小口徑高壓鍋爐管內(nèi)部缺陷控制

高展展，朱人君，梁海泉，丁宏鈞，寧 玫

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津 300301）

小口徑高壓鍋爐管內(nèi)部缺陷控制

高展展，朱人君，梁海泉，丁宏鈞，寧 玫

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津 300301）

針對(duì)天津鋼管集團(tuán)股份有限公司168廠?88.9mm以下小口徑高壓鍋爐管探傷合格率一直較低的問題，通過保證頂頭和芯棒表面的質(zhì)量、增加張減機(jī)減壁率、提高張減終軋溫度、使用磷酸鹽代替硫酸鹽作為硼砂組分、提高芯棒限動(dòng)速度等措施，使小口徑鋼管內(nèi)傷得到有效控制，探傷合格率穩(wěn)定，探傷合格率平均達(dá)到9 5.5%。

內(nèi)劃道；高壓鍋爐管；探傷；合格率

1 引言

2007年我廠生產(chǎn)的小口徑鋼管存在內(nèi)表面缺陷嚴(yán)重，造成探傷合格率低，平均探傷合格率僅為82%，直接影響品種成材率和合同執(zhí)行率。例如小口徑的鋼種為12Cr1MoVG和15CrMoG鋼種的高壓鍋爐管的成材率僅為70%左右，其主要是內(nèi)傷探傷報(bào)警。經(jīng)取樣分析，缺陷主要為深度在0.2～0.5 mm、長(zhǎng)度在20～50mm淺表裂紋。為此，有針對(duì)性的對(duì)各變形工序軋件質(zhì)量狀況進(jìn)行過程控制。

2 小口徑鋼管內(nèi)表面缺陷產(chǎn)生原因分析

小口徑鋼管內(nèi)表面缺陷是影響質(zhì)量，產(chǎn)生廢品的主要原因。統(tǒng)計(jì)了2007年2月生產(chǎn)的?51 mm×6 mm、?51 mm×7 mm等規(guī)格小口徑鋼管的探傷情況，探傷合格率只有40%～80%，通過多個(gè)規(guī)格的內(nèi)傷缺陷定位和分析，缺陷主要為深度在0.2～0.5 mm、長(zhǎng)度在20～50mm淺表裂紋，其產(chǎn)生原因是穿孔過程中產(chǎn)生的微小缺陷，或連軋第一、二、四架在軋制過程中鋼管受內(nèi)表面氧化物殘?jiān)绊懀纬蓛?nèi)劃道和結(jié)疤缺陷[1]，這些缺陷經(jīng)過張減的軋制擠壓和拉伸而加重。

2.1 PQF工序

通過連軋軋卡樣分析可以看出，連軋第一、二、四架在軋制過程中鋼管受內(nèi)表面氧化物殘?jiān)绊懀纬蓛?nèi)表面劃道和結(jié)疤缺陷，是造成鋼管內(nèi)劃道缺陷的主要原因。如圖1所示，照片下部可以看到清晰的劃道痕跡，雖然通過下游機(jī)架的軋制能將嚴(yán)重的軋制痕跡軋合，但是經(jīng)過張力減徑工序的拉伸減徑變形，已經(jīng)軋合的部分仍有可能出現(xiàn)淺表裂紋缺陷。

圖1 連軋第二架軋卡分析樣局部圖

2.2 張減工序

圖2至圖5為S M S_M E E R的相關(guān)研究，隨著張減機(jī)軋制道次的增加，內(nèi)表面裂紋呈逐漸加深的態(tài)勢(shì)。寶鋼S A－2 10C的?5 1mm×6mm與我廠生產(chǎn)的S A－2 10C的?5 1mm×7mm小高鍋產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，得出如下結(jié)論：

圖2 第一架軋制鋼管內(nèi)表面組織形態(tài)

圖3 第10架軋制內(nèi)表面組織形態(tài)

圖4 第15架軋制內(nèi)表面組織形態(tài)

圖5 第25架軋制內(nèi)表面組織形態(tài)

（1）寶鋼產(chǎn)品探傷噪聲信號(hào)很低，內(nèi)表面光潔度高于我公司產(chǎn)品；

（2）內(nèi)表面解剖后對(duì)比，寶鋼管內(nèi)表面光滑，我廠產(chǎn)品內(nèi)表面粗糙程度較高詳細(xì)情況見圖6～圖8。

（3）寶鋼產(chǎn)品內(nèi)表面同樣存在淺表軋制痕跡，是由于芯棒表面缺陷和內(nèi)表面劃道引起的，但由于內(nèi)表粗糙程度的不同，我們的產(chǎn)品缺陷深度略高于寶鋼管0.1～0.2mm。

（4）寶鋼管帶狀組織5級(jí)比較明顯，是由于較低的終軋溫度引起的。

3 分析結(jié)論

通過對(duì)鋼管倍尺數(shù)跟蹤發(fā)現(xiàn)，鋼管報(bào)傷集中在管端第一、二倍尺（距管端25 m內(nèi)），與毛管頭部氧化硼砂積累密切相關(guān)，小口徑鋼管缺陷在毛管前部軋制區(qū)域出現(xiàn)的比率較高。通過上述分析可以得出以下結(jié)論：

（1）穿孔毛管存在端部除氧化效果不良的問題需要加以改進(jìn)。

（2）連軋工作機(jī)架軋制時(shí)內(nèi)表面存在劃道缺陷，需要從孔型、潤(rùn)滑改進(jìn)入手加以解決。

（3）張減機(jī)總減徑率較高，對(duì)荒管中存在的原始缺陷不能在軋制中完全消除。

4 改進(jìn)措施及實(shí)施效果

4.1 改進(jìn)措施

（1）頂頭生產(chǎn)30支不等出傷必?fù)Q，消除因頂頭產(chǎn)生的內(nèi)折。

（2）生產(chǎn)小口徑鋼管使用無傷芯棒，消除芯棒產(chǎn)生的缺陷。

圖6 鋼管內(nèi)表面對(duì)比圖

圖7 TPCO鋼管內(nèi)表面

圖8 寶鋼鋼管內(nèi)表面（存在淺表軋折和輕微劃道缺陷）

（3）生產(chǎn)前對(duì)穿孔導(dǎo)距和輥距進(jìn)行測(cè)量，確保橢圓度系數(shù)控制在工藝要求范圍內(nèi)。

（4）張減機(jī)減壁率提高到10%～15%（原為5%～8%）。

（5）終軋溫度控制在8 60℃以上，提高再加熱爐5～8段溫度（1020±10）℃，張減高壓水根據(jù)外表面除鱗情況控制在8～1 8MPa,提高張減機(jī)出口速度至5.5m/s以上。

（6）選用磷酸鹽代替硫化鈉作為硼砂的主要添加劑是由于磷酸鹽與氧化鐵皮反應(yīng)形成熔融物，減少軋件在連軋軋制時(shí)其內(nèi)表面輥縫處聚集物，減少內(nèi)結(jié)疤和劃道產(chǎn)生的幾率。

（7）繼續(xù)跟蹤分析軋卡管解剖后的內(nèi)表面狀態(tài)和實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)連軋第一、二架孔型設(shè)計(jì)提出成熟的改進(jìn)思路、設(shè)計(jì)原則和要點(diǎn)，改進(jìn)連軋1 8 5、1 5 1孔型設(shè)計(jì)，達(dá)到降低總延伸系數(shù)，降低張減機(jī)單機(jī)減徑率的工藝目的，改善鋼管內(nèi)表面粗糙程度。

（8）研究現(xiàn)有條件下提高芯棒限動(dòng)速度的途徑。

4.2 實(shí)施效果

根據(jù)前期的試驗(yàn)和總結(jié)，按照上述措施制定工藝并在過程控制中嚴(yán)格執(zhí)行，鋼管探傷合格率得到一定控制。2010年5月至1 2月?8 8.9mm以下小口徑鋼管平均探傷合格率9 5.5%，各月探傷合格率情況見圖9。

5 生產(chǎn)過程控制優(yōu)化

生產(chǎn)過程中還有個(gè)別爐次出現(xiàn)低合格率，探傷合格率只有89%。針對(duì)個(gè)別出現(xiàn)的低合格率爐次或批次，主要從生產(chǎn)過程控制進(jìn)行優(yōu)化。

5.1 穿孔機(jī)組

該機(jī)組堅(jiān)持保證頂頭表面的質(zhì)量以提高內(nèi)表面質(zhì)量，規(guī)定生產(chǎn)直徑小于?8 8.9mm的鋼管，每顆頂頭軋制30支即全部更換，不再用于生產(chǎn)此類品種。

再次試驗(yàn)使用磷酸鹽代替硫酸鹽作為硼砂成分，有利于提高鋼管內(nèi)表面光潔度，減少內(nèi)表面劃道缺陷，如圖10所示。

圖9 2010年5月至12月?88.9mm以下小口徑鋼管探傷合格率

圖10兩種硼砂組份生產(chǎn)出來的鋼管內(nèi)表面劃道對(duì)比圖

5.2 PQF機(jī)組

該機(jī)組堅(jiān)持保證芯棒表面的質(zhì)量以提高內(nèi)表面質(zhì)量，規(guī)定生產(chǎn)直徑小于?88.9 mm的鋼管，使用全新芯棒生產(chǎn)，連軋輥壽命不超過1000支。

同時(shí)通過多方共同研究，對(duì)連軋孔型進(jìn)一步優(yōu)化，2008年開始試驗(yàn)了我廠第6套孔型生產(chǎn)小口徑鋼管。如圖11所示，新孔型和舊孔型生產(chǎn)的鋼管內(nèi)表面對(duì)比情況，該孔型生產(chǎn)的鋼管內(nèi)表面明顯優(yōu)于舊孔型，表面光潔度大大提高，而且保持了原有的良好壁厚精度。

使用新孔型生產(chǎn)了一批規(guī)格為?60mm×4mm的2 10C高鍋管，探傷合格率平均9 7.5%。

另外根據(jù)軋制理論，限動(dòng)速度暨鋼管內(nèi)表面和芯棒的速差直接影響了鋼管內(nèi)表面，因此進(jìn)行了提高限動(dòng)速度的對(duì)比試驗(yàn)。對(duì)比試驗(yàn)中看出有一定效果，圖1 2為試驗(yàn)對(duì)比情況。

5.3 張減機(jī)組

根據(jù)工藝研究和摸索，增大張力系數(shù)，調(diào)整張減速度制度，減壁率增加到10%，減少內(nèi)表面質(zhì)量缺陷。提高終軋張減軋制溫度，有助于提高內(nèi)表面質(zhì)量，改善鋼管性能。

圖11 新孔型和舊孔型生產(chǎn)的鋼管內(nèi)表面對(duì)比情況

圖12 限動(dòng)速度試驗(yàn)內(nèi)表面情況對(duì)比圖

對(duì)不同徑壁比的成品鋼管，選取不同的孔型參數(shù)，同時(shí)結(jié)合鋼種、材質(zhì)來調(diào)整減徑量的大小。

6 結(jié)語

通過保證頂頭和芯棒表面的質(zhì)量、增加張減機(jī)減壁率、提高終軋張減軋制溫度、使用磷酸鹽代替硫酸鹽作為硼砂組份、提高芯棒限動(dòng)速度、修改連軋孔型等措施，至2010年底，工藝逐漸固定，小口徑鋼管內(nèi)傷得到有效控制，探傷合格率穩(wěn)定，探傷合格率平均達(dá)到95.5%。

[1]嚴(yán)澤生.現(xiàn)代熱連軋無縫鋼管生產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009：2 1 5.

Quality Control over Internal Defect of Small Diameter High Pressure Boiler Pipe

GAO Zhan-zhan,ZHU Ren-jun,LIANG Hai-quan,DING Hong-jun and NING Mei

(Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300301,China)

In order to solve the lingering problem of low qualification rate of high pressure boiler pipe with less than 88.9 mm diameter at inspection,measures were taken at Tianjin Pipe(Group)Corporation,i.e.,ensuring the surface quality of plug and mandrel,increasing wall thickness reduction at stretch reducing mill,increasing the finishing rolling temperature of tension reduction,using phosphate instead of sulphate as borax component,increasing mandrel retaining speed and so on.As a result,the internal defect of small diameter pipe was effectively curbed and inspection qualification rate stable at an average of 95.5%.

internal scratch;high pressure boiler pipe;detection;qualification rate

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.02.014

2013-09-1 1

2013-10-09

高展展（1980—），女，碩士，工程師，主要從事軋鋼工藝方面的研究工作。