劉 敬

（中國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司，北京 100006）

受益于環(huán)境約束趨緊、政策支持等因素，天然氣作為清潔能源的地位被迅速確立起來，天然氣行業(yè)也因此迎來了快速發(fā)展時(shí)期。隨著國(guó)家管網(wǎng)公司的掛牌，管網(wǎng)建設(shè)也將迎來新一輪的提速。天然氣長(zhǎng)輸管道中最為嚴(yán)重的安全隱患就是管道自身存在的缺陷，這種缺陷可能是材料自身問題，也可能是在施工過程中造成。

某天然氣長(zhǎng)輸管道工程在施工過程中發(fā)現(xiàn)其中一根鋼管的管端內(nèi)壁存在“凹坑”，為確保管道的施工質(zhì)量，必須查找此處缺陷產(chǎn)生的原因，避免出現(xiàn)“系統(tǒng)性”的安全隱患。

通過對(duì)缺陷及附近部位進(jìn)行宏觀觀察和微觀金相分析，找到了缺陷產(chǎn)生的原因，并給出了針對(duì)性的改進(jìn)和預(yù)防措施。

1 理論分析

管端缺陷出現(xiàn)的原因有：（1）材料自身缺陷；（2）加工過程造成；（3）吊運(yùn)過程造成。

鋼管在到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)前經(jīng)歷過3次比較大的加工過程：（1）鋼板熱軋制；（2）制管冷加工；（3）鋼管防腐的內(nèi)外表面噴砂。

由于每個(gè)加工過程的特點(diǎn)較為明顯，加工工藝的差異性會(huì)導(dǎo)致不同加工過程在鋼管表面或近表面留下特定的組織形貌特征，通過科學(xué)手段對(duì)缺陷及附近部位進(jìn)行宏觀觀察和微觀金相分析，逐步排查并找出缺陷形成的原因。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 缺陷的測(cè)量

缺陷位于鋼管一端的內(nèi)壁，外觀呈不規(guī)則圓形，距離管端22mm，如圖1所示。

圖1 內(nèi)壁缺陷外觀及距離管端位置

經(jīng)對(duì)缺陷部位取樣、測(cè)量，結(jié)果如表1所示。

該項(xiàng)目埋弧焊管的技術(shù)要求中，對(duì)缺陷的處置和剩余壁厚的規(guī)定如下。

表1 缺陷測(cè)量數(shù)據(jù) 單位：mm

（1）“非分層缺陷”驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：非分層缺陷的尺寸在壁厚方向上不允許超過公稱壁厚的5%。

（2）鋼管管體上深度小于公稱壁厚5%的缺陷按照以下方法處理：所有“能引起應(yīng)力集中”的缺陷如尖缺口、鑿痕及劃痕等，應(yīng)全部磨光，其剩余壁厚不得小于公稱壁厚的95%；所有孤立的“不致引起應(yīng)力集中”的缺陷如圓底痕，不必修磨便可驗(yàn)收。

（3）含缺陷鋼管處理應(yīng)按下述 方法處置：①可以采用修磨方法去除管體和焊縫中的缺陷，修磨區(qū)域應(yīng)與鋼管輪廓平緩過渡。應(yīng)證實(shí)缺陷完全清除掉，且修磨區(qū)域的壁厚應(yīng)不得小于公稱壁厚的95%。②對(duì)于超過5%公稱壁厚的缺陷，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，應(yīng)將有缺陷的管段切除。

由于案例鋼管缺陷深度為1.34mm，超過了鋼管公稱壁厚21.4mm的5%（1.07mm），且此處剩余壁厚為20.16mm，小于公稱壁厚的95%（20.33mm），依據(jù)上述規(guī)定，判定屬于超標(biāo)缺陷，應(yīng)進(jìn)行切除。

2.2 宏觀觀察

在鋼管內(nèi)噴砂過程中，使用的鋼砂和鋼丸的直徑分別是1mm和0.8mm，噴射角度（與管長(zhǎng)方向夾角）為40～45°，實(shí)測(cè)缺陷深度1.34mm，長(zhǎng)寬尺寸為7.46mm×7.45mm。所以，理論上拋丸噴砂可以覆蓋缺陷底部，并應(yīng)留下拋丸處理的痕跡，如圖2所示。

圖2 鋼管內(nèi)壁拋丸噴砂示意圖

將缺陷底部及附近鋼管表面放大20倍后進(jìn)行宏觀觀察，缺陷附近表面有明顯的拋丸痕跡，而在缺陷底部并未找到明顯的拋丸痕跡，如圖3所示。這說明噴砂完成時(shí)此缺陷部位仍有內(nèi)嵌物，從而證明缺陷是在鋼管防腐之前產(chǎn)生。

圖3 缺陷附近鋼管內(nèi)壁及缺陷底部形貌

2.3 微觀金相分析

依據(jù)《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》（GB/T 13298—2015）對(duì)樣品的缺陷部位進(jìn)行金相分析。

（1）試樣表面存在缺陷，缺陷最大深度為1262.3μm，最大寬度為5623.0μm（由于測(cè)量基準(zhǔn)不同，請(qǐng)區(qū)別于表1的測(cè)量數(shù)據(jù)），形貌如圖4所示。

圖4 缺陷低倍形貌及尺寸（12.5倍）

（2）對(duì)遠(yuǎn)離缺陷區(qū)域金相組織進(jìn)行觀察、分析，遠(yuǎn)離缺陷區(qū)域金相組織為鐵素體+珠光體+碳化物顆粒，形貌如圖5、圖6所示。

圖5 遠(yuǎn)離缺陷區(qū)域金相組織（100倍）

圖6 遠(yuǎn)離缺陷區(qū)域金相組織（500倍）

（3）對(duì)缺陷附近區(qū)域金相組織進(jìn)行觀察、分析，缺陷附近金相組織為鐵素體+珠光體+碳化物顆粒，缺陷底部存在一定程度的氧化脫碳現(xiàn)象，形貌如圖7、圖8所示。

（4）在缺陷底部可觀察到與缺陷弧線近似相同方向的流線，未發(fā)現(xiàn)明顯的冷變形痕跡。另外，還觀察到向內(nèi)部延伸的氧化皮，氧化皮周圍金相組織走向與氧化皮邊界一致，氧化皮及周圍金相組織形貌如圖9所示。

圖7 缺陷附近金相組織（100倍）

圖8 缺陷附近金相組織（500倍）

圖9 缺陷附近金相組織（500倍）

2.4 結(jié)果分析

（1）根據(jù)項(xiàng)目埋弧焊管的技術(shù)要求，判定該“凹坑”屬超標(biāo)缺陷，應(yīng)予以切除。

（2）通過對(duì)缺陷底部的宏觀觀察得出，缺陷是在鋼管防腐之前產(chǎn)生。

（3）通過缺陷附近與遠(yuǎn)離缺陷區(qū)域的組織形貌、金屬流線、氧化組織的對(duì)比分析，都顯示缺陷是在與鋼板同一熱加工過程中形成的。因?yàn)殇摴苤圃爝^程均為冷加工，所以排除在鋼管制造過程中形成此缺陷的可能。

3 結(jié)束語

（1）此缺陷是鋼板在熱軋制過程中形成的壓坑，屬于個(gè)例，并非系統(tǒng)性問題，但不排除后續(xù)出現(xiàn)的可能性。

（2）缺陷處內(nèi)嵌物是在鋼管防腐后至現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)此缺陷之前脫落。

（3）鋼管廠通過以下手段可以有效避免鋼管產(chǎn)品的此類缺陷：從源頭控制，加強(qiáng)鋼板的外觀檢查；加強(qiáng)管端非分層缺陷的手動(dòng)超聲波探傷檢測(cè)和目視檢查；加強(qiáng)對(duì)噴砂后的管端預(yù)留段的檢測(cè)，不但要關(guān)注工件表面是否獲得一定的清潔度和粗糙度，還要關(guān)注工件表面的缺陷。