比较均匀、弥散度较高的连铸管坯中心疏松，对斜轧穿孔过程不但没有危害，反而是有利的。

北京科技大学朱景清教授通过实验已经证明该点。

并且，在顶头鼻部前端有一个5mm的金属带，此金属将开裂的管坯中心与顶头分开，从而避免了内折和裂纹的缺陷。

管坯的偏心：包括组织偏析、成分偏析和结晶区域偏析等。

存在穿晶的连铸管坯必须报废，绝对不允许投放轧管。

2.6、管坯的显微组织缺陷一般来讲，管坯标准没有对管坯的标准进行规定，但是对于有特殊要求的合金钢管、高合金钢管管坯的显微组织则有相应的要求。

这些要求只要是体现在管坯的成分、管坯的成分和组织均匀性以及非金属夹杂物的含量和分布形态上。

当管坯中含有As 、Pb、Sn、Bi等有害元素时，由于这些元素几乎完全不溶于结晶区的晶内分布上在晶界上，管坯加热到一定的温度后，这些比钢熔点低得多的元素就先期开始熔化，从而削弱了晶粒间的联系，在管坯热变形时就容易产生金属破裂，从而产生大量的质量缺陷。

当管坯的成分和组织不均匀并且产生严重的偏析时，会使钢管出现严重的带状组织，从而严重影响钢管的力学性能和耐蚀性能。

管坯的夹杂物含量太多，特别是呈簇状分布并形成大型夹杂物之后，不仅会严重影响钢管的性能，而且可能会使钢管在生产过程中产生裂纹。