非金属夹杂物对HFW焊管质量的影响

赵 坤，王 晰，常海峰

(1.宝鸡石油钢管有限责任公司石油专用管分公司，陕西 宝鸡 721008；2.宝鸡住金石油钢管有限公司，陕西 宝鸡721008)

非金属夹杂物对HFW焊管质量的影响

赵 坤1，王 晰2，常海峰2

(1.宝鸡石油钢管有限责任公司石油专用管分公司，陕西 宝鸡 721008；2.宝鸡住金石油钢管有限公司，陕西 宝鸡721008)

介绍了热轧卷板中的非金属夹杂物的来源、种类及验收标准，研究了非金属夹杂物对HFW焊管质量的影响。研究结果表明，热轧卷板中的非金属夹杂物是形成HFW焊缝钩状裂纹的主要原因；在对焊缝进行超声波检测时，焊缝附近的母材夹杂物是造成探伤降级的原因之一；焊缝熔合线附近的非金属夹杂物的数量和分布对焊缝的冲击韧性有着较大的影响，特别是位于夏比冲击试样缺口附近的非金属夹杂物，能够使焊缝冲击功明显降低。最后提出了热轧卷板非金属夹杂物的控制措施。

HFW焊管；非金属夹杂物；冲击韧性；钩状裂纹；超声波探伤

非金属夹杂物会使金属基体的连续性受到破坏，其在钢中的形态、含量和分布不同程度地影响了钢的性能。在HFW焊管生产中，夹杂物的形态、含量和分布是HFW焊管的主要缺陷之一。

1 非金属夹杂物的分类

钢中非金属夹杂物的种类很多，按其来源分为两大类：显微夹杂物(内生夹杂物)和宏观夹杂物(外来夹杂物)。显微夹杂物是在钢的冶炼或凝固过程中，由物理或化学反应所生成；宏观夹杂物是在钢的冶炼或浇注过程中，由于耐火材料的混入造成的，其特点是大而无固定形状。

根据目前最为常见的夹杂物的分类以及形态，GB/T 10561-2005标准中按照ISO标准评级图将夹杂物分为A，B，C，D四大类。A类夹杂物(硫化物，MnS等)具有较高的延展性，有较宽的范围形态比，为单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角；B类夹杂物(氧化物，Al2O3等)是由于用铝脱氧时所产生的细小的、难溶的、高硬度的脆性夹杂物；C类夹杂物(硅酸盐类，SiO2等)具有较高的延展性，有较宽的范围形态比，单个呈黑色或深灰色，一般端部呈锐角；D类夹杂物(球状氧化物，Ca氧化物等)不变形，带角或圆形，形态比小，为黑色或蓝色的无规则分布的颗粒，在日常检验中很少出现。

夹杂物属于不良缺欠，在钢中允许一定程度存在，热轧卷板中夹杂物常见的验收要求见表1。

表1 热轧卷板常见夹杂物验收要求 ％

2 非金属夹杂物对HFW焊管质量的影响

2.1 对焊缝超声波检验的影响

焊缝附近的非金属夹杂物会对焊缝的超声波检验产生影响。缺陷的直径(夹杂物最大反射尺寸)大于1/2超声波波长时，在超声波探伤中才能有反射波产生，在示波屏上形成缺陷反射波，图1所示为HFW钢管常见原料夹杂物的探伤示意图，缺陷回波在探伤仪显示器上超过报警极限100％高度时，即判为不合格。原料夹杂物缺陷回波波形如图2所示。

图1 原料夹杂物超声探伤示意图

图2 原料夹杂物缺陷回波波形

2.2 焊接时形成钩状裂纹

由于HFW焊接是利用高频电流将钢管边缘瞬间加热到熔化或半熔化状态，再施加挤压力完成焊接，因此金属的纤维组织会发生变形，形成HFW焊缝的金属流线。焊缝附近的夹杂物也会随着金属流线而发生变化，在焊缝附近形成钩状裂纹，如图3所示。这是HFW焊缝的主要缺陷之一，严重影响HFW焊接质量，也是HFW超声波检测不合格的主要原因。

图3 夹杂物产生的钩状裂纹

2.3 对焊缝冲击韧性的影响

HFW焊缝的冲击韧性是评价HFW焊管性能的重要指标，近年来随着生产工艺和技术的不断进步，HFW焊缝的冲击韧性也有了很大的提高，焊缝的夏比冲击韧性可以达到母材同等水平。

在生产中会遇到，焊缝热处理良好，UST检验合格，焊缝未发现焊接缺陷，但冲击试验突然出现低值。

例如 X70级φ406.4mm×10mm规格 HFW焊管，-20℃夏比冲击功为99J，23J和75J，对23J的冲击试样进行SEM分析,发现焊缝断面上存在微小的非金属夹杂物，位于夏比冲击缺口附近，造成焊缝韧性降低。

图4所示为焊缝中的非金属夹杂物及其能谱图。钢中夹杂物的增加会使其韧性降低。

图5显示了夹杂物和韧性值之间的关系。在夹杂物较少的区域，随着夹杂物含量的增加(+△V)，韧性降低值(-△E)大；在夹杂物较多的区域，随着夹杂物含量增加，韧性降低值反而小。

图4 焊缝中的非金属夹杂物及其能谱图

图5 夹杂物和韧性值之间的关系

3 控制非金属夹杂物的措施

可以通过以下几个措施来进行非金属夹杂物的控制：①加强转炉出钢口和挡渣机的日常维护,确保挡渣效果,使转炉出钢下渣量控制在一定范围内，避免钢水增磷严重，转炉出钢脱氧合金化过程中按要求进行钢包渣洗；②控制净吹氩时间，确保钢中夹杂充分上浮；③控制结晶器液面波动；④控制两炉钢之间开浇时间，确保保护浇注效果，保证中包钢水高液位、稳定操作；⑤条件允许时，钢卷轧制时最好去掉头坯和尾坯。

4 结 论

HFW焊管使用的热轧卷板中的夹杂物对其焊接质量影响很大，是形成HFW焊缝钩状裂纹的主要原因；在对焊缝进行超声波检测时，焊缝附近的母材夹杂物是造成探伤降级的原因之一；焊缝融合线附近的非金属夹杂物的数量和分布对焊缝的冲击值有着较大的影响，特别是位于夏比冲击试样缺口附近的非金属夹杂物，能够使焊缝冲击功明显降低。因此控制原料的夹杂物对保证HFW焊管的质量至关重要。

[1]肖国章,高霞,李六五.带钢质量对HFW焊管质量的影响[J].焊管，2010(04):56-58.

[2]GB/T 10561-2005，钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法[S].

[3]安振亮.唐钢板坯夹杂物研究[D].河北：河北联合大学，2011.

[4]陈学群.从用户角度谈谈对钢产品冶金质量的要求及夹杂物控制技术的研究---非金属夹杂物及杂质元素对钢材某些使用性能的影响[C]//2009全国炉外精炼生产技术交流研讨会文集.北京：中国金属学会，2009：37-58.

[5]聂向晖,王滢,刘小峰,等.HFW焊缝结构参数对其冲击性能的影响[J].热加工工艺,2012(15):16-19，23.

[6]张志刚,刘乐.钢板中夹杂物对高频电阻焊管质量影响浅析[J].无损检测.2006(06):53-54，59.

[7]毕洪运，陆明和.ERW直缝焊管焊缝形态与金相检验评价[J].宝钢技术.2006(03):26-29.

[8]仝珂,卫尊义,朱丽霞.夹杂物特征参数对拉伸载荷下X80管线钢中裂纹萌生及扩展影响的原位观测[J].钢铁，2012(05)：69-73.

[9]黄一新，尹雨群，李晶，等.X70管线钢中夹杂物控制试验研究[J].江苏冶金.2007(05)：29-31.

[10]常桂华，栗红，陈本文，等.管线钢冶炼过程夹杂物行为研究[J].冶金丛刊，2009(02)：9-11，25.

Influence of Nonmetallic Inclusion on HFW Pipe Quality

ZHAO Kun1,WANG Xi2,CHANG Haifeng2
(1.Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,OCTG Branch,Baoji 721008,Shaanxi,China;2.Baoji–SMI Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji 721008,Shaanxi,China)

In this article,it introduced the source,kind and acceptance criteria of nonmetallic inclusion in hot rolled coil(HRC),studied the influence of nonmetallic inclusion on HFW pipe quality.The results showed that the nonmetallic inclusion in HRC is the main reason caused groove crack of HFW weld;during ultrasonic testing for weld,the base metal inclusions adjacent to the weld is one of the causes of flaw detection degradation.;the quantity and distribution of nonmetallic inclusion adjacent to the weld fusion line is with great influence on impact toughness,especially the nonmetallic inclusion near to the Charpy impact test specimen notch can obviously reduce weld impact energy.Finally,it put forward control measures to HRC nonmetallic inclusion.

HFW pipe;nonmetallic inclusion;impact toughness;groove crack;ultrasonic flaw detection

TE973

B

1001-3938(2015)01-0063-03

赵 坤(1973—)，男，工学学士，高级工程师，现主要从事HFW和OCTG技术研究和管理工作。

2014-07-12

黄蔚莉