何德孚,王晶瀅,2
(1.上海久立工貿(mào)發(fā)展有限公司,上海 200135;2.浙江德傳管業(yè)有限公司,浙江 湖州313105)
不銹鋼管的外觀/表面質(zhì)量和目測檢驗(上)
何德孚1,王晶瀅1,2
(1.上海久立工貿(mào)發(fā)展有限公司,上海 200135;2.浙江德傳管業(yè)有限公司,浙江 湖州313105)
為了促進不銹鋼焊管和無縫鋼管制造質(zhì)量的進一步提升,減少工貿(mào)爭議發(fā)生,從比較歐、美、日不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)條款的細節(jié)差異及發(fā)展入手,分析了鋼管制造方法對表面質(zhì)量的影響,特別是塑性變形不均勻或局部化,退火過程即再結(jié)晶對表面織構(gòu)及瑕疵的不良影響。討論了冷精整,即光拔或光軋、酸洗、目測及修整工序的重要性及掌控細節(jié)。提出了直道等可目測到表面瑕疵都應(yīng)該列為不銹鋼管的一致性修整要求,金相試驗不能用于不銹鋼管耐腐蝕性及表面質(zhì)量的評估,以彌補現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的不足。
不銹鋼管;制造方法;表面瑕疵;目測檢驗;表面粗糙度;表面織構(gòu);塑性變形局部化;再結(jié)晶
Abstract:In order to further promote the manufacturing quality of stainless steel welded pipe and seamless steel pipe,reduce the trade dispute,in this article,it compared the relative clauses detail differences and the development of stainless steel pipe standard of Europe,the United States and Japan,analyzed the influence of steel pipe manufacturing method on appearance quality,especially the harmful influence of uneven plastic deformation or localization,annealing process namely the recrystallization on surface texture and defects.It also discussed the importance of cold finishing,namely light drawing or light rolling,pickling,visual inspection,and the repair and maintain process,as well as the control details.Put forward that straight marks and other imperfections detected by VT should be listed as the consistent repair and maintain requirement,metallographic test cannot be used for evaluation of stainless steel pipe corrosion resistance and surface quality,in order to make up for the insufficient of existing standards.
Key words:stainless steel pipe;manufacturing method;surface imperfections;visual inspection;surface roughness;surface texture;plastic deformation localization;recrystallization
耐蝕性是不銹鋼管區(qū)別于其他鋼種的重要特性。保證其耐蝕性的3個基本要素分別為:①不銹鋼管的內(nèi)外表面質(zhì)量;②不銹鋼管的化學(xué)成分;③不銹鋼管的微觀組織。近十年筆者在從事不銹鋼管生產(chǎn)和工貿(mào)技術(shù)監(jiān)督工作中發(fā)現(xiàn),不銹鋼表面質(zhì)量在無縫和焊接不銹鋼管的生產(chǎn)過程很容易被忽視,因而經(jīng)常引發(fā)工貿(mào)爭議的多發(fā)問題。本研究將在文獻[1]基礎(chǔ)上從比較歐、美、日不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)條款的細節(jié)差異及發(fā)展入手,分析不銹鋼管表面狀態(tài)或外觀質(zhì)量的3個核心層次,指出它們與不銹鋼管的制造過程,特別是成型方法的相關(guān)性,強調(diào)精整和目測檢驗工序的重要性及必須注意的細節(jié)。以彌補文獻[1]的不足并與業(yè)內(nèi)人士共商,促進不銹鋼焊管和無縫管制造質(zhì)量的進一步提升。
為了便于討論,首先明確幾個重要的英文術(shù)語的中文譯法或其內(nèi)含。
精整(finish)是指只從工件表面除掉極薄材料層或不除掉材料,以降低表面粗糙度或強化其表面性能的一系列表面精或光整加工[2],對不銹鋼(管)來說是強化其表面耐腐蝕性的不可或缺的特定加工工序。細磨、研磨、拋光、光軋或光拔都應(yīng)屬于這類加工工序。歐美鋼管標(biāo)準(zhǔn)所稱hot finished(熱精整)、 cold finished(冷精整)及 mill finished(軋制精制)都應(yīng)該是指批量生產(chǎn)中最后一道減壁、減徑或減斷面率極?。?.5%)甚至更低(0.5%)的光軋或光拔。把finish簡單化地譯為“加工”會抽去其十分嚴(yán)重的精髓。根據(jù)實際狀況合理選擇批量生產(chǎn)中的精整方法對保障表面質(zhì)量具有決定性意義。
做工(workmanship)或精工細作(workmanlike finish)都是指手工操作或精工細作的技藝,意味著精整應(yīng)由訓(xùn)練有素的技工作精心操作。實際就是指鋼管表面質(zhì)量修磨。如果采用磨削方式,應(yīng)該用很細或由粗到細的砂輪(砂帶)緩慢地變換方向,交叉地磨光,以消除表面瑕疵,達到表面光整一致性目的,不能簡單的譯為工藝或加工。文獻[3]中把它譯為“工藝質(zhì)量”或許也是可取的一種處置,不過其實質(zhì)是除了批量生產(chǎn)中安排精整工序,還必須附加必要的手工修磨或修整。
歐洲每一項鋼管標(biāo)準(zhǔn)和美國石油管道標(biāo)準(zhǔn)中都會同時出現(xiàn)缺陷(defect)和瑕疵(imperfection)這兩個詞,其他美國標(biāo)準(zhǔn)則常用缺損或損傷(flaw)代替后者。到目前為止,在我國一些加工行業(yè)英漢詞典及材料標(biāo)準(zhǔn)中,兩者大都混為一談而不加區(qū)分。20多年前歐美可能也是如此,但目前都已有明確區(qū)分(見表1)。這是因為現(xiàn)代材料科學(xué)已確認(rèn)材料強度計算中的連續(xù)性假設(shè)實際上是不存在的,包括不銹鋼在內(nèi)的實際工程材料中總是包含許多不連續(xù)性(discontinuities)或不一致性(irregularities),而當(dāng)代NDT雖然已經(jīng)可以檢測到很細小的各類瑕疵,但其檢測范圍仍然是有限的。歐美在用詞上并未完全一致,但瑕疵是NDT的結(jié)果,而缺陷則是評估(evaluation)的結(jié)論,則已完全統(tǒng)一。需要注意以下幾點:①NDT和評估是彼此有聯(lián)系又有不同內(nèi)含的概念;②鋼管表面和內(nèi)部的NDT方法很多(見表2),但是ASME BPVC:2013中確認(rèn)的表面NDT方法卻只有幾種(見表3),其原因值得思考。對鋼管內(nèi)壁,PT很難實施,VT就成為唯一實用方法;③從尺度上講,瑕疵可能是微觀的(晶格尺度為納米級及晶粒尺度為微米級)或宏觀的(毫米級)。目前所有實用NDT方法實際仍只限于宏觀尺度。ENISO 5817:2014(鋼、鎳、鈦合金焊接接頭瑕疵分級)中焊縫內(nèi)部瑕疵列有裂紋和微裂縫[4]。后者的定義為放大50倍可分辨出的裂紋。同時指明該尺度的微裂紋尚不能用任何NDT方法檢測,只能通過專門設(shè)計的某些抗裂試驗方法,實質(zhì)是用特定擴展微裂方法作評估。文獻[5]也明確指明UT檢測不到晶粒尺度的不連續(xù)性。文獻[6]指明ET可檢測出最小表面裂紋尺度為(0.5 mm×5.08 mm)或(1.27 mm×2.54 mm)。 文獻[7]指出介觀(mesoscopic)尺度(0.1~10 μm)的內(nèi)應(yīng)力目前尚無法測定。由表3可見,晶間腐蝕裂紋不能用金相試驗評估。認(rèn)識上述瑕疵的NDT和缺陷的評估技術(shù)現(xiàn)狀很重要,否則就會造成許多莫名的爭議。有的實驗室把200倍金相試樣上照片所見的裂縫判定為晶間腐蝕裂紋即為一例。
表1 國外相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)中給出的缺陷或瑕疵術(shù)語定義[4]
表2 金屬材料實用NDT方法適用性能比較[8]①
表3 表面瑕疵的NDT(E)檢測方法①
織構(gòu)(texture)和表面織構(gòu)(surface texture)是描述不銹鋼類多晶體材料中晶粒方向、大小和形狀分布特征的重要概念或代名詞,其不僅決定了材料的強韌性等力學(xué)性能和耐蝕性能,也是產(chǎn)生各種內(nèi)部或表面瑕疵的要因;不同加工過程所產(chǎn)生的織構(gòu)是不相同的;鑄、軋、焊、熱處理都可能改變織構(gòu)而形成材料性能和瑕疵的不同特征。許多人總認(rèn)為無縫管的性能總是優(yōu)于焊管,實際上可能并非必定或必然如此,一個重要原因就是前者的表面織構(gòu)比后者更難以掌控或優(yōu)化。這對要求耐SCC、孔蝕、縫蝕或熱機械疲勞的不銹鋼和耐熱鋼管來說尤其重要[7,9-17]。筆者試圖以此切入闡明表面質(zhì)量的本質(zhì)和監(jiān)管,不當(dāng)之處誠請批評指正。
2004年以后歐盟統(tǒng)一頒布的EN 10216-5《壓力應(yīng)用無縫不銹鋼管》、EN 10297-7《機械結(jié)構(gòu)用無縫不銹鋼管》、EN 10217-7《壓力應(yīng)用焊接不銹鋼管》及EN 10296-2《機械結(jié)構(gòu)用焊接不銹鋼管》4個不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中,外觀質(zhì)量一節(jié)有幾乎完全相同的條款:
(1)鋼管內(nèi)外表面不得存在可目測到的缺陷。
(2)鋼管內(nèi)外表面必須采用規(guī)定的制造方法精整,包括經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚?。通常這種精整所有表面瑕疵均已作了一致性的表面修整。
(3)只能采用磨或刮削方法進行表面瑕疵修整,修整后修整部位壁厚不得小于最小規(guī)定值,所有修整部位應(yīng)光順地過渡到鋼管的輪廓。
(4)侵害到所規(guī)定最小壁厚的表面瑕疵必須判為缺陷,包含此類缺陷的鋼管必須判定為不符合標(biāo)準(zhǔn)。
(5)僅在購方同意時才能允許對焊縫進行修補,修補應(yīng)在熱處理前進行并經(jīng)NDT。修補焊縫可添加或不添加填充焊絲,但添加焊絲僅適用于OD≥168.3 mm的焊管。修補長度不得超過焊縫總長度的20%,并必須按所編制的焊接工藝評定規(guī)范進行操作。此條款僅為焊管標(biāo)準(zhǔn)所列。
值得指出的是,筆者注意到:①上述第(4)或第(5)條幾乎是歐盟所有其他鋼管標(biāo)準(zhǔn),其中包括EN 10216-1《室溫壓力應(yīng)用無縫非合金鋼管》、EN 10216-2《高溫壓力應(yīng)用無縫非合金及合金鋼管》、EN 10216-3《壓力應(yīng)用細晶粒無縫合金鋼管》、EN 10216-4《低溫壓力應(yīng)用非合金及合金無縫鋼管》,EN 10217-1《室溫壓力應(yīng)用焊接非合金鋼管》、EN 10217-2《高溫壓力應(yīng)用焊接非合金及合金鋼管》、EN 10217-3《壓力應(yīng)用焊接細晶粒合金鋼管》、EN 10217-4《低溫壓力應(yīng)用非合金電阻焊管》、EN 10217-5《高溫壓力應(yīng)用SAW非合金及合金焊管》、EN 10217-6《低溫壓力應(yīng)用SAW非合金鋼管》,EN 10296-1《機械結(jié)構(gòu)用非合金及合金鋼焊管》,EN 10297-1《機械結(jié)構(gòu)用非合金及合金鋼無縫管》,EN 10305-1《精密應(yīng)力無縫冷拔鋼管》、EN 10305-2《精密應(yīng)力冷拔焊接鋼管》、EN 10305-3《精密應(yīng)力冷定徑焊接鋼管》、EN 10305-4《氣和液壓系統(tǒng)用無縫冷拔鋼管》、EN 10305-5《冷精整方或矩形焊接鋼管》、EN 10305-6《氣和液壓系統(tǒng)用冷拔焊接鋼管》所有壓力應(yīng)用、結(jié)構(gòu)或機械應(yīng)用、精密應(yīng)用的無縫或焊管標(biāo)準(zhǔn)所共有的[4];②唯一的區(qū)別是幾乎所有所列的非合金鋼管或非不銹鋼的其他合金鋼管標(biāo)準(zhǔn)中(除EN 10305-1~6、EN 10216-1、和EN 10217-1外)大都還附加“有深度大于5%t或3 mm(兩者較小值)的不連續(xù)性必須作修整,但深度≤0.3 mm的瑕疵則不必作修整”的文字,而在所有不銹鋼管(及精密應(yīng)用鋼管)標(biāo)準(zhǔn)中,是沒有這些文字的。顯然這是從保障不銹鋼的耐局部腐蝕性出發(fā)制定的十分必要的合理要求。除不銹鋼管以外,其他所有非合金鋼管均不具備抗腐蝕和局部腐蝕性,因而也就可允許表面存在0.3 mm甚至更深的不連續(xù)性存在,可見這是一條十分重要的原則區(qū)別;③EN 10312: 2003, 即薄壁(t=0.6~3 mm)水輸送用不銹鋼焊管標(biāo)準(zhǔn)的外觀質(zhì)量一節(jié)中只包含上述第(1)、第(4)和第(5)條款,另有“焊接條件應(yīng)嚴(yán)加控制以使焊縫熱色差最小而保證耐蝕性不致降低”的敘述。說明該標(biāo)準(zhǔn)所指薄壁不銹鋼焊管只要嚴(yán)格控制焊接參數(shù)就可以保證耐蝕性所要求的表面質(zhì)量基本要求而無需另作精整;④焊接鋼管只要經(jīng)過冷拔或冷定徑/精整(cold size)都可以達到精密應(yīng)用要求,其中包括方形及矩形焊管。
文獻[1]中已指出ASTM A376/A376M是美國不銹鋼管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對外觀質(zhì)量及精整要求條款中最為詳盡的。其核心內(nèi)容完全跟上述歐標(biāo)中的前4條條款相近,其他眾多不銹鋼管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中對此規(guī)定卻有不少差異:
(1)大多數(shù)非管道用不銹鋼管(tube)標(biāo)準(zhǔn),其中包括 ASTM A213/A213M、A249/A249M、A268/A268M、A269、A632、A289/A789M 等都只在“表面狀態(tài)”一節(jié)簡單指出必須作酸洗除氧化皮。
(2)大多數(shù)管道用不銹鋼管(pipe)標(biāo)準(zhǔn),其中包括ASTM A312/A312M、A358/A358M、A409/A409M、A813/A814M、A814/A814M、A790/A790M及A928/A928M都在“工藝質(zhì)量、精整和外觀(workmanship、finish and appearance)”一 節(jié) 中 用“精工細作的精整(workmanlike finish)”這個隱含豐富內(nèi)含的詞概括了上述歐標(biāo)中第(1)~(3)條要求,并注明磨除表面瑕疵后,壁厚應(yīng)在允許范圍內(nèi)。根據(jù)瑕疵這個術(shù)語在ASTM A941中明確定義,可以認(rèn)為其實質(zhì)完全與ASTM A376/A376M中的詳述要求完全相同。
(3)ASTM A688/A688M和A303M二項超臨界熱電站及核電站用送水加熱器所用不銹鋼薄壁管標(biāo)準(zhǔn)同時列有上述“表面狀態(tài)”及“做工質(zhì)量、精整和外觀”,并特別指明:鋼管必須經(jīng)硝酸和氫氟酸混合液清洗后經(jīng)流水沖洗、烘干或經(jīng)光亮退火,不僅規(guī)定在制成送水加熱器、即承受彎管和擴管加工后不能有裂縫和其他可檢測到不連續(xù)性或瑕疵(flaws)(此前必須對所有表面瑕疵作精整,否則彎管或擴管時會出現(xiàn)裂縫及其他擴大的瑕疵),而且還得測定內(nèi)外表面的氯化物含量不超過10.7 mg/m2。說明這類將在高溫高壓水蒸汽、高負荷(水流量高達1 000 t/h)工作的熱交換器用不銹鋼薄壁管(t=0.7~0.9 mm)因耐蝕性要求特高而對表面質(zhì)量精整要求十分苛刻。美國善于生產(chǎn)此類不銹鋼焊管的工廠還指出,此類焊管不宜對焊縫作機械修磨,以免產(chǎn)生不合格的壁厚畸變,對焊管做整體精拔或?qū)缚p作精軋是唯一正確精整途徑[18]。
(4)由于美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)把鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于25%~35%的不銹鋼列為鎳合金,這部分高鎳不銹鋼管被列在ASTM B316等標(biāo)準(zhǔn)中,其中也往往單列有“工藝質(zhì)量、精整及外觀質(zhì)量”一節(jié),說明這些高鎳小直徑薄壁不銹鋼管也要特別注重表面精整。
(5)醫(yī)衛(wèi)、食品、半導(dǎo)體及生化工業(yè)應(yīng)用的超凈不銹鋼管,ASTM A270中規(guī)定其表面應(yīng)作軋制精整、或80~240目磨料磨光,或電解拋光,后者并可約定按ASME B46.1標(biāo)準(zhǔn)作表面粗糙度Ra測定,但必須同時約定測定方向。
(6)只有 ASTM A511、A778及 A554三項不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中明文規(guī)定有:壓痕、直道(straightening marks)、模痕、輥痕、細小麻點及氧化皮不認(rèn)為是缺陷(defects),或尺寸不大于10%t或0.05 mm的瑕疵若購方同意可以允許不作修磨。這是美國標(biāo)準(zhǔn)中對不銹鋼管表面質(zhì)量的最低要求,但前提是購方認(rèn)同。還要注意這些標(biāo)準(zhǔn)都未列入ASME BPVC作為鍋爐壓力容器選材標(biāo)準(zhǔn),即無對應(yīng)的ASME SA鋼管標(biāo)準(zhǔn)。
(7) ASTMA999/A999M 及 A1016/A1016M 兩項不銹鋼管(pipe和tube)通用材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中包含政府采購一節(jié)中規(guī)定:“每支鋼管必須具有均勻的質(zhì)量及狀態(tài)即最佳表面值的精整。像劃痕、直道、輕微磨痕或壓痕、淺孔蝕及氧化皮花紋之類表面瑕疵只要磨除以后壁厚大于其允許公差0.1 mm就認(rèn)為是可接受的,但瑕疵磨除后必須見底,且修磨處外形輪廓圓整和光順?!边@一段實質(zhì)上與歐標(biāo)中規(guī)定完全相同的文字早在這二個標(biāo)準(zhǔn)派生前(1996和2002年)就可以從它們的母本ASTM A450/A450M及A530/A530M中找到。說明歐洲標(biāo)準(zhǔn)只是把美國的政府采購要求推廣到所有不銹鋼鋼管表面質(zhì)量要求而已。而美標(biāo)的高質(zhì)量表面要求則必須全面而系統(tǒng)地理解美標(biāo)才能讀懂。
美國不銹鋼產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中對表面質(zhì)量有不同的表述,其原因可能是:①ASTM A213、A268、A269等標(biāo)準(zhǔn)的歷史已超過60~70年,從專業(yè)文獻[2,19]及ASME B46.1可查到冷軋、冷拔均能達到3.2~0.8 μm表面粗糙度質(zhì)量,實際是早已掌握批量生產(chǎn)精軋或精拔的合理操作流程,各種冷熱加工金屬表面可達粗糙度大致范圍如圖1所示;②所有稱為pipe的不銹鋼管生產(chǎn)歷史要稍晚一些,其外徑較大,而壁厚較小,需采用熱軋、熱擠壓生產(chǎn)方式,或冷軋、冷拔時潤滑困難,加上吊運難度增加等原因,使人們一開始就認(rèn)識到特別注意質(zhì)量修飾性精整,即手工修磨常常是不可避免的;③除氧化皮(酸洗或鈍化)、精整或表面瑕疵修整、表面粗糙度或潔凈度3項表面質(zhì)量層次或等級都是與加工成本想聯(lián)系的。美國大多數(shù)不銹鋼管都包含有前兩個要求,最后一個是更苛刻的,只在少數(shù)特別產(chǎn)品中有。另外機械結(jié)構(gòu)等應(yīng)用的不銹鋼管保留著比較低的表面瑕疵修整要求,都是權(quán)衡耐蝕性或使用壽命與價格的成本;④對表面瑕疵或質(zhì)量的認(rèn)識有一個發(fā)展和深化的過程,甚至迄今亦尚不完整,更未完全統(tǒng)一,但現(xiàn)今歐標(biāo)中敘述代表的總體方向是應(yīng)該肯定的。
圖1 各種冷熱加工金屬表面可達粗糙度大致范圍
中文譯本JISG 3459等大多數(shù)日本20世紀(jì)老標(biāo)準(zhǔn)及 2004年前新修訂的 JISG 3446、3448、3459、3468等不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中對外觀質(zhì)量都只有:①“應(yīng)筆直、兩端垂直于管軸線”;②“內(nèi)外表面精整良好,無有害于使用的缺陷”;③有的加上“特殊要求可雙方約定”的簡約文字。2010年前后頒布的日標(biāo)修訂版已基本采納了上述歐標(biāo)的規(guī)定。此外老的JISG 3447中曾明確規(guī)定:①表面要用400目磨料細磨;②食品工業(yè)用鋼管內(nèi)壁Ra<1.0 μm,外表面Ra≤2.5 μm,焊縫外表面Ry<16 μm。 但是JISG 3447—2015已取消了對Ra值的要求。
嚴(yán)格來講,上述歐標(biāo)頒布后,德國舊版DIN 17455、 DIN 17456、 DIN 17457、 DIN 17458 四項不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)都已被替代。只因歷史原因,國內(nèi)外不銹鋼管流通中有時還會遇到按這些標(biāo)準(zhǔn)訂貨的案例。這些20世紀(jì)的版本中對表面質(zhì)量的要求都比較簡單,也比較低。如DIN 17457-85在5.8中曾規(guī)定:“除拋光類成品外,允許表面存在由生產(chǎn)方法決定的輕微不規(guī)則性,如凸起、凹陷或劃痕,但最小壁厚必須滿足要求”。
法國RCC-M壓水堆核電站核島設(shè)備建造規(guī)則中多項不銹鋼采購標(biāo)準(zhǔn)對表面質(zhì)量都有明確的表面粗糙度要求。這顯然是為了確保其安全可靠性而附加的苛刻要求(見表3)。其要害是對表面精整的嚴(yán)格要求。
也許正是受上述日本、德國舊版標(biāo)準(zhǔn)的影響,我國不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)至今對表面質(zhì)量要求仍遠低于新的歐標(biāo)。例如:
(1)GB 13296—2013仍在6.10中規(guī)定,在鋼管內(nèi)外表面上,直道允許深度應(yīng)符合如下規(guī)定:①冷拔(軋)鋼管不大于4%t,且最大深度為0.2 mm;②熱軋(擠壓、擴)鋼管不大于5%t,且最大深度為0.4 mm。
不超過壁厚負偏差的其他局部缺陷允許存在,其要害是0.2 mm或0.4 mm深的直道或其他壓抗、麻點等這些由冷、熱拔或軋制生產(chǎn)方法產(chǎn)生輕微凹陷或劃痕,無須作精整修磨的非不銹鋼管低標(biāo)準(zhǔn)要求。
(2)GB/T14976—2012允許的直道深度為0.05~0.3 mm(冷拔、軋)或 0.5~0.8 mm (熱軋、 擴管)。
(3) GB/T 12771—2008、 GB/T 24593—2009都允許“深度不超過壁厚負偏差的輕微劃傷、壓抗、麻點”存在。
(4)最近頒布的兩項核電站用不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)GB 24512-3—2014和GB 30813—2014分別與表1所列M-3318和M-3314相對應(yīng),其中的表面粗糙度要求數(shù)值也看似相近。但是在要求Ra<6.3 μm或12.5 μm的GB 24512-3中卻同時規(guī)定表面直道允許深度:①“冷拔(軋)及機械加工管交貨,<4%t或0.2 mm”;②“熱軋(擠、頂、鍛、 擴)管<5%t或 0.4 mm”,以及“深度<5%t或 t=6.00 mm時<0.3 mm的局部缺陷允許存在”。法國核島用不銹鋼管采購標(biāo)準(zhǔn)對表面質(zhì)量要求見表4。目前國內(nèi)核電用管也執(zhí)行表4標(biāo)準(zhǔn)。由表4可見,表面質(zhì)量可能是國內(nèi)核電用不銹鋼管制造質(zhì)量尚不能滿足采購要求的主要障礙。
表4 法國核島用不銹鋼管采購標(biāo)準(zhǔn)對表面質(zhì)量的要求①
(5) YB/T 4205—2009和 YB/T 4223—2012是我國頒布的給水加熱器用無縫不銹鋼管、焊管行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。前者雖規(guī)定 “不允許有裂紋、直道、折疊、分層、軋折、機械劃痕、氧化皮及結(jié)疤”及“清除厚壁不超過負偏差”,卻又有 “不超過鋼管壁厚負偏差的輕微劃傷、壓抗、麻點允許存在”。這些明確指出允許存在“其他缺陷”、“輕微劃傷”、與“機械劃痕”、“直道”,如何劃分或定義仍然是含糊不清或難以界定。
從以上可以看出,我國不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)對表面質(zhì)量要求大都仍停留20世紀(jì)德國等老標(biāo)準(zhǔn)的框架內(nèi),這或許是我國不銹鋼管制造業(yè)高端化進程中應(yīng)必須突破的瓶頸。
目測檢驗(VT)其實是一種經(jīng)濟而有效的表面質(zhì)量無損檢測方法。但或許是長期以來受國外標(biāo)準(zhǔn)的影響或誤導(dǎo),其中包括據(jù)ISO 9712:1999移植的GB 9445—2005及更早的GB 5616—1985中所稱NDT方法都只有ET、PT、MT、RT和UT五種方法,致使NDT從業(yè)人員或質(zhì)檢機構(gòu)忽視、甚至遺忘了VT。不銹鋼管制造和流通中往往盲目崇尚RT、ET或UT,亦與此有關(guān),以致時至今日表面或外觀質(zhì)量仍是流通中最為多見的爭議焦點。近幾年情況稍有好轉(zhuǎn),許多不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)都已把VT列為檢驗內(nèi)容。但也出現(xiàn)一些不規(guī)范,甚至濫用VT的現(xiàn)象。例如有質(zhì)檢人員僅用手電筒向不銹鋼管內(nèi)壁一照就能判定小直徑不銹鋼管內(nèi)表質(zhì)量不合格而要求退貨,說明對VT的認(rèn)識很膚淺且十分不嚴(yán)肅。實際上ASME BPVC NDE篇明確指出(見表3),只有具有特定資質(zhì)的人員才能在恰當(dāng)條件下進行有效的VT,特別是無縫鋼管壓力加工制品的表面可能存在的裂紋、折疊和縫之類瑕疵。1980年美國機械工程師學(xué)會 (ASME)為強化核電部件VT檢驗,曾制訂了120 h的VT培訓(xùn)計劃[5],可見培訓(xùn)對VT同樣十分重要而不可缺少。
以DIN 13508、BS 12108為范本制定的EN 13508、EN 13018,以及美國NDT學(xué)會編寫的NDT手冊 V.9(VT分冊)[21]和 NDE手冊第 3章(VT)[5]均指明檢驗員直接VT是最經(jīng)濟、快速、靈敏、靈活、適用性廣、培訓(xùn)要求低、設(shè)備要求不高的表面瑕疵或缺陷,其中包括表面裂紋、壓抗、折疊、模痕、直道等有效NDT方法。因此歐標(biāo)的每一項鋼管標(biāo)準(zhǔn)以及EN 13480-5管道檢驗標(biāo)準(zhǔn),以及ASME BPVC(表3)都把VT列為表面質(zhì)量必須的檢驗方法。
VT的缺點:①要求光線到達檢測部位表面以使目測者可用肉眼看清并理解或解釋所涉表面異?,F(xiàn)象;②待檢表面的形狀、尺寸、表面不平整或粗糙度及其形貌復(fù)雜性、瑕疵的方向性等可能干擾VT的正確判別。例如小直徑鋼管的內(nèi)壁就很難直接用肉眼VT。為此必須采用內(nèi)窺鏡、遙控攝像、計算機視覺等間接VT方法。但要達到滿意的VT靈敏度及分辨率等要求,成本和培訓(xùn)要求也相應(yīng)提高。這種間接VT實際上已成為并不亞于RT、UT的高科技NDT方法。
(1)視距和視角。EN 13018及文獻[21]均指明VT的視距應(yīng)在600 mm之內(nèi),視角則應(yīng)≥30°(如圖2所示)。這不僅是直接VT必須遵守的規(guī)矩,也是獲得足夠清晰圖像,以達到判別靈敏度或分辨率的各種間接VT基本規(guī)矩。
圖2 目測檢驗的視距和視角范圍[21]
(2)足夠和適度的光照。一般地講整體和局部VT光照應(yīng)達到160LX或500LX。同時還要注意:①最佳視點的光照方向,即有時需根據(jù)瑕疵方向改變光照方向才能發(fā)現(xiàn)瑕疵的存在;②防止過強的光照可能引起的閃耀,影響VT的真實性;③光源的波長要合適,不恰當(dāng)?shù)纳钜部赡茉斐烧`判;④要考慮表面反射可能產(chǎn)生的光疊加現(xiàn)象。
(3)10倍放大鏡是必備的輔助工具,以發(fā)現(xiàn)表面很細小的裂紋等缺陷或瑕疵(10 μm的發(fā)紋在10倍放大鏡下為0.1 mm,這可能是目測檢測大致能發(fā)現(xiàn)的細微裂紋極限寬度)。
VT本質(zhì)是根據(jù)表面瑕疵的圖像判別其大小和性態(tài)。直接VT是待測表面瑕疵用眼球內(nèi)圖像做判別。顯然視距增大,圖像越小,清晰度或分辨率就越低。而視角則受眼球內(nèi)成像膜尺度的限制,圖3所示為視角變化邊界受眼球視網(wǎng)膜中成像范圍的限制。由圖3可見,只有在垂直于表面±20°視角范圍內(nèi)圖像才能成像,否則不僅圖像看不到,而且尺寸也會有畸變(如圖4所示)。因此VT或攝像都必須是正面垂直方向才是最真實的,斜視或側(cè)視攝像總是難以判別真實相貌的。在管端表面,距離管端越遠,視角越小,加上光線在內(nèi)壁多次反射引起的疊加及閃動,根本不可能看到內(nèi)壁的真實情況,反而可能被光的多次反射現(xiàn)象及手電筒的抖動所造成光源的閃動引起的一些假象所誤導(dǎo),因此這樣的VT完全是徒勞而無效的。
圖3 視角變化邊界受眼球視網(wǎng)膜中成像范圍的限制[21]
圖4 視角影響對物體尺寸的判斷[21]
最終VT試樣最好在酸洗前完成修磨,但在無縫鋼管制造中的每一段形變過程后都要及時進行,以防裂縫等瑕疵隨后的擴展。
(未完待續(xù))
致謝:中廣核公司采購質(zhì)保處陳慶工程師參與了本文某些問題的討論,并提供了lRCCM—2007相關(guān)資料,特此致謝!
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編輯:李紅麗
2016年焊管學(xué)術(shù)委員會七屆一次會議成功召開
【本刊訊】中國金屬學(xué)會軋鋼分會焊管學(xué)術(shù)委員會七屆一次會議于2016年11月29~12月1日在浙江省湖州市成功召開。本次會議由中國金屬學(xué)會軋鋼分會焊管學(xué)術(shù)委員會協(xié)同《焊管》期刊社聯(lián)合舉辦,渤海石油裝備制造有限公司承辦,會議得到浙江金洲管道工業(yè)有限公司的大力協(xié)助。中國金屬學(xué)會軋鋼分會秘書長陳其安、焊管學(xué)術(shù)委員會原主任、國內(nèi)知名焊管專家王曉香應(yīng)邀出席,近80位來自焊管學(xué)術(shù)委員會的委員(代表)及國內(nèi)焊管行業(yè)的專家參加了此次會議。
為了準(zhǔn)確把握焊接鋼管行業(yè)的生產(chǎn)及市場現(xiàn)狀,加快國內(nèi)焊管產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,加強國內(nèi)焊管企業(yè)之間的技術(shù)交流與合作,中國金屬學(xué)會軋鋼分會焊接鋼管學(xué)術(shù)委員會召開了此次會議。本次會議共征集并優(yōu)選論文28篇,內(nèi)容涉及焊管行業(yè)發(fā)展綜述、管線鋼研究開發(fā)、焊接鋼管新產(chǎn)品研發(fā)和制造工藝研究、焊接鋼管檢驗及測量技術(shù)、焊管生產(chǎn)線信息化建設(shè)等方面,反映了一年來我國焊管技術(shù)的巨大進步。會議安排14篇論文的作者進行了大會交流。
會上,首先由中國金屬學(xué)會軋鋼分會秘書長陳其安致辭;接著,第七屆焊管學(xué)術(shù)委員會主任王旭代表焊管學(xué)術(shù)委員會做了《2016年學(xué)會工作匯報》;國內(nèi)知名焊管專家王曉香作了題為“2016年國際管道大會的見聞和體會”的主題技術(shù)報告;會議還安排,由寶鋼股份有限公司制造管理部王波等作者發(fā)布了關(guān)于管線鋼及焊接的論文6篇,番禺珠江鋼管(珠海)有限公司黃克堅等作者發(fā)布了關(guān)于焊管新產(chǎn)品開發(fā)的論文4篇,中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院黃磊等作者發(fā)布了焊管制造及檢驗工藝的論文4篇。大會現(xiàn)場對本次會議征集的論文進行了評比,評選出一等獎2篇,二等獎3篇,優(yōu)秀論文若干,并為獲獎作者頒發(fā)獲獎證書。
本次會議得到了軋鋼分會領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷和廣大委員單位的大力支持和協(xié)助,與會代表對本次會議的成功召開給予了高度的評價,取得了很好的交流效果。認(rèn)為此次會議對于我國焊管行業(yè)企業(yè)加快創(chuàng)新發(fā)展、轉(zhuǎn)型升級,起到了積極、有效的推動作用。
Appearance Quality of Stainless Steel Pipe and Vision Testing(Ⅰ)
HE Defu1,WANG Jingying1,2
(1.Shanghai Jiuli Industrial&Commercial Development Co.,Ltd.,Shanghai 200135,China;2.Zhejiang Detrans Piping Co.,Ltd.,Huzhou 313105,Zhejiang,China)
TG142.71
B
10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.01.004
2019-09-28
何德孚,男,上海交通大學(xué)教授,上海久立焊管研究所所長。