連鑄圓管坯低倍組織主要由3個區組成:靠外表層的等軸細晶區、像樹枝狀的晶體組成的柱狀晶區、中心是粗大的的等軸晶區
連鑄圓坯的低倍組織缺陷對管坯的加工性能、力學性能和鋼管質量產生很大的影響。常見的低倍組織缺陷有:管坯皮下氣泡、疏松、縮孔、皮下裂紋、中心裂紋、組織偏析等。
管坯的皮下氣泡:存在連鑄坯表面的附近,形態為橢圓形。一般認為鋼水脫氧不足是管坯皮下氣泡產生的主要原因。一般需要對保護渣、鐵合金、鋼包、中間包進行烘烤、注流采用保護澆注。對于要求更高的鋼種,還要采用爐外精煉的方法對鋼水進行脫氣。存在皮下氣泡的連鑄圓管坯,在加熱爐加熱時氣泡內表面會被氧化,軋后無法焊合就會形成鋼管表面缺陷。
管坯皮下裂紋:存在于連鑄圓管坯的柱狀晶區和表面細晶區過渡附近。距離管坯表面3~10 mm。只要此裂紋不貫通到外表面,就不會被氧化,在軋制壓力的作用下會焊合。一般不會產生嚴重的表面質量。
中間裂紋和中心裂紋:存在于連鑄圓坯的柱狀晶區,一般來講中間裂紋的方向和柱狀晶的方向是一致的。有研究表明,連鑄管坯的中間裂紋和中心裂紋是造成無縫鋼管內折的主要原因。穿孔時,管坯在軋輥和導向工具所組成的橢圓孔型中受到反復拉壓應力的作用,其中間裂紋或中心裂紋得到擴張或氧化,產生鋼管內折。連鑄圓坯的中心裂紋或者中間裂紋擴張以后而形成的鋼管內折,一般較深,常常會造成鋼管廢品。
管坯的疏松與縮孔:存在于管坯中心部分的等軸晶區內。管坯疏松是因為鑄坯在凝固過程中超前的晶粒作用,液態金屬運動基于向凝固方向冷卻產生收縮受到阻礙,或者由管坯液態部分下沉的晶粒妨礙鑄坯的補縮形成。當疏松達到一定程度的時候,鑄坯就會出現縮孔。其分布狀態在管坯中不連續。分布密度比較均勻、彌散度較高的連鑄管坯中心疏松,對斜軋穿孔過程不但沒有危害,反而是有利的。北京科技大學朱景清教授通過實驗已經證明該點。并且,在頂頭鼻部前端有一個5 mm的金屬帶,此金屬將開裂的管坯中心與頂頭分開,從而避免了內折和裂紋的缺陷。
管坯的偏析:包括組織偏析、成分偏析和結晶區域偏析等。存在穿晶的連鑄管坯必須報廢,不允許投放軋管。
1 化學成分分析
可以采用儀器分析法和化學分析法。用于化學分析的試樣分熔煉試樣、錠鉆屑試樣、管材試樣。熔煉試樣一般采用儀器分析法、管材成品試樣采用化學分析法和一起分析法。
常用的化學分析儀器主要是:紅外碳硫儀、直讀光譜儀、X射線熒光光譜儀等。
2 尺寸及外形檢測
檢查內容主要包括:壁厚、外徑、長度、彎曲度、橢圓度、端口坡度及鈍邊角度和異形鋼管橫截面形狀等。
3 表面質量檢測
人工肉眼檢查和無損探傷檢查。無損檢測的方法有很多,如:超聲波探傷、渦流探傷、磁粉探傷、漏磁探傷、電磁超聲波探傷和滲透探傷等。每種方法各有優缺點。
適合檢測鋼管表面或者近表面:渦流探傷、磁粉探傷、漏磁探傷、滲透探傷。其中滲透探傷僅限于鋼管表面開口缺陷的檢查;磁粉探傷、漏磁探傷、渦流探傷僅僅限于鐵磁性材料檢查。渦流探傷對點狀缺陷比較敏感,其他探傷對裂紋敏感。而超聲波探傷對對鋼管表面檢測反應比較迅速,對鋼管內部定性分析尚存在一定的困難,并且超聲波檢查還受到鋼管的形狀和晶粒度的限制。
4 化學性能檢測
常溫或者一定溫度下的力學性能實驗(拉伸實驗、韌性實驗、硬度試驗),液壓試驗以及腐蝕試驗(晶間腐蝕試驗、抗氫開裂實驗-HIC、抗硫化物應力開裂實驗-SSCC)。
5 鋼管工藝性能試驗
包括壓扁實驗、環拉實驗、擴口和卷邊實驗、彎曲實驗。
6 金相分析
包括低倍和高倍檢查。
7 石油專用管螺紋參數檢測
包括接箍紋檢測、管體螺紋檢測以及管體與接箍擰緊后的檢測
地質鉆探及石油鉆控用無縫鋼管:為探明地下巖層結構、地下水、石油、天然氣及礦產資源情況,利用鉆機打井,石油、天然氣開采更離不開打井,地質鉆控用石油鉆探用無縫鋼管是鉆井的主要器材,主要包括巖芯外管、巖芯內管、套管、鉆桿等。由于鉆探用管要深入到幾千米地層深度工作,工作條件極為復雜,鉆桿承受拉、壓、彎曲、扭轉和不均衡沖擊載荷等應力作用,還要受到泥漿、巖石磨損,因此,要求管材必須具有足夠的強度、硬度、耐磨性和沖擊韌性,鋼管用鋼用“DZ”(地質的漢語拼音字頭)加數字一代表鋼屈服點表示,常用的鋼號有DZ45的45MnB、50Mn;DZ50的40Mn2、40Mn2Si;DZ55的40Mn2Mo、40MnVB;DZ60的40MnMoB、DZ65的27MnMoVB。鋼管都以熱處理狀態交貨。
石油裂化管:用于石油煉廠的爐管、熱交換器管和管道用無縫管。常用優質碳素鋼(10、20)、合金鋼(12CrMo、15CrMo)、耐熱鋼(12Cr2Mo、15Cr5Mo)、不銹鋼(1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti)制造。鋼管除得證化學成分和各種機械性能外,還要保證水壓、壓扁、擴口等試驗,及表面質量和無損檢驗。鋼管在熱處理狀態下交貨。
不銹鋼管:用各種不銹鋼熱軋,冷軋的不銹鋼管,廣泛應用于石油、化工設備管道和各種用途的不銹鋼結構零件,除應保證化學成分和機械性能,凡用作承受流體壓力的鋼管要保證水壓試驗合格。各種專用鋼管要按規定保證條件。
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(1)壓扁試驗
對外徑D>22~400mm的鋼管須做壓扁試驗,平板間距離h值按下式計算。
h=(1+α)S/(α+S/D)
式中 S ——— 鋼管壁厚,mm;
D ——— 鋼管外徑,mm;
α ——— 單位長度變形系數,優質碳鋼和合金鋼采用0.08;耐熱鋼采用0.07;不銹鋼采用0.09。
(2)擴口試驗
壁厚≤8mm和外徑≤159mm的優質碳鋼和不銹鋼管須做擴口試驗。
(3)水壓試驗
應逐根進行試驗,試驗壓力P(MPa)按下式計算,但壓力不超過20MPa
P=2×S×R/D
式中 S ——— 鋼管公稱壁厚,mm;
D ——— 鋼管公稱外徑,mm;
R ——— 允許應力,優質碳鋼和合金鋼為表2-7-4規定屈服點的80%;耐熱鋼和不銹鋼為規定屈服點的70%。
可用渦流檢驗或超聲波檢驗(等級C8)代替水壓試驗