我国冷拔无缝钢管内外探伤技术的基本知识

      在探伤技术领域，冷拔无缝钢管是指外径大于φ80mm的钢管。冷拔无缝钢管是石油、化工、热力、锅炉、机械液压等行业重要用材。随着国民经济的发展，我国在“十一五”期间，冷拔无缝钢管的需求量大幅度增加，并明显呈现出大口径化的发展趋势。特别是对于要求耐腐蚀、抗挤压的油井管和大口径高压锅炉管及高质量的石油裂化管、石油石化输送管线管等，将随着 对能源基础设施投入的加大而成为需求的热点。由此，保证产品出厂质量的无损检测提出了方法和技术上的新课题。
     水槽式超声检测是采用钢管螺旋前进式，超声探头固定不动。通过水槽和被检钢管的底部充分水耦合的特点，保证耦合层的厚度不变。但是因为超声主要检测内部缺陷对表面和次表面缺陷存在盲区，导致无法检测，再加上采用螺旋前进式，对于12m长的钢管需要占空间30m的场地等不足，一直影响钢管检测方法的选择和推广。
    因此，国内外对于冷拔无缝钢管的探伤，一般采用漏磁法或水压实验。在国内，尚没有性能良好的适合冷拔无缝钢管的漏磁探伤设备出品，一旦使用即需要进口。进口漏磁探伤设备价格昂贵，对于国内的大多数企业难以接受;而水压试验效率低、劳动强度大，特别是当操作者责任心不高时，水压检验形同虚设。可见，实现冷拔无缝钢管的探伤已经成为冶金钢管行业亟待解决的课题。
冷拔无缝钢管的特点是直径大，壁厚相对较厚，因此根据这一特点充分利用超声检测内部和涡流检测表面和次表面的特点相结合，可实现“无盲区”探伤。通过采用“钢管原地旋转，检测探头前进的组合方式”，不仅解决检测问题，还解决缩小占用场地的空间。
在自动探伤中，提离效应和稳定耦合层对探伤的影响往往成为棘手的问题。在自动探伤中，提离效应和稳定耦合层是引起漏检和误报的主要原因。不管是漏检或误报，都影响检测的可靠性。长期以来，在自动探伤的实际应用中，由于提离波动引起检测可靠性下降的问题或者由于水耦合层的厚度变化，一直是困扰着这种技术正常使用的“瓶颈”。
    通常，解决提离效应的办法主要有:探头的机械跟踪法、探头线圈的桥式接法、改变检测线圈LC回路的电容值和使用多频检测技术等。除机械跟踪法外，其他的几种解决办法，通过改进探头和仪器来得以实现，但机械跟踪只能改进探头架，来防止提离间隙的变化。在实际工业应用中，探头机械跟踪法是常用的克服提离效应影响的方法。常见的探头机械跟踪模式有两种:一种，是采用辊轮限位与汽缸或弹簧顶推相结合的方法，使检测探头与被检工件表面之间保持恒定距离。虽然这种方法对抑制提离效应能起到较好的作用，但同时会使振动噪声加大。另一种，采用探头机械跟踪的方式，是利用测距探头及时地测量出检测探头提离间隙的波动情况，并用测距号来控制和驱动步进电机等动力装置带动检测探头动作，以保证探头与被检工件之间的间隙恒定。这种方法适用于板材或坯材等平面扫查探伤，缺点是由于机械动作的反应速度比较慢，而且还比较复杂。
把探头装入一个探头小车中，并采用二级弹簧顶推的方法使检测探头与被检工件表面之间始终保持一定的距离。从实验结果来看，探头的随动性比较强，基本保证了探头与被检测钢管表面之间的距离恒定，探伤也取得了较好的效果。通常，解决水耦合层的办法主要有:固定水槽箱、稳定水喷装置。由于采用钢管旋转探头前进的方式，冷拔无缝钢管的长度一般在10m左右。因此必须考虑采用稳定水喷装置，如增加流量口的直径，降低流量口和钢管的高度，减少水花。目前常规的解决办法也只能这样，但解决的效果是在可以接受范围内

冷拔无缝钢管常见缺陷和形成原因

   在冶炼或热加工过程中，由于某些因素（例如非金属夹杂物、气体以及工艺选择或操作不当等）造成的影响，致使钢的内部或表面产生缺陷，从而严重地影响材料或产品的质量，有时还将导致材料或产品报废。
   冷拔无缝钢管中疏松、气泡、缩孔残余、非金属夹杂物、偏析、白点、裂纹以及各种不正常的断口缺陷等，均可以通过宏观检验来发现。宏观检验的方法分酸浸检验及断口检验两种方法。用酸浸法显示的常见宏观缺陷简介如下：
偏析
 形成原因
浇注凝固过程中，由于选择结晶和扩散作用引起某些元素的聚集，造成化学成分不均匀。根据分布的不同位置可分为锭型、中心和点状偏析等。
 宏观特征
在酸浸试样上，当偏析是易蚀物质或气体夹杂聚集时，呈颜色深暗、形状不规则，略行凹陷、底部平坦并有很多密集微孔斑点。如为抗蚀元素聚集，则呈颜色浅淡、形状不规则、比较光滑的微凸斑点。
疏松
 形成原因
钢在凝固过程中由于低熔点物质 凝固收缩和放出气体产生空隙，而在热加工过程中未能焊合。根据其分布情况，可分为中心和一般疏松两类。
 宏观特征
在横向热酸浸面上，孔隙呈不规则的多边形、底部尖窄的凹坑，这种凹坑通常多出现在偏析斑点之内。严重时，有连成海绵状的趋势。
夹杂
 形成原因
① 外来金属夹杂

在浇注过程中，金属条、块、片落入锭模中或冶炼末期加入的铁合金未熔化。
 宏观特征
在浸蚀片上，多呈边缘清晰、颜色与周围显著不同的几何形状。
 形成原因
② 外来非金属夹杂

在浇注过程中，没有来得及浮出的熔渣或剥落到钢液中的炉衬和浇注系统内壁的耐火材料。 宏观特征
较大的非金属夹杂物很好辨认，而较小的夹杂腐蚀后剥落，留下细小的呈圆形的小孔。

 形成原因
③ 翻皮底注钢锭浇注过程中的表面上半凝固的薄膜卷入钢液中去。
 宏观特征
在酸浸试样上，颜色与周围不同，形状不规则的弯曲狭长条带，周边常有氧化物夹杂和气孔存在。
缩孔 形成原因
钢锭或铸件浇注时，心部的液体由于 冷凝时体积收缩未能得到补充，在铸锭头部或铸件中形成宏观孔穴。
 宏观特征
在横向酸浸试样上缩孔位于中心部位，其周围常是偏析、夹杂或疏松密集的地方。有时在浸蚀前就可看到洞穴或缝隙，浸蚀后孔穴部分变暗，呈不规则折皱的孔洞。
 形成原因
钢锭浇注过程中所产生和放出的气体造成的缺陷。
 宏观特征
在横向试样上，呈与表面大致垂直的裂缝，附近略有氧化和脱碳现象。在表面以下的位置存在称为皮下气泡，较深的皮下气泡称为针孔。在锻轧过程中，这些未氧化也未焊合的气孔被延伸成细管状，横截面上呈孤立的小针孔。在横截面上类似于排列规律的点状偏析，但颜色较深者为内部蜂窝气泡。
白点
 形成原因
一般认为是氢和组织应力的作用，钢中的偏析和夹杂也有一定的影响，属于裂缝的一种。
 宏观特征
在横向热酸浸试样上，呈细短裂缝。在纵向断口上则是粗晶状的银亮白点。

裂缝冷拔无缝钢管形成原因
轴心晶间裂缝：当枝状组织较严重时，大尺寸钢坯沿枝状组织主、枝干间产生裂缝。
内裂：由于锻轧工艺不当而产生的开裂。
 宏观特征
在横截面上，轴心位置沿晶间开裂，呈蛛网状，严重时呈放射状开裂。
折叠
 形成原因
冷拔无缝钢管或钢锭的表面斑疤凹凸不平及 的棱角，在锻轧中叠附在冷拔无缝钢管上，或由于孔型设计或操作不当生成耳子，在继续轧制时叠合而成。
 宏观特征
冷拔无缝钢管在横向热酸浸试样上，与钢的表面呈斜交的裂缝，附近有较严重的脱碳，缝内常夹有氧化物鳞屑。

冷拔无缝钢管退火与正火的主要区别

退火与正火的主要区别： 

1、正火的冷却速度比退火稍快，过冷度较大

2、正火后所得到的组织比较细，强度和硬度比退火高一些。

退火与正火的选择 ： 

1、含碳量＜0.25％的低碳无缝钢管，通常采用正火代替退火。因

为较快的冷却速度可以防止低碳无缝钢管沿晶界析出游离三次渗碳

体，从而提高冲压件的冷变形性能；用正火可以提高钢的硬度，低

碳无缝钢管的切削加工性能；在没有其它热处理工序时，用正火可

以细化晶粒，提高低碳无缝钢管强度。 

２、含碳量在0.25～0.5％之间的中碳冷拔无缝钢管也可用正火代

替退火，虽然接近上限碳量的中碳钢冷拔无缝钢管正火后硬度偏

高，但尚能进行切削加工，而且正火成本低、生产率高。 

３、含碳量在0.5～0.75％之间的冷拔无缝钢管，因含碳量较高，

正火后的硬度显著高于退火的情况，难以进行切削加工，故一般采

用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。 

４、 冷拔无缝钢管含碳量＞ 0.75％的高碳或工具钢一般均采用球

化退火作为预备热处理，如有网状二次渗碳体存在，则应先进行正

火。退火是将冷拔无缝钢管加热到适当温度，保持一定时间，

然后缓慢冷却的热处理工艺。缓冷是退火的主要特点，退火冷拔无

缝钢管一般随炉冷却至550℃以下时出炉空冷。退火是应用非常广

泛的热处理，在工模具或机械零件等的制造过程中，经常作为预备

热处理安排在铸锻焊之后，切削（粗）加工之前，用以前一道

工序所带来的某些缺陷，并为随后的工序做好准备。 

退火目的①降低冷拔无缝钢管硬度，以利于切削加工；②各类

应力，防止冷拔无缝钢管变形；③细化粗大晶粒，改善内部组织为

终热处理做好准备。