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无缝钢管外折、发纹的分析方法以及成因和对策

发布时间:2022-09-30 05:04:29 来源:华体会体育网页版 作者:华体会pc版在线登录

  无缝钢管之所以能够被广泛应用于电力、石油等行业领域,除具备经济性特点之外,在运行年限、材料质量等方面表现也较为优越。若在使用期间出现表面裂纹问题,会直接影响到无缝钢管的使用效果。

  当前,常见的无缝钢管表面裂纹分为外折与发纹两种类型,其中发纹体现为裂纹处开口窄,外折则体现为开口处宽。为避免无缝钢管因裂纹问题影响到其使用效果,需在明确掌握发纹、外折成因的前提下,采取科学措施进行有效处理。

  为进一步探明无缝钢管发生成因,本文采用扫描电镜、金相显微镜、能谱仪进行成因检测。

  本文研究试样采集处为无缝钢管外折处,经检验后发现试样表面呈现出横向裂纹状态,裂纹长度约为10cm。

  采用金相检验的手段进行试样裂纹附近取样,具体取样部位为裂纹纵向、横向位置,利用 4%硝酸就近进行腐蚀 。参照 GB/T 6394—2002、GB/T13299—1991、GB/T 10561—2005,进行样品相关项目的检测分析,其项目包括分金属夹杂、脱碳层、带状组织、晶粒度、金相组织等,结果表明样品不存在明显异常。

  进行横截面样品的观察,发现其周围附近位置存在脱碳层,经检测得知脱碳层总深度约为0.4 mm,意味着样品产生的裂纹问题与高温因素存在联系,即在穿孔前连铸坯过程中因高温因素导致裂纹形成。

  进行横纵截面样品的分析,发现带状组织存在于两处,并以流线型形态呈现,且带状组织在纵向截面处表现更为明显,意味着因旋转角度存在差异性,导致穿孔期间形成扭转变形。若轴向剪切-拉伸应力、附加剪切变形过大,会增大管外表面发生横裂问题的几率。此外,经检验分析后发现有硫化物、氧化铝等物质存在于样品中,但是评级级别判定并未显示夹杂物存在异常问题。

  本文在样品裂纹观察过程中采用的能谱仪型号为 OXFORDINCA Energy,采用的扫描电镜型号为FEIQuanta 3D FEG。通过样品观察与能谱分析后发现,横截面裂纹位置处存在 Si、Fe、O 等夹杂物,且有较多的颗粒夹杂物存在于裂纹周围,尺寸经计算后约为 2~3 μm,其颗粒物成分包括 Fe、Mn 等元素。相较于裂纹端部夹杂物而言,颗粒物中所含有的化学成分明显更高,且有氧化皮存在于较宽裂纹区域。

  依据对能谱分析与显微观察的应用,得出钢管缺陷内部可能存在大量脱氧产物的结果,且脱氧产物以 MnO-SiOn 2 为主。分析其成因,可能是在连铸坯阶段,因某些因素的影响导致钢管轧制受到不合理的碾压,内部存在缺陷,进而增大出现外折问题的发生概率。而要想进一步实现对外折缺陷成因的确定,需要进行连铸坯质量的分析。

  一是化学成分因素。相较于硅镇静钢、沸腾钢而言,含 Al 化学成分的钢裂纹敏感性更为显著。当钢管发生裂纹时,主要是因为以原始 C 相晶界为通道出现 AlN、NbC 等化学成分的解析,其晶界出现脆化的状态,增大出现开裂问题的几率 。

  二是气泡影响。若钢管皮下气泡轧漏同样会增大出现钢管表面裂纹的几率。若在钢管坯料冶炼过程中,脱氧操作处理出现问题,或者是在处理钢水包、烘烤合金料过程中受到某些因素的影响产生不良现象,意味着可能有大量气泡存在于钢锭上。而钢管在开坯后气泡轧漏,逐渐形成裂纹。另外,气泡的产生与保护渣存在一定关联,若保护渣无法做到对钢坯潮湿问题的有效避免,则会增大钢锭头部出现气泡的几率,进而形成表明裂纹。

  一是在无缝钢管实际生产过程中,若操作不合理,或者是出现操作失误问题,同样会增大出现发纹、外折问题的几率。如生产过程中钢锭表面结疤,容易形成表面裂纹。

  二是裂纹源处钢水存在黑色铝酸钙、硅酸盐等氧化物夹杂,其来源于钢包卷渣、钢包脱氧复合产物等;存在来源于耐材侵蚀的氧化镁夹杂。在制作过程中上述夹杂未上浮,在裂纹处富集,导致无缝钢管发生外折问题。

  四是未按照标准要求采用合理的管坯加热制度,增大无缝钢管发生外折、发纹缺陷的概率。

  要想进一步提高无缝钢管质量,避免裂纹的产生对钢管使用效果产生影响,需在制管时加强对清理工作的开展。而不同国家对于裂纹的清除深度要求不同,如德国某炼钢厂要求在清理钢坯裂纹时,应控制其消除深度保持在 1 mm 以上。所以,需依据管坯实际要求,开展裂纹清理工作。当然,需注意并非所有的管坯裂纹都会对无缝管造成影响和损害,大部分管坯表面裂纹会在反复轧制过程中逐渐被磨平,只有少部分需要在轧制过程中进行深度清理。尽管现阶段受限于技术条件、经济水平等因素,无法做到对钢坯裂纹完全避免,但是可以结合对无缝钢管制作工艺标准的要求,采用其改进工艺进行管坯裂纹深度的有效控制。

  保护渣对无缝钢管表面缺陷的产品有着至关重要的作用,所以可通过适当改善保护渣性能来提升无缝管轧制质量,通过合理控制液渣层厚度来保证凝固壳与结晶器壁之间的气隙流入足够量的液渣。

  同时,结晶器保护渣的黏度控制同样至关重要,需要做到结合相关工艺标准以及钢种来确定。确保在轧制过程中能够改善保护渣性能,达到润滑良好、传热稳定的目的,进而降低无缝隙钢管发纹、外折的发生概率。

  为进一步降低无缝隙钢管裂纹发生概率,结合以下工艺标准进行轧制过程的完善:

  一是严格控制加铝量,为避免因铝量过高而增大无缝管出现裂纹的几率,需将加铝量控制在400 g/t 左右。

  二是结合实际轧制要求,进行硫含量的合理控制,同时为保证硫含量减少后无缝隙钢管质量能够符合标准要求,需进行合金元素的适当添加。

  四是针对现行的保护渣质量标准,经考核、评选后,确定其性能符合标准后方可继续使用。

  五是将冷却水挡板安置于连轧机轧辊位置处,避免因冷却水未分流而影响到钢坯生产质量。

  要想实现对无缝钢管外折、发纹缺陷的有效避免,生产厂家应重视对钢管生产工艺的改进。

  一是过热度控制。上文提及,钢材料中含某些化学元素,为避免出现钢水氧化现象,并控制因侵蚀耐材造成的铸坯夹杂,需要进行钢水过热度的合理控制,避免在生产期间产生矫直裂纹。

  二是依照企业生产需求标准,将二次冷却比水量控制在合理范围内,并在拉矫机使用前将铸坯温度提高至 950 ℃以上,以此降低无缝钢管发生外折、发纹缺陷的概率。

  综上所述,若无缝钢管在制作过程中出现发纹、外折问题,不仅影响到无缝钢管的使用质量,甚至会对生产企业造成巨大经济损失。正因此,如何有效解决钢管发纹、外折问题,成为生产企业的关注问题。而要想进一步降低钢管外折、发纹的出现几率,避免裂纹问题对钢管使用造成影响,需在深度剖析钢管发纹、外折成因的基础上,采取上述措施来优化无缝钢管轧制工艺,保证钢管生产过程的顺利进行。

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