熱軋無縫鋼管質(zhì)量檢測技術(shù)的現(xiàn)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(shù)質(zhì)量部，湖南 衡陽 4 2 1 0 0 1）

熱軋無縫鋼管質(zhì)量檢測技術(shù)的現(xiàn)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(shù)質(zhì)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(yè)血管之稱。工業(yè)的進一步發(fā)展離不開基礎材料質(zhì)量的提高，無縫鋼管的質(zhì)量就成為重中之重。當前對于無縫鋼管的質(zhì)量檢測還停留在成品管的檢查上面，這不僅浪費了生產(chǎn)工序及能源，部分缺陷還會最終影響生產(chǎn)的整體質(zhì)量。針對于此，本文分析了熱壓無縫鋼管質(zhì)量檢測技術(shù)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(zhì)量檢測技術(shù)；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(chǎn)方式，無縫鋼管是一種經(jīng)濟斷面鋼材，廣泛應用于工業(yè)、航天等領域。不同應用領域?qū)o縫鋼管具有不同的要求，很多情況下無縫鋼管的使用環(huán)境十分惡劣，如天然氣深井鉆探、具有腐蝕性介質(zhì)的石油、電站鍋爐、石油裂化裝備等。所以對于鋼管的質(zhì)量具有很高要求。

1 熱壓無縫鋼管制造工序及質(zhì)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(huán)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(jīng)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(guī)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(zhì)量要求

熱壓無縫鋼管質(zhì)量主要有幾何尺寸精度和外形標準、表面質(zhì)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(zhì)量主要與管坯積熱質(zhì)量、調(diào)整參數(shù)、工藝設計參數(shù)、設備運行情況、工具精度與硬度、變形供需、潤滑質(zhì)量、加工精度、變形量分配調(diào)整有關(guān)；表面質(zhì)量標準方面，主要包括十九種表面缺陷：裂紋、內(nèi)折、直道內(nèi)折、軋制折疊、毛刺、外折疊、青線、軋折、發(fā)紋、擦傷、矯凹、直道、凸面、麻面、離層、結(jié)疤、凹面、內(nèi)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(chǎn)生表面缺陷的主要原因是管坯表面缺陷或內(nèi)部缺陷，也可能是生產(chǎn)過程中壓制參數(shù)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(jié)構(gòu)、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(zhì)量檢測現(xiàn)狀

當前在熱壓無縫鋼管質(zhì)量檢測方面，主要為無損常規(guī)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(guī)檢測法是從物理方面采取方法對鋼管內(nèi)部和表面性能進行檢測，根據(jù)合格標準對鋼管質(zhì)量進行判斷。超聲波檢測法是在電磁感應原理上發(fā)展而來的，先在管材內(nèi)部發(fā)射一束超聲波，如果管材內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)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(yè)生產(chǎn)；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(qū)。而且點式探頭檢驗時間過長，穿過式探頭對深層內(nèi)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(shù)、激光超聲檢測技術(shù)、電磁超聲技術(shù)等新興技術(shù)。雖然以上技術(shù)都具有一定的效果，但并不能完全解決質(zhì)量問題，或適用于工業(yè)化的生產(chǎn)，為此我們需要建立一種具有高效率、在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)就能發(fā)現(xiàn)問題的技術(shù)。

3 改進措施

為了提高管材質(zhì)量，我們應在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)就對管材進行檢測和預估，避免資源的浪費，降低生產(chǎn)成本。根據(jù)上文中提到的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，我們可以在各環(huán)節(jié)進行檢測。首先在管坯加熱環(huán)節(jié)，加熱溫度、加熱速度、加熱時間是影響質(zhì)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(tài)軟件和數(shù)據(jù)庫發(fā)展下，工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)?；谶@一點，當前P C R建立的鋼溫模型廣泛應用于生產(chǎn)之中。但管坯加熱調(diào)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(jù)T L P C R方法通過計算各輸入通道的滯后時間進行調(diào)整。T L P C R是基于傳統(tǒng)P C R基礎上對數(shù)據(jù)進行控制的技術(shù)，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(tài)下盡可能多的數(shù)據(jù)信息，然后對變量數(shù)據(jù)進行標準化處理，建立新的矩陣，根據(jù)新矩陣建立正常運行狀態(tài)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(jù)管孔要求，每1 8 s加工一根管坯，結(jié)合系統(tǒng)預報溫度，改變實際溫度與偏差溫度煤氣用量差異，達到調(diào)節(jié)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(guān)因素的關(guān)系模型進行控制，檢測毛管質(zhì)量。首先要確定毛管質(zhì)量相關(guān)的模型作為輸入量，包括上下軋輥量、壓輥轉(zhuǎn)速、推鋼機位置等。通過對生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)的收集與分析，不同生產(chǎn)階段各自變量對毛管質(zhì)量的影響也各不相同，一部分變量在某一階段對生產(chǎn)質(zhì)量具有影響，另一部分變量對毛管質(zhì)量的影響貫穿于整個生產(chǎn)工序。在實際生產(chǎn)中，管坯穿孔可分為三個主要的時段：一次不穩(wěn)定穿孔時段、穩(wěn)定穿孔時段和二次不穩(wěn)定穿孔時段。一次不穩(wěn)定穿孔時段是在軋件和軋輥接觸到金屬充滿變形區(qū)；穩(wěn)定穿孔時段是金屬充滿變形區(qū)到管坯尾部遇到頂頭；二次不穩(wěn)定穿孔是管坯尾部接觸頂頭到離開壓輥為止。對毛管質(zhì)量進行評估，需要計算毛管質(zhì)量量化指標。毛管質(zhì)量主要受管型和內(nèi)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(zhì)量主要受到上下軋輥壓上量、上下軋輥轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，將采集數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫，建立毛管質(zhì)量模型，在生產(chǎn)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(zhì)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(jù)連軋生產(chǎn)過程，將生產(chǎn)步驟分解為咬鋼、穩(wěn)定壓制及拋鋼幾個部分，劃分為1 5個小時段，并根據(jù)子時段的變量均值建立模型，進行質(zhì)量控制。

生產(chǎn)過程中減徑管產(chǎn)品規(guī)格多種多樣，統(tǒng)一規(guī)格的產(chǎn)品調(diào)整會引起模型變化，要達到更精確的建立減徑管質(zhì)量預測模型的目的，先要對影響減徑管質(zhì)量的因素進行分析。影響減徑管質(zhì)量的因素主要有荒管加熱溫度的影響、荒管質(zhì)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(huán)節(jié)變量的影響發(fā)生變化，可細分時段對各時段的因素進行調(diào)整。根據(jù)上一環(huán)節(jié)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(shù)應用在減徑生產(chǎn)當中，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

在最后檢測環(huán)節(jié)依然不能放松，當前的γ射線測厚技術(shù)、同位素測厚技術(shù)、超聲波脈沖連續(xù)測厚技術(shù)等已應用于自動檢測當中，我們要引進、研制新的檢測技術(shù)，在提高產(chǎn)量的同時提高質(zhì)量。

4 結(jié)語

我國工業(yè)化發(fā)展迅速，無縫鋼管作為工業(yè)發(fā)展支柱之一，品種、規(guī)格、產(chǎn)量都在持續(xù)增長。但在生產(chǎn)過程中，各個工序都可能出現(xiàn)損傷，造成了浪費。同時當前的檢測技術(shù)存在盲點、效率低下等問題，所以我們應在每一環(huán)節(jié)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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