不锈钢锅炉管压扁试验及其合格率检验分析

 浙江至德钢业有限公司简述了不锈钢锅炉管要进行工艺压扁试验的原由,介绍了压扁试验公式的由来,试样制备要求及试验结果的判定,分析了影响压扁合格率的因素,提出了应采用的有效措施,以提高压扁合格率。工业锅炉在现代能源工业中占有十分重要的地位,是工业动力或生产的主要设备。为了提高锅炉的热效率,采用了不锈钢管制造锅炉,增加受热面积。因此,在中、低压锅炉或高压锅炉工程中不锈钢锅炉管用量很大,约占锅炉用钢材的30%~60%,用作锅炉工程中的冷却壁管、省煤器管、热交换器管、对流管、过热器管等,机车锅炉中用的大烟管、小烟管等。不锈钢锅炉管在锅炉制造、安装过程中尚需作各种成型加工;例如冷却壁管在管对应两侧焊接板条或制成鳍片形管,又称鳍片管。热交换器管往往需要将管加工成一定形状,似蛇形统称蛇形管，机车锅炉用联箱管,两端需要进行扩孔加工后进行焊接。因此,为了检测不锈钢锅炉管管材工艺加工性能,除作常规的理化性能测试外,尚需作相应的工艺试验。工艺试验的目的是检测不锈钢锅炉管在工艺加工中可塑性情况。工艺试验一般包括:顶锻试验、弯曲试验、缩口试验、扩口试验、卷边试验及压扁试验等。

一、压扁试验

 不锈钢锅炉管作压扁试验方法原有两种:一种是采用管内壁距B值大小来衡量不锈钢锅炉管压扁试验的压扁量如图1所示。如前苏联标准roct3066-49、冶金部标准YB11-57等对低碳钢不锈钢锅炉管规定: 10号钢压扁量B=2S值,20号钢压扁量B=4S值。此时管壁表面不得出现裂纹或裂口。这种方法比较简便,属于经验公式。式中只考虑了管壁厚度和钢号对压扁量的影响。其余如管外径D,S/D比值等主要因素都没有考虑在内,因此代表性很差,已被淘汰。

 另一种方法是采用管外壁距H值大小来衡量压扁试验的压扁量。目前被广泛采用的压扁后两平板间距离，如图所示,此时管壁表面不得出现裂纹或裂口。这种方法的优点在于考虑了材质、管壁厚度、外径以及S/D比值对压扁量的影响。它比前种试验方法有所进步。但是,该方法仍然存在许多问题。如未综合考虑管壁表面状态、晶粒度、脱炭层、金相组织、化学成份、管材热处理、终轧温度等因素对压扁试验的影响。

试样的制备及技术要求：

  1. 压扁试验试样长度:若D=76~139.7mm时。

  2. 试样两端面应垂直于管轴线,加工表面光洁度应不低于要求。

  3. 试样两端应清除毛刺并倒角。

  4. 试样表面可分成两类:一类不进行表面加工,保持管原来交货状态;另一类为了确切了解管的可塑性,排除管表面质量对可塑性的影响,可以进行切削加工后进行试验。

  5. 试样表面不得有轧制加工缺陷存在。

  6. 试样在压扁试验过程中应注意压扁进给速度不宜过快(一般控制在20~50mm/min),以连续平稳为宜,一次性连续压到预定值。如果压扁试验两平板间距离H值超过规定,试样表面出现裂纹或裂口不作为判废依据。允许重新取样作该项试验。

二、压扁试验结果判定

  钢管作压扁试验试样按相应标准规定,两平板间距离H值达到规定时,表面不得出现裂纹或裂口。

   1. 压扁试验的目的,主要是检测交货状态钢管的可塑性。因此,钢管表面由于生产加工造成的麻面、青线、直道、擦伤、结疤等以及钢质造成的发纹、折叠等缺陷引起裂纹或裂口不作为判废依据,应以重新取样检验为准。

   2. 倘若对判定有异议时,试样表面可以经车削加工后进行试验。此时,表面不得出现裂纹或裂口。

   3. 压扁试验结果的判定尚有一个经验问题。压扁试样表面出现银灰色的微裂纹源,但是没有一定深度者不能作为判废依据。

   4. 微裂纹源有一定深度,一般深度0.2mm者才作为裂纹或裂口处理。如有特殊要求者,在相应的产品标准中有明确规定。

三、提高压扁试验合格率的措施和方法

 1. 控制钢管化学成分

  不锈钢锅炉管化学成分,其中尤以碳,磷及硫元素对压扁试验影响较明显。因此,为了提高钢管压扁合格率,又不降低理化性能,将含碳量控制于平均值偏下为宜。硫及磷在不锈钢锅炉管材质中是属于残余有害元素,应严格控制,一般硫+磷＜0.040%较为理想。

 2. 不锈钢锅炉管的热处理制度

  不锈钢锅炉管的热处理在相应的产品标准中都有明确规定。钢管材质成分确定之后,是否采用合理的生产工艺和热处理制度对压扁合格率影响极大。碳素钢不锈钢锅炉管主要以热轧状态交货。因此,适当控制终轧温度是关键,一般碳素钢终轧温度不低于840℃可获得良好结果。合金钢不锈钢锅炉管一般以热处理状态(即正火、调质或回火等)交货。

 3. 不锈钢锅炉管表面状态

 不锈钢锅炉管表面状态也是一个重要因素。许多生产厂为了提高不锈钢锅炉管的压扁合格率,选择最佳生产工艺条件组织不锈钢锅炉管生产,如采用新加工孔型、最佳化的设备状况和伴随一般用途钢管套轧法。在生产不锈钢锅炉管之前用同钢种同尺寸的一般用途管调试轧机轧制12批后得到最佳化轧制状态时,再紧接着轧制加工不锈钢锅炉管,连续轧制量约10~20批后会产生轧辊孔型磨损,轧制条件变坏,不宜再继续生产加工不锈钢锅炉管,应马上重新改轧一般用途管。

 4. 提高不锈钢锅炉管管坯材质

 为了提高不锈钢锅炉管压扁试验合格率,主要从冶炼工艺着手,提高管坯冶炼质量(如控制冶炼成分、冶炼温度、主辅材料成分、粒度、纯度、干燥度等)。采用炉外精炼手段(如铁水脱硫、钢包吹氢、挡渣出钢、钢包喷粉、真空脱气等措施)。其目的是降低钢水中有害杂质、夹杂物、气体等,改变夹杂物形态和数量、均匀成分、提高材质纯度,这对提高不锈钢锅炉管理化性能、工艺试验合格率、改善断口组织有显著效果。

 综上所述的各种原因,往往是同时存在,相互影响,相互起作用,只是在特定条件下可能某个因素起主导作用。为了获得优良材质性能和良好工艺压扁合格率的锅炉钢管,必须采取精料方针、科学的生产工艺、精心操作和严格的规程制度。这些是生产优质产品的先决条件和决定因素。