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(yàn)（下）

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(jìn)不銹鋼焊管和無縫鋼管制造質(zhì)量的進(jìn)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(xì)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(xì)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(yàn)不能用于不銹鋼管耐腐蝕性及表面質(zhì)量的評估，以彌補(bǔ)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(yàn)；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

（上接2017年第1期第24頁）

4 討 論

4.1 國產(chǎn)精密不銹鋼管對Ra值的要求

雖然中外不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中至今均無精密不銹鋼管的稱謂，歐洲EN 10305所指精密應(yīng)用鋼管標(biāo)準(zhǔn)中所指材質(zhì)中也不包含任何一個不銹鋼種（見表5）。但在不銹鋼管流通中卻經(jīng)常有用戶提出精密不銹鋼管的供貨或詢價要求。筆者發(fā)現(xiàn)所謂“精密不銹鋼管”實(shí)際包含兩種不完全相同的含義：一種只是為了強(qiáng)調(diào)對不銹鋼管的尺寸精密度要求較高，例如表6中案例1，其實(shí)只是參照DIN 17457標(biāo)準(zhǔn)，對焊縫區(qū)尺寸精度要求較高的焊管；另一種則是參照EN 10305對不銹鋼管內(nèi)、外表面有Ra要求的精密應(yīng)用鋼管，如表6中案例2所指316L儀表用管，其實(shí)也是按JISG 3459標(biāo)準(zhǔn)，但附加了內(nèi)表面Ry=3.0 μm的參考值要求。雖然Ry≠Ra，但這個數(shù)值大致仍是酸洗表面可達(dá)到的粗糙度范圍。只是產(chǎn)品同時對硬度值要求≤165，可能不允許固溶處理后再作光拔，只得采用帶油潤滑芯棒光拔后再作光亮處理。國內(nèi)有制造商提供的樣品管外表面很光亮，卻有明顯可見的直道。直道雖在國標(biāo)允許范圍內(nèi)，該儀表設(shè)計研究者認(rèn)為直道雖非尖銳缺口，但仍然會影響疲勞和應(yīng)力腐蝕，就像V形或U形缺口沖擊試樣，后者只是影響稍遲鈍。另外，該儀表管制作過程需作Ro=2do彎管，樣品所見直道恐有擴(kuò)張趨勢。國產(chǎn)樣品管未能達(dá)到該儀表管的采購要求，說明直道實(shí)際是該項精密不銹鋼管的實(shí)際障礙。此外，內(nèi)壁光潔度也需要提高，但這只要靠改進(jìn)某些工藝條件和實(shí)踐就容易達(dá)到。近年來江浙已有多家工廠引進(jìn)國外或使用國產(chǎn)的模具、潤滑劑制成此類產(chǎn)品。

表5 從歐洲精密應(yīng)用鋼管標(biāo)準(zhǔn)看制造方法對表面質(zhì)量的影響[4]

需要注意的是：

（1）Ra或Ry的測量要有專門的儀器、標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)樣。實(shí)際并不容易在鋼管，特別是產(chǎn)品內(nèi)壁上執(zhí)行（至多只能在管口抽驗(yàn)）。美標(biāo)只在ASTM A270標(biāo)準(zhǔn)中對要求拋光的不銹鋼管，即對表面Ra有特別高要求的用戶可商定實(shí)測，但需約定縱向或橫向Ra要符合實(shí)際要求。JISG 4337—2015已取消Ra，可能與此有關(guān)。EN 10305對如何測定Ra均缺乏細(xì)節(jié)敘述，且均只主張作縱向測定，一些工廠已引進(jìn)的便攜數(shù)字式Ra測量儀也只能作縱向測定，其合理性也值得推敲。

表6 “精密奧氏體不銹鋼管”要求案例

④這兩個案例鋼管的硬度值均低于現(xiàn)行美日不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)及國標(biāo)中規(guī)定的下限值，這可能是利于熱交換器等冷加工的要求，意味固溶退火必須到位，且不能作過量冷精整。

（2） EN 10305-1～6： 2016表明普碳鋼的冷精整無縫鋼管、普碳鋼和微合金鋼的冷定徑或冷精整電阻焊圓管、方管和矩形管的外表面都可達(dá)到Ra=4 μm，甚至更低，但內(nèi)表面顯然較為困難。為此必須注意改善拔或軋制過程中的潤滑條件，特別是內(nèi)表面的芯棒潤滑狀態(tài)及其在熱處理過程中的變化。

（3）鋼管的制造方法尺度和供貨狀態(tài)都對Ra實(shí)際值有制約（見表5）。EN 10305-1冷拔無縫管只能在+C、 +LC 態(tài)和 260 mm×（7～12）mm 以下規(guī)格的內(nèi)表面達(dá)到Ra=4 μm。而EN 10305-2冷拔焊管則可在5種供貨狀態(tài)和150 mm×（4～7）mm規(guī)格以下達(dá)到內(nèi)外表面Ra=4 μm。而在EN 10305-4、EN 10305-6 中 80 mm×（6～12.5）mm 規(guī)格以下的冷拔無縫和冷精整焊接鋼管內(nèi)外表面都可以達(dá)到Ra=4 μm甚至Ra=2 μm，其原因值得探查。比較發(fā)現(xiàn)：t/D或許是一個重要因素，EN 10305-1中t/D最低值為2.5%，而在EN 10305-4中t/D≥5%（只有個別規(guī)格達(dá)到4.5%）。

（4）不銹鋼管制成后必須經(jīng)過酸洗鈍化。加上合理的精整修磨其外表面都易達(dá)到Ra=3 μm。除少數(shù)例外，絕大多數(shù)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)均未列出Ra值的要求，但無縫管內(nèi)壁較困難，須改進(jìn)芯棒潤滑并采用光亮處理。焊管因采用熔化焊必須通過壓力加工，壁厚增加時，Ra也難以達(dá)到要求。

4.2 表面粗糙度和表面織構(gòu)對耐蝕性的影響

大量試驗(yàn)研究證明，粗糙度或以Ra表征的不銹鋼管表面平均不平整度數(shù)值（μm）對其抗蝕性有重要影響。一般Ra值越小，即表面越光滑，平整的表面抗蝕性就越好。但是必須注意：Ra雖很重要，但并非唯一的指標(biāo)。表7及圖5~圖8概括的數(shù)據(jù)說明磨削處理的316L鋼管或其他鋼種Ra是最低的，但CPT也是最低，因此不能以Ra作為評定表面質(zhì)量的唯一依據(jù)。ASME B46.1及文獻(xiàn)[2，19，5]都指出金屬表面的織構(gòu)（質(zhì)量）特征必須同時考慮以下3方面或4方面內(nèi)容：①粗糙度Ra；②波動性（waviness），即同樣Ra可能有不同的頻率及其他波形特征；③方向性（lay），即表面織構(gòu)不規(guī)則或缺損（flaws）的方向性，實(shí)際是指構(gòu)成不銹鋼表面晶體中眾多小晶粒的方向、大小和形狀在表面的反映（如圖9所示），實(shí)際上這些小晶粒也是構(gòu)成表面不平度Ra及波動性的根源；④表面不規(guī)則或缺損包括裂紋（cracks）、麻點(diǎn)或凹陷（Pits）、 細(xì)微裂紋或發(fā)紋（checks）、 起皺（ridges）、劃傷（scratches）等，實(shí)際都是跟不銹鋼管塑性成形過程中每一道工序?qū)ζ涠嗑w小晶粒的晶界方向、晶粒大小和形狀等特征的影響有關(guān)。只有同時兼顧以上3方面或4方面的特征，才能完全把握表面（織構(gòu)）對耐蝕性的影響。

（1）所有美、歐不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)均未把Ra直接列為表面質(zhì)量指標(biāo)。但是冷精整和酸洗或光亮退火處理等交貨狀態(tài)的規(guī)定實(shí)際上隱含著Ra的基本要求。特別要注意歐美標(biāo)準(zhǔn)中所指冷或熱精整都是指固溶退火前最后一道成形加工，它們對表面質(zhì)量控制十分重要。另外酸洗或純化時間也要嚴(yán)格控制，過長時間的酸洗也并非是有益的。從圖8可以看出，原始粗糙值高的表面，Ra值隨時間增加而降低；原始Ra值低的表面，Ra值隨時間增加而增加。因此可推論Ra高的表面也可能隨時間繼續(xù)增加而再度增加。所以說，根據(jù)實(shí)際加工流程和酸洗液成分合理確定酸洗時間，對掌控表面Ra值十分重要。

表7 316L不銹鋼管（Φ60 mm～Φ63 mm）采用不同極化或ASTM G150法則規(guī)定的CPT[22]

圖5 5%氯化物溶液中不同表面狀態(tài)孔蝕電位—溫度相關(guān)性[23]

圖7 UNS N08926高鎳不銹鋼母材、焊縫及熱影響區(qū)由ASTM G48測定的CPT[22]

圖8 酸洗時間對一種316L鋼表面Ra值的影響[25]

（2）ASTM A270，即醫(yī)藥衛(wèi)生用不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)，只規(guī)定購方可要求測定Ra和拋光方式，并指出內(nèi)表面通常只采用縱向拋光精整，但購方可規(guī)定采用橫向拋光并采用縱向測定Ra，而縱向拋光的Ra測量方式又需雙方約定。說明Ra的測定首先要確定測定方向，否則實(shí)用意義不大。歐洲衛(wèi)生醫(yī)藥保健設(shè)備設(shè)計準(zhǔn)則中對Ra的規(guī)定（見表8）也應(yīng)以此為前提才有價值。

圖9 不銹鋼（多晶體）表面織構(gòu)的內(nèi)含及粗糙度測定[2]

表8 歐洲衛(wèi)生醫(yī)藥保健設(shè)備設(shè)計準(zhǔn)則（EHEDG）中指定的不銹鋼表面處理及所獲得表面形貌[23]①

（3）法國RCC 3319等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ra值僅是為了強(qiáng)化表面織構(gòu)質(zhì)量的重要性，即表面如果有劃痕、麻點(diǎn)、發(fā)紋等缺損，必須作精整修磨處理才能通過驗(yàn)收。這是為保障核電站運(yùn)行絕對可靠必須有的要求。

4.3 鋼管制造方法對表面織構(gòu)和外觀質(zhì)量的影響

4.3.1 薄壁焊管最容易獲得最佳表面織構(gòu)

國際不銹鋼管制造經(jīng)驗(yàn)表明，2 mm以下薄壁焊管最容易獲得理想的表面織構(gòu)，即最低的Ra值和最少的表面損傷。因此，專注給水加熱器生產(chǎn)的工廠確認(rèn)焊管是此類熱交換器的理想選材[18]。ASTM A688/A688M、A803/A803M都是1970年代初期就提出的焊管標(biāo)準(zhǔn)，雖然2012年修改的這兩項標(biāo)準(zhǔn)中已補(bǔ)入了無縫管方法，但ASME BPVC—2013中仍然只認(rèn)定焊管方法。原因是：

（1）制造薄壁焊管采用的是2B級冷精整薄板，其表面Ra可達(dá)0.5 μm以下（見圖1、表8）。這是通過固溶處理+酸洗或光亮退火以后再作回火軋制（temper rolling）， 又稱表皮軋制（pinch passing或skin passing、skin passed）達(dá)到的。實(shí)際是采用經(jīng)拋光軋輥進(jìn)行最終輕微（壓下量）的冷軋來實(shí)現(xiàn)，其冷塑性變形量（CW）應(yīng)控制在0.5%[14,16-17]。壁厚增加可能難以達(dá)到Ra≤0.5 μm，說明光軋效果會隨板厚增加而變差。

（2）薄壁焊管冷成型量很小，對于20 mm×（1～2）mm規(guī)格焊管內(nèi)外表面的橫向縮短或伸長CW=2.5%～5.0%，在成型機(jī)組設(shè)計和調(diào)整的前提下，不會使內(nèi)外表面織構(gòu)或外觀質(zhì)量有明顯劣化，只是必須充分關(guān)注焊縫區(qū)表面的外觀質(zhì)量，采用GTAW方法是目前最佳選擇。

（3）焊縫區(qū)只有經(jīng)過壓延（或整管拔制）才能既改變焊縫鑄造織構(gòu)，又能保證焊縫區(qū)表面織構(gòu)達(dá)到光整要求，為此焊縫區(qū)焊態(tài)必須有恰當(dāng)?shù)挠喔?，M3319—2007明確規(guī)定余高為0.1～0.2 mm。選擇合理的GTAW參數(shù)，特別是合適的焊速和焊接電流是容易達(dá)到的，但是壁厚＞2 mm時，要達(dá)到Ra=3.0 μm就較困難了。

（4）薄壁焊管一般均采用在線光退火處理，這種退火時間極短的處理可能對形成光整表面織構(gòu)十分有益。

（5）壁厚超過6 mm時，焊縫通常要添加填充金屬，甚至得采用多層焊，一般也不宜對焊縫進(jìn)行冷軋加工，表面織構(gòu)的控制更加困難。

4.3.2 冷精整無縫薄壁管獲得優(yōu)質(zhì)表面織構(gòu)方法

從表4可以看出，冷精整無縫薄壁不銹鋼管也可達(dá)到Ra=3.2 μm。這里所指冷精整是指固溶處理+酸洗后的最后一道減壁、減徑或冷加工量很小的表皮冷拔或冷軋，其CW=1.5%，這是APT 5L—2013標(biāo)準(zhǔn)明確指明的。但這一冷精整工序可能使鋼管略受加工硬化，硬度有所增加。改進(jìn)方法是：①表皮冷軋或冷拔后再做光亮退火處理；②采用帶芯棒油潤滑表皮冷拔+光亮退火。但是其難度更大，成本更高。原因是：

（1）薄壁無縫管經(jīng)過多次冷軋或冷拔+退火處理后才能制成，不僅每次冷變形的變形量及形變速率有差異，而且每次退火溫度及時間、冷卻速度都可能對織構(gòu)有影響，其細(xì)節(jié)至今尚未完全明了。

（2）無縫管成型過程涉及360°全周形變，這使其冷精整變形量（CW）只能控制在1.5%，即不能像薄板冷精整（表皮軋制）控制在0.5%，使得無縫管表皮拔制軋制的效果或均勻性較差。

以上RCCM 3303—1999就已提出，ASTM隨即在2012年才在A688/A688M和A803/A803M中補(bǔ)入了無縫管制造方法，但在ASME BPVC—2013中SA688/A688M和SA803/SA803M仍然只限于焊管制造方法。也是很久以來ASTM/ASME A/SA999和A/SA1016以及A/SA430和A/SA530都規(guī)定無縫鋼管必須作全周UT，而焊管只需對焊縫作UT的原因，即無縫鋼管比焊管更難掌控其內(nèi)部和表面織構(gòu)及相關(guān)的瑕疵。

4.3.3 熱成型無縫管織構(gòu)

大直徑、厚壁無縫不銹鋼管只能采用熱擠壓及熱軋等熱成型方法制造，以利于高溫下材料強(qiáng)度降低及塑性增加，實(shí)現(xiàn)管材成形。但是熱加工同時，伴隨的動態(tài)再結(jié)晶及隨后的相變使熱成型加工過程織構(gòu)變化也更為復(fù)雜多變[9,11]。因此，這類熱成型鋼管Ra的數(shù)值更高，表面損傷也更為多見。若有可能最終附加冷精整工序往往是提高其外觀質(zhì)量的有效途徑。ASTM A367/A367M的鋼管大多需熱成型又難冷精整，表面質(zhì)量問題最多，這是美標(biāo)對其表面質(zhì)量作詳盡規(guī)定的原因。

4.3.4 塑性變形過程中織構(gòu)變化規(guī)律

為了提高包括無縫鋼管在內(nèi)的塑性成形制品的質(zhì)量，國際上已對塑性變形過程中織構(gòu)變化規(guī)律進(jìn)行了半個世紀(jì)的深入研究。有些基本規(guī)律已經(jīng)查清，但尚有許多涉及晶界形貌（complexions）[15]的要素尚未弄明白，而且已成為探索重心。以下僅是所涉及的一些要點(diǎn)歸納[9-16]：

（1）壓力加工或塑性成型是依靠壓力或應(yīng)力使金屬沿特定晶格平面產(chǎn)生形變滑移的結(jié)果，期間必然帶來晶粒形狀、大小和方向的改變，并在晶粒內(nèi)產(chǎn)生晶?？瘴弧⑽诲e等點(diǎn)缺陷，晶界位錯密度和內(nèi)應(yīng)力增加，在奧氏體內(nèi)感生形變馬氏體析出（如圖10所示）。加工硬化就是上述諸多織構(gòu)變化的綜合反映。冷加工程度或CW量越大，加工硬化愈烈。CW量超過一定限度必造成開裂甚至斷裂。

圖10 奧氏體不銹鋼塑性形變和熱處理過程中可能發(fā)生的相變[12]

（2）高溫退火可以有效消除加工硬化，溫度越高軟化時間愈短（如圖11所示）。實(shí)際是通過再結(jié)晶過程使織構(gòu)發(fā)生了明顯改變，這種再結(jié)晶過程也分成核和生長兩個階段，所產(chǎn)生晶粒有很大一部分接近形變方向，但也總有一部分發(fā)生了特定的旋轉(zhuǎn)。因此，再結(jié)晶織構(gòu)跟退火前織構(gòu)相關(guān)，又跟退火溫度、保溫時間等參數(shù)有關(guān)。不銹鋼薄壁無縫管生產(chǎn)過程中往往要作多次退火。只有嚴(yán)格控制每次形變及退火過程參數(shù)，才能掌控其織構(gòu)的重現(xiàn)性和穩(wěn)定的表面織構(gòu)。

圖11 消除加工硬化的3種軟化處理[9]

（3）不同材質(zhì)的不銹鋼因?yàn)閵W氏體晶格的堆架能（SFE）不同，塑性變形和再結(jié)晶織構(gòu)的變化也不同[11,13]。

（4）固溶熱處理溫度過高、時間過長，還可能發(fā)生二次再結(jié)晶（如圖10所示）。

（5）熱加工溫度范圍內(nèi)還可能同時發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶及隨后的靜態(tài)再結(jié)晶[11]。

以上可見，掌控?zé)o縫鋼管織構(gòu)的難度較大。在文獻(xiàn)[5，9]中雖已列有成型過程感生的表面缺陷或瑕疵的專門章節(jié)，但所述都十分粗略、含糊而難讀，連用詞都不統(tǒng)一，反映出問題的復(fù)雜性及認(rèn)識尚粗淺。

4.4 類似裂紋的缺陷—直道

4.4.1 塑性變形不均勻是造成表面粗糙化的原因

上述塑性變形織構(gòu)研究已經(jīng)證明，晶粒尺度的表面粗糙化實(shí)際是塑性變形不均勻或不穩(wěn)定性造成的另一類表面瑕疵。文獻(xiàn)[9]明確指出，超過一定限度塑性變形以后，表面可見的高低不平的應(yīng)變紋、桔皮狀粗糙、繩索狀（roping）都是塑性變形不均勻造成的。文獻(xiàn)[5]則認(rèn)為，表面流變不穩(wěn)定會造成表面折疊（lap over）、 起伏（fold）， 若成形溫度較低或表面沾污，這些有起伏的晶粒就會連（fuse）在一起，形成長而直的縫（seam）。這種laps或folds具有裂紋一樣的特征，應(yīng)判定為不合格的缺陷。我國無縫不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)所指的“直道”實(shí)際就屬于這一類型的缺陷。

4.4.2 塑性變形不均勻性的內(nèi)因

國內(nèi)一些研究塑性變形和軋制理論的文獻(xiàn)大都把這一問題的產(chǎn)生原因歸結(jié)為接觸面的外摩擦、工件變形區(qū)幾何形狀及內(nèi)部溫度分布不均勻等外部因素造成[26-27]。但國外卻認(rèn)為多晶材料中晶粒方向不同（文獻(xiàn)[27]已提及）是造成這一問題的內(nèi)在因素[9-13,16]。目前常用的不銹鋼板及管材都是采用單向軋制或拔制的，原始材料中一部分與軋制或變形方向較接近晶粒很容易形變滑移成細(xì)長纖維狀滑移帶，另一部分與此有較大錯向角的晶粒則難以形成滑移面構(gòu)成較大剪切應(yīng)力而成為剪切帶，并隨后發(fā)生晶粒亞分、旋轉(zhuǎn)而改變方向，這部分晶粒變形量就可能很小。在自由表面，滑移帶很容易凸出表面，即使形變過程因外界約束條件不能凸出，在再結(jié)晶過程中也可能因無外界約束而重新在滑移帶表面發(fā)生外凸，而在其邊緣則發(fā)生內(nèi)凹?，F(xiàn)在已有大量研究指明，這種永久性滑移帶所殘留的持久性滑移痕跡其實(shí)也是疲勞裂紋誘發(fā)的禍根[10]。因此，多晶體中晶粒方向不同造成變形不均勻或變形局部化，也稱變形不穩(wěn)定，是造成包括無縫鋼管在內(nèi)的所有軋制、拔制鋼材表面“直道”等許多瑕疵的根本原因。

4.4.3 必須將不銹鋼管表面“直道”列為修磨缺陷

如上所述，我國絕大部分無縫不銹鋼管表面質(zhì)量都仍把“直道”及深度不超過最小壁厚的其他局部瑕疵列為可以不作修磨的缺陷是不妥的，特別必須按照GB 24512-3要求的這類情況。目前，由于無縫管生產(chǎn)可能無法避免這類直縫式凹陷，正確的做法只有如 EN 10216-5、EN 10297-2、ASME SA999/SA999A及SA1016/SA1016M中政府定貨條款及RCC M-3305等標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求進(jìn)行手工修磨或一致性修整，并應(yīng)在酸洗鈍化前完成。

4.5 分析評估不銹鋼管耐晶間腐蝕和表面質(zhì)量的方法

現(xiàn)行國內(nèi)外不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)大都規(guī)定或推薦選用E法評估其耐晶間腐蝕性能，實(shí)際既是對鋼管材質(zhì)化學(xué)成分和金相組織狀態(tài)的綜合評估，其中也包含有對表面質(zhì)量的宏觀評估。但在實(shí)際鋼管質(zhì)量的爭議中，卻有用戶，甚至某些有資質(zhì)的評估機(jī)構(gòu)只采用金相試樣就直接作此類評估，這完全是一種錯誤的做法。各國不銹鋼晶間腐蝕E法評定準(zhǔn)則見表9。

表9 各國不銹鋼晶間腐蝕E法評定準(zhǔn)則比較

4.5.1 硫酸－硫酸銅（E）法的實(shí)質(zhì)

晶間腐蝕是不銹鋼應(yīng)用初期（1930—1940年）發(fā)現(xiàn)的酸性介質(zhì)中局部腐蝕現(xiàn)象。其發(fā)生機(jī)理、檢驗(yàn)和控制途徑早已十分明確，合理控制不銹鋼中的含C量及Cr、Ni配比，或者添加足量又不過量的Ti、Nb等穩(wěn)定元素含量，再加上交貨前的最終固溶退火熱處理消除冷加工造成的劣化，晶間腐蝕完全可以避免[28]。目前不銹鋼管制造中廣泛采用的E法實(shí)質(zhì)是一種抗應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）性能檢驗(yàn)，而對于熱交換器應(yīng)用SCC可形成局部腐蝕[29]。E法試驗(yàn)的前提條件是：①試樣要在特定配比的硫酸+硫酸銅溶液中煮沸15 h以上；②試樣取出后必須作特定的彎曲變形，實(shí)際是構(gòu)成一定的應(yīng)力狀態(tài)，促使敏感材料形成應(yīng)力腐蝕開裂。

4.5.2 關(guān)于草酸侵蝕法

美、日及現(xiàn)行國標(biāo)中均有草酸金相試驗(yàn)A法作為初步篩選法。需要注意的是：

（1）美、日及現(xiàn)行國標(biāo)中的A法都只能用于判定合格，即無需再作E法等試驗(yàn)，但卻均不能由A法判定不合格。對無縫不銹鋼管而言，即使在A法試樣中發(fā)現(xiàn)一個或多個晶粒的晶界完全被侵蝕成溝槽包圍狀或呈現(xiàn)碳化物析出，也不能由此判定為晶間腐蝕不合格，而必須采用E法等其他方法才能作判定。

（2）歐標(biāo)中根本就無此A法。原因是只要w（C）＜0.03%甚至 w（C）≤0.02%鋼種肯定不會有問題，這些鋼種只要w（N）≤0.10%完全可以保證足夠的強(qiáng)度數(shù)值[30]。對w（C）≥0.03%的鋼種實(shí)際只需直接做E法試驗(yàn)即可。

4.5.3 E法的評估準(zhǔn)則

由表9可見，歐、美、日及現(xiàn)行國標(biāo)都是采用試樣彎曲段裂紋傾向，而并非由金相試驗(yàn)直接作E法試驗(yàn)評估。需要特別關(guān)注的是：

（1）歐標(biāo)在附注中指明的金相試樣應(yīng)該取自經(jīng)煮沸彎曲試樣的縱向斷面。

（2）美標(biāo)中E法的金相試樣也是從經(jīng)煮沸20 h后彎曲試樣彎曲段外半徑區(qū)，即變形量最大的部位縱向切取樣，目的是從100～250倍顯微區(qū)找出有無微裂，而不是有無晶間腐蝕，并且明確指明形變滑移線、皺紋或“桔子皮”狀粗化不是微裂，連塑性不良而造成的微裂都要排除，說明僅僅根據(jù)金相照片中“晶間腐蝕”現(xiàn)象是難以判定的。

（3）日標(biāo)JISG 0575—1999英文版評定準(zhǔn)則完全與美歐的E法相一致，但在對應(yīng)的日文版上“引起的開裂”十分關(guān)鍵的字被遺漏，原因值得深思。

（4）國標(biāo)E法檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)早期是以前蘇聯(lián)的ГOST-6032-58標(biāo)準(zhǔn)為范本制定的，2000年又參照J(rèn)ISG 0575—1980版進(jìn)行了修改。現(xiàn)行版本中E法已基本吸取了美歐標(biāo)準(zhǔn)中的E法的基本要點(diǎn)，雖然在金相試驗(yàn)取樣位置上仍然保留著更早期版本的說法，但同時卻指明：①金相試樣制備過程“要防止過度侵蝕”，實(shí)際是已指出該法的一個致命弱點(diǎn)，金相試樣發(fā)現(xiàn)的“晶間腐蝕”可能是一種假象，特別是表面晶界（因此ASTM A262所附A法金相照片中沒有一張是包含表面的），更不能把金相試樣上的晶間裂紋偷換或等同為晶間腐蝕（注意： GB 4334.5—1990、 GB/T 4334.5—2000及GB/T 4334—2008中8.44所指均為晶間腐蝕深度），這實(shí)際是草酸法不能用于判定不合格和歐標(biāo)中排除這一金相法的原因；②所謂金相試樣的晶間腐蝕深度需由供需雙方商定，即刪除了1990版本中所規(guī)定的5 μm晶間腐蝕深度，實(shí)際是指明先前規(guī)定的深度是個不合理的指標(biāo)。國際上對多晶材料塑性變形表面織構(gòu)（texture）的大量研究已經(jīng)查明，超過一定限度塑性變形后必然造成的塑性不穩(wěn)定和不均勻，必然帶來的表面粗糙化、皺紋、形變滑移線，都可能成為金相試樣上的晶間腐蝕深度假象，而不同表面精整方法及不同鋼種還可能有很大區(qū)別[9]，把這一條只見于E法中規(guī)定放到草酸腐蝕金相試樣上更是程序和邏輯上的錯誤。另外在GB/T 4334—2008的A法根本就沒有“晶間腐蝕”這一詞，而只是指“晶界形態(tài)”，如果能用這么簡單金相試驗(yàn)判定不銹鋼管的晶間腐蝕性能，那么所有需要煮沸15 h或更長時間的方法早就該取消了。

4.5.4 深層原因

晶界不僅對晶間腐蝕有影響，也是強(qiáng)烈影響包括蠕變、疲勞、抗滑移等塑性形變等多晶材料加工和服役性能的決定性因素。國際上對其微觀組織、化學(xué)成分等形貌特征已從納米尺度上進(jìn)行了數(shù)十年探索研究，查明在特定的壓力、溫度和化學(xué)成分等熱力學(xué)參數(shù)條件下可以發(fā)生類似“相變”的突變，被確認(rèn)是一種“亞二維相”，但其規(guī)律性尚待摸清。表面晶界和內(nèi)部晶界的差異，傳統(tǒng)金相試樣的侵蝕和觀測方法恐難探明其真相，這些或許是歐標(biāo)完全排除草酸腐蝕金相法的深層原因。因此筆者認(rèn)為，現(xiàn)行國標(biāo)E法中的金相試驗(yàn)取樣位置和評估方法應(yīng)早日修改，以與國際流行E法評估準(zhǔn)則接軌，否則就會出現(xiàn)E法試驗(yàn)合格，而又指出“（從金相檢驗(yàn)角度分析）試樣內(nèi)壁呈現(xiàn)不同程度晶間腐蝕傾向”的怪異評判結(jié)論。

需要特別指出的是：①GB/T 4334—2008中E法或GB/T 4334.5—2000及RCC M3303等標(biāo)準(zhǔn)中所指金相法判斷是否存在晶間腐蝕同ENISO 3651-2及ASTM A262 E法一樣，都應(yīng)從經(jīng)硫酸+硫酸銅溶液煮沸15 h以上取出試樣的縱向斷面來確定，其目的只是為了用較高放大倍數(shù)查找微裂紋；②僅從草酸電解侵蝕金相試樣上看到所謂“晶間腐蝕”跡象實(shí)際很可能只是某些形變滑移線的永久痕跡顯示[10]，即使在E法金相試樣上發(fā)現(xiàn)這類形變滑移線永久痕跡也是應(yīng)忽略不計的；③在發(fā)現(xiàn)有裂紋的試樣上，ISO 3651的A262 E法提示可用非經(jīng)煮沸的同類或90°彎曲或減薄試樣對比驗(yàn)證裂紋是否由晶間腐蝕之外原因所致，例如材料本身塑性很差（或已耗盡）造成。由此可見，上述結(jié)論主要是執(zhí)行人對國標(biāo)的誤讀造成的，當(dāng)然，國標(biāo)對金相試樣的文字?jǐn)⑹霾皇智宄彩窃斐烧`解的一個誘因；④如何在金相試驗(yàn)上區(qū)分滑移線、皺紋或表面粗糙顯然十分關(guān)鍵，如若保留金相試樣評估晶間腐蝕傾向，則必須對此有明確說明。

5 小結(jié)和建議

（1）不銹鋼管制成后的化學(xué)成分、微觀組織和外觀表面質(zhì)量是決定其耐蝕性的3個基本要素。國內(nèi)外不銹鋼管生產(chǎn)和流通實(shí)踐表明，外觀質(zhì)量是最容易受忽視卻又最難掌控的因素，致使其往往成為爭議最多的問題。

（2）歐、美、日等早期制定的標(biāo)準(zhǔn)中對外觀或表面質(zhì)量的規(guī)定大多十分簡潔、含蓄甚至含糊不清，這既有其獲取商業(yè)利益、保護(hù)其制造技術(shù)優(yōu)勢或訣竅的因素，也有對某些表面瑕疵產(chǎn)生原因、檢驗(yàn)手段認(rèn)識不十分清晰的因素，現(xiàn)今歐洲不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)則已指明“一切可以目測到的表面瑕疵必須作一致性修改”。

（3）雖然RT、UT及ET等NDT方法也可用于檢測從內(nèi)部延伸到表面的裂紋、氣孔等瑕疵。無論是焊管中輕微咬邊、錯邊、未焊透及輥痕、劃痕，還是無縫管表面的直道、折疊、皺皮等表面瑕疵，VT都是最有效而經(jīng)濟(jì)的NDT方法，在無縫管制造過程中貫透VT尤為重要卻又困難。

（4）缺乏科學(xué)培訓(xùn)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是不銹鋼管VT質(zhì)量不高的又一重要原因，除了光照、放大鏡、內(nèi)窺鏡等設(shè)施，視距、視角尤應(yīng)引起重視并作明文規(guī)定。

（5）不銹鋼管的冷精整，即減薄、減徑或減斷面率控制在1.5%以下的光拔或光軋、有效的表面瑕疵目檢及一致性修整，再加上合理的固溶退火處理和酸洗鈍化或光亮退火是保證不銹鋼管表面光整、潔凈、無瑕疵外觀要求的必須而有效途徑。

（6）2B級冷軋不銹鋼薄板經(jīng)0.5%減薄量的表皮精軋及光亮退火處理，表面可達(dá)0.5 μm以下粗糙度。用此類優(yōu)質(zhì)薄板輥軋或卷軋成形的焊管只要對焊縫進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲貉蛹庸?，最容易獲得優(yōu)異內(nèi)、外表面質(zhì)量。控制適當(dāng)?shù)暮缚p成形，確保焊縫區(qū)壓延質(zhì)量是關(guān)鍵，若采用整管拉拔，則其減斷面率也不宜過大，以免破壞2B級板材原有表面質(zhì)量。

（7）需經(jīng)塑性變形和退火軟化熱處理多次交替制成的冷拔或冷軋薄壁無縫不銹鋼管，每經(jīng)歷一次塑性變形及退火再結(jié)晶都會給鋼管多晶體的晶粒大小、形狀、方向及織構(gòu)帶來一次變化，再加上鋼管的形變狀態(tài)遠(yuǎn)較平板軋制復(fù)雜，冷精整無縫管表面一般尚難達(dá)到2B級。但是通過改善芯棒的潤滑條件及光亮處理，目前也可能達(dá)到精密級Ra，只是NDT要求和成本都較高。

（8）Ra并非標(biāo)定表面光潔質(zhì)量的唯一性指標(biāo)，只有同時兼顧表面織構(gòu)的波動特性、方向性和瑕疵細(xì)節(jié)才能全面描述表面狀況或外觀質(zhì)量。機(jī)械拋光或修磨表面必須經(jīng)酸洗鈍化才能保障耐蝕性要求，酸洗鈍化時間也必須嚴(yán)加控制。

（9）Ra的實(shí)測評估是一項相當(dāng)復(fù)雜的技術(shù)，絕大多數(shù)不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)均未直接采用Ra作為外觀質(zhì)量的評估要求，只是通過精整及修整、酸洗鈍化等工序間接隱含該項要求是切合實(shí)際的。法國核電用不銹鋼管和歐標(biāo)精密鋼管中規(guī)定的Ra評估要求細(xì)節(jié)并未明示，若采用標(biāo)樣對比微米級表面也不切實(shí)際；日本醫(yī)藥衛(wèi)生用不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)2015版取消Ra規(guī)定，說明關(guān)鍵仍在于采用相關(guān)的內(nèi)壁潤滑及光亮處理細(xì)節(jié)。

（10）塑性變形不均勻性或局部化，表面不穩(wěn)定性引起的皺紋、折疊縫或直道、劃痕等表面瑕疵很容易由目測檢驗(yàn)到，這類與塑性成形過程多晶體織構(gòu)變化相關(guān)的瑕疵都應(yīng)列為一致性修整內(nèi)容?，F(xiàn)行國標(biāo)中“允許直道或0.3 mm深度以下的局部缺陷存在”等規(guī)定應(yīng)早日修改，這也是生產(chǎn)精密不銹鋼管必須突破的瓶頸。

（11）晶間腐蝕試驗(yàn)也包含不銹鋼管表面質(zhì)量的間接宏觀評估，但必須遵照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的程序嚴(yán)格執(zhí)行，有用戶、甚至一些有資質(zhì)的評估機(jī)構(gòu)直接用草酸電解腐蝕的金相試樣就能作此類評估的捷徑是不妥當(dāng)?shù)?，這主要是執(zhí)行人對國標(biāo)的誤讀造成的，但也反映出相關(guān)國標(biāo)的文字?jǐn)⑹鲋写嬖谀承┞┒椿蜩Υ?，建議作必要補(bǔ)充或修正。

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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Appearance Quality of Stainless Steel Pipe and Vision Testing(Ⅱ)

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

2016-09-28

編輯：李紅麗

何德孚，男，上海交通大學(xué)教授，上海久立焊管研究所所長。