熱軋無縫鋼管質量檢測技術的現狀問題分析及改進對策研究

葉子義

（衡陽華菱鋼管有限公司技術質量部，湖南 衡陽 4 2 1 0 0 1）

熱軋無縫鋼管質量檢測技術的現狀問題分析及改進對策研究

葉子義

（衡陽華菱鋼管有限公司技術質量部，湖南 衡陽 4 2 1 0 0 1）

熱軋無縫鋼管廣泛應用于航空、石化、建筑、軍工等部門，有工業血管之稱。工業的進一步發展離不開基礎材料質量的提高，無縫鋼管的質量就成為重中之重。當前對于無縫鋼管的質量檢測還停留在成品管的檢查上面，這不僅浪費了生產工序及能源，部分缺陷還會最終影響生產的整體質量。針對于此，本文分析了熱壓無縫鋼管質量檢測技術當前存在的問題，并針對性的提出了改進方法。

熱壓無縫鋼管；質量檢測技術；問題；改進對策

無縫鋼管和焊接鋼管是當前主要的兩種鋼管生產方式，無縫鋼管是一種經濟斷面鋼材，廣泛應用于工業、航天等領域。不同應用領域對無縫鋼管具有不同的要求，很多情況下無縫鋼管的使用環境十分惡劣，如天然氣深井鉆探、具有腐蝕性介質的石油、電站鍋爐、石油裂化裝備等。所以對于鋼管的質量具有很高要求。

1 熱壓無縫鋼管制造工序及質量要求

1.1 熱軋無縫鋼管制造工序

熱軋無縫鋼管的制造主要分為六個部分，首先是備料，包括購入管坯、氣割斷、剝皮修磨、探傷檢查、高合金管坯表面處理與冷定心等程序；第二步為管坯加熱，通過環形加熱爐、斜底式管坯加熱爐等專用設備進行加熱，出爐后，先用熱定心程穿孔；穿孔是指將實心厚壁毛管經過一定工序做成空心厚壁毛管，通常由斜軋穿孔機穿孔進行。如管坯為鋼錠或方坯，通常采用水壓機或兩輥縱軋壓力穿孔機穿孔；軋管是一種對空心毛進行管減徑減壁的程序，用軋管機將毛管制備為荒管。自動軋管機組，在軋管后還應用均整機進行均整；再加熱和定減徑是指在成品前對荒管進行再加熱，并通過減徑機、張力減徑機或擴徑機進行加工，得到不同規格、尺寸的鋼管；最后為精整、檢查和進庫等程序。

1.2 熱壓無縫鋼管質量要求

熱壓無縫鋼管質量主要有幾何尺寸精度和外形標準、表面質量標準及物理化學性能和成分標準三個方面。幾何尺寸精度和外形標準方面，主要包括管壁厚精度偏差、光管外徑精度、鋼管橢圓度、鋼管彎度、鋼管端面斜切度五個方面，其質量主要與管坯積熱質量、調整參數、工藝設計參數、設備運行情況、工具精度與硬度、變形供需、潤滑質量、加工精度、變形量分配調整有關；表面質量標準方面，主要包括十九種表面缺陷：裂紋、內折、直道內折、軋制折疊、毛刺、外折疊、青線、軋折、發紋、擦傷、矯凹、直道、凸面、麻面、離層、結疤、凹面、內螺旋、凹坑。除此之外，一些輕微的缺陷可保留在鋼管上，但嚴重缺陷必須進行切除、修磨等清除干凈。產生表面缺陷的主要原因是管坯表面缺陷或內部缺陷，也可能是生產過程中壓制參數不準確、工具表面不光滑等；物理化學性能和成分標準主要包括常溫下鋼管的力學性能、非常溫下的力學性能及抗腐蝕性。物理化學性能主要受鋼的組織結構、純精度及熱處理方式、化學成分等方面的影響。

2 熱壓無縫鋼管質量檢測現狀

當前在熱壓無縫鋼管質量檢測方面，主要為無損常規檢測法，包括超聲波檢測法、渦流探傷檢測法和漏磁檢測法。無損常規檢測法是從物理方面采取方法對鋼管內部和表面性能進行檢測，根據合格標準對鋼管質量進行判斷。超聲波檢測法是在電磁感應原理上發展而來的，先在管材內部發射一束超聲波，如果管材內部有缺陷，則超聲波一定會反射，再用探傷儀對所得信息進行進一步處理便可得知缺陷信息。超聲檢測對鋼管內表面缺損檢出率很高，但檢驗速度嚴重受限，在水浸法探傷中，超聲波在管壁內的傳播也會迅速衰減。這是因為水的聲阻小于鋼管，水與鋼管往復透射率較小。同時，聲波在管壁中的反射會造成波形轉換，橫向水投射會被水吸收，造成超聲衰減。這種方法檢測速度過慢，并不適用于工業生產；渦流探傷法主要用點式探頭和穿過式探頭踐行檢測，點式探頭是在檢測過程中以螺旋向前運動的方式進行檢測。穿過式探頭則直接進行檢測。但渦流探傷方式具有2 5 0 mm的檢測盲區。而且點式探頭檢驗時間過長，穿過式探頭對深層內部缺陷不敏感，無法判斷具體位置；漏磁檢測法是先對管材進行磁化，如有缺陷則會在表面形成漏磁場。此外還有非液浸式超聲無損檢測技術、激光超聲檢測技術、電磁超聲技術等新興技術。雖然以上技術都具有一定的效果，但并不能完全解決質量問題，或適用于工業化的生產，為此我們需要建立一種具有高效率、在各生產環節就能發現問題的技術。

3 改進措施

為了提高管材質量，我們應在各生產環節就對管材進行檢測和預估，避免資源的浪費，降低生產成本。根據上文中提到的生產環節，我們可以在各環節進行檢測。首先在管坯加熱環節，加熱溫度、加熱速度、加熱時間是影響質量的主要方面，需考慮到管坯加熱的滯后性，各輸入溫度對管坯問題影響也具有滯后性。在組態軟件和數據庫發展下，工業生產的數據越來越豐富。燒嘴煤氣和空氣流量、加熱爐加熱段固定位置的溫度、出口處管坯溫度等是在實際工作中最容易收集的數據。基于這一點，當前P C R建立的鋼溫模型廣泛應用于生產之中。但管坯加熱調整具有典型的大滯后特點，輸入的變量信息不能馬上改變管坯溫度，具有延時性。可根據T L P C R方法通過計算各輸入通道的滯后時間進行調整。T L P C R是基于傳統P C R基礎上對數據進行控制的技術，通過計算輸入通道的滯后時間提高精度。首先獲正常運行下的采樣變量矩陣，獲取正常運行狀態下盡可能多的數據信息，然后對變量數據進行標準化處理，建立新的矩陣，根據新矩陣建立正常運行狀態下的P C A模型。通常管坯的出口溫度在1 2 0 0~1 3 0 0℃之間浮動，而最佳穿孔溫度是1 2 8 0℃。根據管孔要求，每1 8 s加工一根管坯，結合系統預報溫度，改變實際溫度與偏差溫度煤氣用量差異，達到調節管坯溫度的作用，將加工溫度控制在1 2 6 0~1 2 9 5℃之間。

在穿孔方面，可建立穿孔與其他相關因素的關系模型進行控制，檢測毛管質量。首先要確定毛管質量相關的模型作為輸入量，包括上下軋輥量、壓輥轉速、推鋼機位置等。通過對生產工藝數據的收集與分析，不同生產階段各自變量對毛管質量的影響也各不相同，一部分變量在某一階段對生產質量具有影響，另一部分變量對毛管質量的影響貫穿于整個生產工序。在實際生產中，管坯穿孔可分為三個主要的時段：一次不穩定穿孔時段、穩定穿孔時段和二次不穩定穿孔時段。一次不穩定穿孔時段是在軋件和軋輥接觸到金屬充滿變形區；穩定穿孔時段是金屬充滿變形區到管坯尾部遇到頂頭；二次不穩定穿孔是管坯尾部接觸頂頭到離開壓輥為止。對毛管質量進行評估，需要計算毛管質量量化指標。毛管質量主要受管型和內部組織影響。通過上述分析可知，在穿孔的三個子時段中，毛管質量主要受到上下軋輥壓上量、上下軋輥轉速、管坯溫度、頂桿實際位置等變量的影響。所以應在這些步驟中采集各變量的數據，將采集數據輸入數據庫，建立毛管質量模型，在生產前將歷史積累的各個標準控制變量軌跡帶入模型，計算對應的毛管質量；在再加熱、精整方面，可采用間歇過程建模法進行檢驗與控制。根據連軋生產過程，將生產步驟分解為咬鋼、穩定壓制及拋鋼幾個部分，劃分為1 5個小時段，并根據子時段的變量均值建立模型，進行質量控制。

生產過程中減徑管產品規格多種多樣，統一規格的產品調整會引起模型變化，要達到更精確的建立減徑管質量預測模型的目的，先要對影響減徑管質量的因素進行分析。影響減徑管質量的因素主要有荒管加熱溫度的影響、荒管質量的影響、軋制速度的影響及張力的影響。同樣，這些因素受每一環節變量的影響發生變化，可細分時段對各時段的因素進行調整。根據上一環節的間歇過程建模法進一步將軋輥程序劃分為2 3個時段。利用這一模型將迭代學習控制技術應用在減徑生產當中，提高生產質量。

在最后檢測環節依然不能放松，當前的γ射線測厚技術、同位素測厚技術、超聲波脈沖連續測厚技術等已應用于自動檢測當中，我們要引進、研制新的檢測技術，在提高產量的同時提高質量。

4 結語

我國工業化發展迅速，無縫鋼管作為工業發展支柱之一，品種、規格、產量都在持續增長。但在生產過程中，各個工序都可能出現損傷，造成了浪費。同時當前的檢測技術存在盲點、效率低下等問題，所以我們應在每一環節進行檢測，淘汰損壞的鋼坯，同時引進自動檢測設備，加快檢測效率。

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