至德鋼業HFW不銹鋼焊管的工藝技術研究分析

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至德鋼業HFW不銹鋼焊管的工藝技術研究分析

至德鋼業HFW不銹鋼焊管的工藝技術研究分析

來源:310S大口徑耐高溫焊接管 ? 發布:2020-07-09 15:34:54 ? 類別:不銹鋼焊管

 HFW不銹鋼焊管的原材料為熱軋帶鋼,其化學成分、外觀及內在缺陷、力學性能、幾何尺寸、邊部質量等方面均會影響焊管質量和成材率,因此對其研究不容忽視。


一、化學成分對焊接質量的影響


 鋼的化學成分直接影響鋼的焊接性能,并因此影響到焊接質量的好壞。碳、硅、錳、磷、硫是碳素鋼中最重要的五種元素。


 碳: 碳含量對焊接性能的影響最大。碳含量越低,焊接性能越好,能提高鋼的韌性和抗HIC(氫致開裂)性能,因而焊接質量越好。隨著碳含量的增加,元素偏析和帶狀組織容易產生,它們的產生會使硬度升高,焊接性能降低。


 硅:硅降低鋼的焊接性能,在鋼中形成夾雜物,使鋼質不純,從而降低焊接質量。


 錳:錳使鋼的強度、硬度增加,焊接性能降低,容易造成脆裂。


 磷:磷是有害元素,對鋼的焊接性能不利,磷是造成藍脆的主要原因,磷含量控制在0.02%足以滿足一般的焊接要求。


 硫:含量高會使硫化物夾雜增加,引起HIC和SSC(硫化物應力開裂),是鋼中有害的元素,會使鋼的焊接性能遭到顯著破壞,焊縫的高溫龜裂,產生氣孔和疏松的現象,也是由于硫元素的原因。國外通常會把硫控制在0.003%以下,而國內通常把硫含量控制在0.01%以下。

 

 同時應根據使用條件及用途的不同,原料的化學成分也要求相應的變化。低碳、低硫、低磷的原材料對雖然焊縫質量有利,但對于石油套管,它的后序是車螺紋,做上卸扣試驗,適當把碳含量增加,控制在大于0.16%,可以使抗拉強度增加,而屈服強度的增加不太明顯,就會使屈強比降低,車絲粘刀、上卸扣時的粘扣現象就會減少;而對于管線管,適當把碳含量降低,有利于焊管沖擊韌性地提高,通??刂圃谛∮?.16%。如有特殊要求,如管線鋼為了被防止應力腐蝕破壞,應通過微合金化與控軋、控冷使晶粒細化的技術,限制帶狀組織,嚴格控制主要元素的所占比例。碳低于0.1%, 錳低于1.50%, 硫低于0.002%,磷低于0.02%。因此應在采購板卷原料時,根據鋼管的用途不同,對化學成分的要求進行相應地調整,才能保證焊管質量。


 焊縫中的氧化物通常是以復合夾雜物的形式存在,原料中錳硅含量對復合夾雜物的熔點影響最為重要,因此在實際生產中,我們在控制S、P含量的同時,也應加強對Mn/Si比例的控制要求。原因分析為當復合夾雜物熔點高于焊接部分的熔點,大概為1550℃左右時,其殘留于焊縫中,不易排出,造成缺陷。當錳硅比為3.5時熔點為1370℃,當錳硅比為8.35時,其熔點為1250℃,為使氧化物容易排出,高頻焊接時,低熔點物質更容易從鋼帶邊緣擠出。高頻加熱的時候,鋼帶邊緣的Fe氧化成FeO,熔融金屬中發生化學反應2Mn+2Si+3O2=2MnO+2SiO2。


 碳當量的計算結果未考慮冷卻速度不同,只是僅僅表達了化學成分對焊接性能的影響。當冷卻速度快時,產生淬硬組織,會使焊接性能變差。若兩種鋼材的碳當量相同,焊接性能不能完全被視為相同。含碳量較高的鋼材在焊接過程中易產生淬硬組織,焊接性較差,因此碳當量的計算結果只是相對的評價鋼材的焊接性能,不能作為準確的評定指標。


二、原材料外觀缺陷對焊接質量的影響


 原材料的外觀缺陷有波浪彎、月牙彎、壓痕、結疤、劃傷、頭尾不齊、塔形卷、表面氧化鐵皮等。


 波浪彎:由帶鋼軋制時沿寬度方向中心部和邊部變形不均造成,表現為帶鋼邊部沿縱向反復彎曲。在焊接時會導致搭焊,無法生產,因此此缺陷絕不允許出現。


 月牙彎:由帶鋼軋制時沿寬度方向兩側變形不均造成,表現為沿帶鋼長度方向在水平面上向一側彎曲。月牙彎嚴重時將造成焊接時板邊不能實現正常對接,造成錯邊、引弧、焊縫偏、夾雜物難以排出等現象從而降低焊縫質量。HFW帶鋼月牙彎應≤3mm/m。壓痕、結疤:由異物黏在軋輥上造成的;劃傷是帶鋼行進過程中被輥道上的異物劃傷造成,頭尾不齊是帶鋼未經切頭尾直接卷取造成。這些缺陷在實際生產中,一經出現,必須直接切除、后則會影響焊管外觀,降低生產的一次成材率。塔形卷:HFW帶鋼允許的塔形量應≤50mm。


三、原材料內在缺陷對焊接質量的影響


 原材料的內在缺陷有分層、非金屬夾雜、帶狀組織、氣泡等。這些缺陷切不可處于焊縫部位,它們會造成疲勞強度、沖擊韌性等關鍵指標的急劇下降,將嚴重影響焊管質量。


 夾雜物喜歡在焊縫熱影響區富集,從而在焊縫區產生脆性相,形成裂紋源引起開裂,因此不可過量。


 帶狀組織:是由高速熱軋和低速冷卻過程中,產生的鐵素體和珠光體組成。沿鋼材軋制方向形成的,以先共晶鐵素體為主的帶與以珠光體為主的帶彼此堆疊而成的組織形態存在。


 帶狀組織小于2級以下,不會出現裂紋;2.5級-3級,會產生裂紋,導致壓扁性能下降較快。


 氣泡:鋼中含有微量的氧、氫、氮等氣體。在沒有惰性氣體保護的高頻焊管過程中,焊縫區在高溫下與空氣和水汽接觸,因此焊縫區含有的氧、氫、氮等氣體含量要比母材的含量大幾倍。希望鋼中氮含量小于0.006%,氫含量小于0.0006%,氧含量小于0.01%,否則將使焊縫區變脆,降低焊管的工藝性能。


四、原材料的力學性能對不銹鋼焊管質量的影響


  屈服強度和抗拉強度高的帶鋼,將造成鋼帶成型困難,尤其是厚壁管,材料的回彈力較大,焊接時存在較大的變形應力,易產生焊接裂縫。當抗拉強度不足300Mpa時,帶鋼成形過程中由于材質軟,表面易起皺紋。當抗拉強度高于635Mpa時,伸長率不足10%時,在成形的過程中帶鋼易產生崩裂。因此原材料最好采用抗拉強度控制在300~635Mpa的熱軋帶鋼,以避免焊接質量缺陷。


  同時包辛格效應會引起HFW管體橫向屈服強度的降低。鋼材在加載產生預變形后,若同向加載,屈服強度增加,反向加載,屈服強度降低的現象被稱作包辛格效應。Rt0.5p(管體屈服強度)=0.7943x R t0.5s(帶鋼的屈服強度)+2522.46T/D。


五、幾何尺寸對焊管質量的影響


  帶鋼幾何尺寸對焊管質量的影響是由其寬度和厚度超差引起的,當寬度小于允許偏差時,擠壓力增加,造成焊縫處尖嘴、毛刺或搭焊等缺陷;當寬度大于允許偏差時,擠壓力減小,造成焊縫處焊接不牢固,出現裂縫或開口,寬度的波動偏差不僅影響鋼管的外徑精度,而且嚴重影響鋼管的外觀質量。對于壁厚均勻程度要求高的鋼管,帶鋼的厚度偏差會轉移為鋼管的壁厚差,使大批鋼管厚度超出允許偏差而判廢。同時帶鋼的壁厚不均,會造成焊接擠壓力和焊接溫度的不穩定,從而影響焊縫質量。


六、縱剪帶鋼質量對不銹鋼焊管質量的影響


  縱剪鋼帶由于由一卷寬帶卷同時剪成數條窄帶卷,由于相鄰兩卷剪切時邊緣受力形態不同,所以縱剪帶鋼的邊緣會出現上部圓角下部方角,下部圓角上部方角的兩種形態。當整個焊縫端面金屬比較飽滿,焊接強度較高時,則鋼帶邊部是金屬向上的流動方向。當焊縫下部金屬略微不足,擠壓力較小時,焊接不牢,甚至可見細微裂縫時,則鋼帶邊部是金屬向下流動方向。


  縱剪帶鋼斷面3種形式,它們是正梯形、倒梯形和平行四邊形。正梯形對成形最為有利,它能夠使原材料加工成管坯后,兩邊沿側面平行,可以減少因帶鋼邊沿翹曲而產生的錯邊現象;倒梯形對成型焊接不利,它對于原材料加工成管坯后,形成開口角比較大的V角,需要使擠壓量相應地加大。實際生產中,可以采用相反的拆卷方式將倒梯形變為正梯形;而平行四邊形不利焊縫夾雜和氣體的排出,它對于原材料加工成管坯后,兩邊沿翹曲方向相反容易產生錯邊。


  同時在縱剪帶鋼邊部易發生啃邊現象,即帶鋼邊部呈現鋸齒狀凹凸不平的現象,是由于圓盤剪刀刃有豁口或磨鈍造成。嚴重時會出現局部缺肉而產生裂紋、裂縫,影響焊縫質量。


  在實際生產中,應根據不銹鋼焊管的質量要求,合理選擇帶鋼的規格、鋼級及尺寸偏差,選擇的帶鋼應具備良好的焊接性能、外觀及內在質量。


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