钢板质量对不锈钢焊管的影响

介绍不锈钢焊管用钢板各技术参数及其对钢管产品质量的影响，分析钢板技术参数的均匀性、稳定性要求。分析认为：大批量生产时钢板技术参数的离散度较大是影响不锈钢焊管生产的主要原因。加强对钢板轧制工艺的研究，减小钢板各项技术参数的离散度，对提高钢板和不锈钢焊管的质量具有重要意义。

从2000年建设西气东输一线开始，中国对大直径不锈钢焊管的需求增大，国内开始筹建不锈钢焊管生产线，也开始进行不锈钢焊管用钢板的研究，并建设宽厚板生产线。通过十几年的发展，管线钢种类、性能都接近国外先进水平。近年来，随着油气输送管线设计的壁厚增大，输送压力增高，施工周期缩短，要求钢管厂能够快速、高效、高质量完成钢管生产。作为钢管生产的主要原料，钢板的质量对钢管的生产效率和产品质量起决定性作用，钢板的化学成分、金相组织、机械性能、几何尺寸、表面质量等对钢管质量和生产效率都有较大影响，另外，在大批量生产时，钢板质量的均匀性、稳定性也对钢管生产有较大影响。而钢厂的研究大多集中在钢板的化学成分、金相组织、机械性能以及可焊性方面，但对技术指标稳定性方面研究相对较少，大批量生产的钢板各类参数的离散度较大。加强钢板质量的均匀性、稳定性研究，对提高钢板和钢管的质量具有重要意义。

1生产中发现的问题

1.1屈服强度

钢板的理化性能中，屈服强度对生产环节影响较大，主要体现在两方面。

（1）同一批生产的不同钢板之间的屈服强度偏差较大，钢板标准中屈服强度上下限差值在150-200MPa1），当两张屈服强度相差较大的钢板用相同设备、相同工艺生产时，JCO成型后钢管的椭圆度和“啜嘴”都会出现较大的偏差，并导致预焊后坡口尺寸变化，从而影响焊接质量和扩径后的椭圆度，钢管的屈服强度也会有较大偏差。

（2）同一张钢板各部位的屈服强度偏差较大，扩径后钢管的直度、椭圆度较差，严重时水压过程中钢管产生弯曲变形。生产过程中对X65Ф7111mmx12.7mm水压后直度31mm的钢管两端取样进行拉伸试验，发现两端屈服强度差值达到110MPa，远远超出钢板标准中屈服强度同板差不大于60MPa的要求。

1.2厚度

目前钢板标准中钢板厚度允许偏差-3%1-7%（t为钢板厚度，mm），最大不超过1.5mm。埋弧自动焊时加工x型带钝边坡口，铣边刀盘按钢板表面定位进行浮动，上（或下）坡口深度是定值，下（或上）坡口深度随厚度变化，当两张钢板厚度相差较大时，铣边后下（或上）坡口深度偏差较大，预焊后外（或内）坡口尺寸变化较大，影响埋弧焊焊接质量。另外，两根壁厚不同的钢管在按相同扩径率进行扩径后，钢管外径差值为壁厚差值的两倍，管径容易超出标准要求，并给钢管现场对接造成一定困难。图4所示为一批25.4mm厚度钢板的厚度偏差，其偏差范围为0.85mm.

1.3月牙弯

目前钢板标准中月牙弯允许不大于10mm/12000mm。当钢板有月牙弯时，为保证钢板的最小矩形尺寸符合标准要求，钢厂需要增加钢板宽度，导致制管时铣边切削量增加，有时超出铣边机工作能力，需要分两次铣削才能加工到需要的板宽，影响铣边刀片的使用寿命和生产效率。当钢板月牙弯较大时，铣到一定钢板宽度时有可能板边局部没有铣出坡口，需要局部切除或整张板降废。图5所示为一批711mmx12.7mm钢管原料钢板月牙弯，其大小为0-14mm随机出现。

1.4切斜

当钢板端部有切斜时，成型后钢管端部焊缝两侧有错位，影响水压密封效果，切斜较大时需要切除，切除所需时间随管径、壁厚增大而增大，在生产大直径厚壁管时，切除量越多，生产效率越低。钢管轴错如图6所示，钢管轴错是钢板端部存在切斜，制成钢管后管端错位造成的。

1.5不平度

目前钢板标准中不平度偏差允许小于10mm/2000mm，当钢板不平度较大时，铣边刀盘不能完全按钢板弯曲形状进行浮动，铣边后钢板坡口忽大忽小，影响埋弧焊焊接质量。钢板不平度如图7所示。当板头不平度较大时，有可能在铣边或预弯时造成设备损坏。

1.6锈蚀

钢板表面锈蚀分3种情况：一是表面小颗粒浮锈，比较容易清理，在焊前清理后不会对焊接质量造成影响；二是覆盖在钢板表面层片状氧化皮，在成型过程中脱落，堆积在钢管内，如果焊前清理不干净，会导致内焊缝产生气孔或夹渣缺陷；三是钢板表面局部较严重的麻坑，需要进行修磨，深度较大的可能切除或降废，麻坑数量多时对生产效率影响较大。钢板边缘除锈前后及钢板表面存在的麻坑如图8所示。

1.7划伤、压坑、结疤、裂纹

当钢管表面存在划伤、压坑、结疤、裂纹等缺陷时，局部存在较大的应力集中，影响钢管使用寿命，需要进行修磨处理，当缺陷较深时需要切除或降废，影响钢管生产效率。钢板表面存在的缺陷如图9所示。

1.8夹杂

钢管检验标准中规定焊缝全壁厚及焊缝两侧相邻1.6mm（1/16in）宽度的母材为焊接接头检验区域，按焊缝标准进行检验。在钢板边缘存在的夹杂物，焊接后出现在焊缝热影响区附近，x射线检测不到，但超声波探伤时超出焊缝标准要求，有可能造成钢管切除或降废。焊缝及热影响区如图10所示，在宏观上难以发现缺陷，放大50倍以后可以观察到缺陷位于热影响区内，放大500倍以后缺陷比较明显。

1.9油污

在生产610mmx25.4mm钢管过程中，检验出多根钢管出现气孔缺陷，经检查，发现预弯机西侧对中辊道上有黄油。黄油的来源是由于前期生产的钢板表面有油，上料时未清理干净，预弯前清扫带在清扫钢板表面时将油都扫到钢板边缘，钢板与对中辊接触时，黄油黏到对中辊上并积存，后续钢板接触到对中辊时黄油黏到坡口边缘导致内煤时产生气孔07。钢板上的油可能是钢板轧制过程中设备掉落或运输过程中装卸时设备掉落。钢板对中辊道油污如图11所示。

1.10磁导率

管线钢的磁导率通常很小，当生产过程中某种原因导致钢板的磁导率变化较大时，在制管过程中采用直流焊接时在电弧周围产生较大的磁场力，引起电弧磁偏吹。

在生产610mmx12.5mm钢管时，钢管内焊缝管端和管尾没有咬边，中间咬边多，中间焊缝窄而高。内焊焊点附近磁场强度超过45Gs。减小内焊一丝电流，降低焊速后咬边消除。在生产中610mmx25.4mm钢管时，钢板上没有剩磁，部分钢管预焊时无法正常起弧焊接，预焊后测量，能正常起弧焊接的钢管管端剩磁在10Gs以下，不能正常起弧焊接的管端剩磁在10Gs以上，有的甚至超过30Gs。

1.11炉批数量

钢管标准中，油气输送管按钢板炉批进行理化试验取样，钢板炉批越多，取样数量越多，钢管材料消耗越大，生产效率越低。

2技术指标的影响

钢板标准中有具体数值要求的指标，如厚度、宽度、月牙弯等，除个别参数外，大部分钢厂都能控制在标准规定的范围内，满足标准的要求，但散点图表明，数值的离散度较大，个别参数的极值接近标准规定的上下限，可能出现钢管生产时相邻两张板的差别较大，从而导致钢管某个参数出现较大的变化，影响到钢管的产品质量。钢板标准中没有具体数值要求的技术指标，如划伤、压坑、裂纹、夹杂等，生产过程中发现大部分钢厂生产的钢板都有这些缺陷存在，对钢管的质量产生较大的影响。

钢板标准中没有要求的技术指标，如磁导率、锈蚀等，偶尔发现个别厂家生产的钢板这些指标偏差较大，影响钢管的生产缺陷的存在会使钢管产生应力集中，钢板技术指标的离散度越大，生产出的钢管技术指标的离散度也越大，管线施工的难度增加，钢管在服役过程中应力分布不均匀程度也相应加大。加强钢板轧制工艺的研究，减小钢板各项技术指标的极差，控制各项技术参数的离散度，使钢板的质量趋于均匀、稳定，从而减小对钢管生产过程及产品质量的影响。

3对钢板的要求

为保证钢管生产过程及产品质量的稳定，建议钢厂减小钢板技术参数的公差范围：钢板屈服强度波动范围控制在50MPa以下，同板差控制在30MPa以下；钢板厚度偏差控制在0.4mm以下；月牙弯控制在3mm/12000mm以下；切斜全板宽控制在3mm以下；整板不平度控制在5mm/2000mm以下；钢板表面进行防锈蚀处理；钢板表面没有划伤、压坑、结疤、裂纹等缺陷；每炉钢板应不少于10张；板边50mm以内没有夹杂物；控制钢板的磁导率；钢板表面没有油污。

4结语

钢板机械性能、几何尺寸及表面质量的稳定性，对大批量生产钢管的质量稳定起重要作用，加强对钢板轧制工艺的研究，减小钢板各项技术参数的离散度，生产出组织均匀、性能稳定、外观良好、尺寸精确、板边无夹杂物的钢板，对提高我国轧钢水平，以及提升我国直缝埋弧焊钢管质量，具有重要意义。