非金屬夾雜物對(duì)HFW焊管質(zhì)量的影響

趙 坤，王 晰，常海峰

(1.寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司石油專(zhuān)用管分公司，陜西 寶雞 721008；2.寶雞住金石油鋼管有限公司，陜西 寶雞721008)

非金屬夾雜物對(duì)HFW焊管質(zhì)量的影響

趙 坤1，王 晰2，常海峰2

(1.寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司石油專(zhuān)用管分公司，陜西 寶雞 721008；2.寶雞住金石油鋼管有限公司，陜西 寶雞721008)

介紹了熱軋卷板中的非金屬夾雜物的來(lái)源、種類(lèi)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，研究了非金屬夾雜物對(duì)HFW焊管質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明，熱軋卷板中的非金屬夾雜物是形成HFW焊縫鉤狀裂紋的主要原因；在對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)時(shí)，焊縫附近的母材夾雜物是造成探傷降級(jí)的原因之一；焊縫熔合線附近的非金屬夾雜物的數(shù)量和分布對(duì)焊縫的沖擊韌性有著較大的影響，特別是位于夏比沖擊試樣缺口附近的非金屬夾雜物，能夠使焊縫沖擊功明顯降低。最后提出了熱軋卷板非金屬夾雜物的控制措施。

HFW焊管；非金屬夾雜物；沖擊韌性；鉤狀裂紋；超聲波探傷

非金屬夾雜物會(huì)使金屬基體的連續(xù)性受到破壞，其在鋼中的形態(tài)、含量和分布不同程度地影響了鋼的性能。在HFW焊管生產(chǎn)中，夾雜物的形態(tài)、含量和分布是HFW焊管的主要缺陷之一。

1 非金屬夾雜物的分類(lèi)

鋼中非金屬夾雜物的種類(lèi)很多，按其來(lái)源分為兩大類(lèi)：顯微夾雜物(內(nèi)生夾雜物)和宏觀夾雜物(外來(lái)夾雜物)。顯微夾雜物是在鋼的冶煉或凝固過(guò)程中，由物理或化學(xué)反應(yīng)所生成；宏觀夾雜物是在鋼的冶煉或澆注過(guò)程中，由于耐火材料的混入造成的，其特點(diǎn)是大而無(wú)固定形狀。

根據(jù)目前最為常見(jiàn)的夾雜物的分類(lèi)以及形態(tài)，GB/T 10561-2005標(biāo)準(zhǔn)中按照ISO標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖將夾雜物分為A，B，C，D四大類(lèi)。A類(lèi)夾雜物(硫化物，MnS等)具有較高的延展性，有較寬的范圍形態(tài)比，為單個(gè)灰色夾雜物，一般端部呈圓角；B類(lèi)夾雜物(氧化物，Al2O3等)是由于用鋁脫氧時(shí)所產(chǎn)生的細(xì)小的、難溶的、高硬度的脆性?shī)A雜物；C類(lèi)夾雜物(硅酸鹽類(lèi)，SiO2等)具有較高的延展性，有較寬的范圍形態(tài)比，單個(gè)呈黑色或深灰色，一般端部呈銳角；D類(lèi)夾雜物(球狀氧化物，Ca氧化物等)不變形，帶角或圓形，形態(tài)比小，為黑色或藍(lán)色的無(wú)規(guī)則分布的顆粒，在日常檢驗(yàn)中很少出現(xiàn)。

夾雜物屬于不良缺欠，在鋼中允許一定程度存在，熱軋卷板中夾雜物常見(jiàn)的驗(yàn)收要求見(jiàn)表1。

表1 熱軋卷板常見(jiàn)夾雜物驗(yàn)收要求 ％

2 非金屬夾雜物對(duì)HFW焊管質(zhì)量的影響

2.1 對(duì)焊縫超聲波檢驗(yàn)的影響

焊縫附近的非金屬夾雜物會(huì)對(duì)焊縫的超聲波檢驗(yàn)產(chǎn)生影響。缺陷的直徑(夾雜物最大反射尺寸)大于1/2超聲波波長(zhǎng)時(shí)，在超聲波探傷中才能有反射波產(chǎn)生，在示波屏上形成缺陷反射波，圖1所示為HFW鋼管常見(jiàn)原料夾雜物的探傷示意圖，缺陷回波在探傷儀顯示器上超過(guò)報(bào)警極限100％高度時(shí)，即判為不合格。原料夾雜物缺陷回波波形如圖2所示。

圖1 原料夾雜物超聲探傷示意圖

圖2 原料夾雜物缺陷回波波形

2.2 焊接時(shí)形成鉤狀裂紋

由于HFW焊接是利用高頻電流將鋼管邊緣瞬間加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，再施加擠壓力完成焊接，因此金屬的纖維組織會(huì)發(fā)生變形，形成HFW焊縫的金屬流線。焊縫附近的夾雜物也會(huì)隨著金屬流線而發(fā)生變化，在焊縫附近形成鉤狀裂紋，如圖3所示。這是HFW焊縫的主要缺陷之一，嚴(yán)重影響HFW焊接質(zhì)量，也是HFW超聲波檢測(cè)不合格的主要原因。

圖3 夾雜物產(chǎn)生的鉤狀裂紋

2.3 對(duì)焊縫沖擊韌性的影響

HFW焊縫的沖擊韌性是評(píng)價(jià)HFW焊管性能的重要指標(biāo)，近年來(lái)隨著生產(chǎn)工藝和技術(shù)的不斷進(jìn)步，HFW焊縫的沖擊韌性也有了很大的提高，焊縫的夏比沖擊韌性可以達(dá)到母材同等水平。

在生產(chǎn)中會(huì)遇到，焊縫熱處理良好，UST檢驗(yàn)合格，焊縫未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，但沖擊試驗(yàn)突然出現(xiàn)低值。

例如 X70級(jí)φ406.4mm×10mm規(guī)格 HFW焊管，-20℃夏比沖擊功為99J，23J和75J，對(duì)23J的沖擊試樣進(jìn)行SEM分析,發(fā)現(xiàn)焊縫斷面上存在微小的非金屬夾雜物，位于夏比沖擊缺口附近，造成焊縫韌性降低。

圖4所示為焊縫中的非金屬夾雜物及其能譜圖。鋼中夾雜物的增加會(huì)使其韌性降低。

圖5顯示了夾雜物和韌性值之間的關(guān)系。在夾雜物較少的區(qū)域，隨著夾雜物含量的增加(+△V)，韌性降低值(-△E)大；在夾雜物較多的區(qū)域，隨著夾雜物含量增加，韌性降低值反而小。

圖4 焊縫中的非金屬夾雜物及其能譜圖

圖5 夾雜物和韌性值之間的關(guān)系

3 控制非金屬夾雜物的措施

可以通過(guò)以下幾個(gè)措施來(lái)進(jìn)行非金屬夾雜物的控制：①加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐出鋼口和擋渣機(jī)的日常維護(hù),確保擋渣效果,使轉(zhuǎn)爐出鋼下渣量控制在一定范圍內(nèi)，避免鋼水增磷嚴(yán)重，轉(zhuǎn)爐出鋼脫氧合金化過(guò)程中按要求進(jìn)行鋼包渣洗；②控制凈吹氬時(shí)間，確保鋼中夾雜充分上浮；③控制結(jié)晶器液面波動(dòng)；④控制兩爐鋼之間開(kāi)澆時(shí)間，確保保護(hù)澆注效果，保證中包鋼水高液位、穩(wěn)定操作；⑤條件允許時(shí)，鋼卷軋制時(shí)最好去掉頭坯和尾坯。

4 結(jié) 論

HFW焊管使用的熱軋卷板中的夾雜物對(duì)其焊接質(zhì)量影響很大，是形成HFW焊縫鉤狀裂紋的主要原因；在對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波檢測(cè)時(shí)，焊縫附近的母材夾雜物是造成探傷降級(jí)的原因之一；焊縫融合線附近的非金屬夾雜物的數(shù)量和分布對(duì)焊縫的沖擊值有著較大的影響，特別是位于夏比沖擊試樣缺口附近的非金屬夾雜物，能夠使焊縫沖擊功明顯降低。因此控制原料的夾雜物對(duì)保證HFW焊管的質(zhì)量至關(guān)重要。

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Influence of Nonmetallic Inclusion on HFW Pipe Quality

ZHAO Kun1,WANG Xi2,CHANG Haifeng2
(1.Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,OCTG Branch,Baoji 721008,Shaanxi,China;2.Baoji–SMI Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji 721008,Shaanxi,China)

In this article,it introduced the source,kind and acceptance criteria of nonmetallic inclusion in hot rolled coil(HRC),studied the influence of nonmetallic inclusion on HFW pipe quality.The results showed that the nonmetallic inclusion in HRC is the main reason caused groove crack of HFW weld;during ultrasonic testing for weld,the base metal inclusions adjacent to the weld is one of the causes of flaw detection degradation.;the quantity and distribution of nonmetallic inclusion adjacent to the weld fusion line is with great influence on impact toughness,especially the nonmetallic inclusion near to the Charpy impact test specimen notch can obviously reduce weld impact energy.Finally,it put forward control measures to HRC nonmetallic inclusion.

HFW pipe;nonmetallic inclusion;impact toughness;groove crack;ultrasonic flaw detection

TE973

B

1001-3938(2015)01-0063-03

趙 坤(1973—)，男，工學(xué)學(xué)士，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事HFW和OCTG技術(shù)研究和管理工作。

2014-07-12

黃蔚莉