提高HFW钢管合格率的有效措施

左兰兰，孙 鹏，李建刚

（中石化石油工程机械有限公司沙市钢管厂，湖北 荆州 434001）

0 前 言

根据高频焊管生产线的工艺布局及实际生产情况，采用单纯的正火热处理工艺，在每次停车至再次开车热处理温度稳定前，约有5根钢管为热处理不稳定段，按标准要求，这个区间的钢管都要做降级处理。为减少停车造成的损失，一般会尽量将停车位置选在对头焊位置，对头焊缝必须切除。这样一来，每次停车后，除去对头管必须降废外，另外有近4根钢管因热处理不完全要做降级处理。根据经验，热处理不完全的钢管主要体现在冲击韧性差（尤其是低温条件下），达不到标准及技术规格书的要求［1-10］。为减少停车造成的降级管数量，可以尝试每次开机时对其进行补充加热，以期改善焊缝性能，提高因热处理不完全造成的损失。笔者着重对补充加热过的钢管焊缝进行了试验分析，以判断此种方案的可行性，为提高产品的合格率做好基础准备。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

本试验使用的原材料为国内某钢厂生产的L415M热轧管线钢，其化学成分见表1。

表1 L415M管线钢的化学成分 %

1.2 试验设备

用CHT4106万能试验机对试样进行拉伸试验，用NI750F型冲击试验机对所有试样进行夏比冲击试验，用HS600超声波数字探伤仪对试样进行检测，用YAW200-YB型压扁试验机对焊缝试样进行压扁试验，用4XC型光学显微镜观察试样显微组织。所有试样的取样、制备和评定均按照GB/T 9711—2011及其引用标准执行［11］。

1.3 试验方法

本生产线的热处理配置为淬火+回火（调制）模式，工艺布局及取样钢管如图1所示。一般生产采用正火工艺，即只采用1#，2#和3#热处理设备加热。采用补充加热时，每次开车后同时启动4#，5#和6#加热设备。每次停车时，分别在6#热处理设备下方的钢管上做标识，每次开车后，钢管焊缝经1#，2#和3#热处理设备加热到工艺要求温度时，在钢管相应位置做上标识，此标识到达4#加热设备下方时，关闭4#，5#和6#加热设备。所有试验钢管均取自经高频焊机组正常生产的钢管，规格为φ323.9mm×7.1mm，生产速度为20m/min。管号是根据钢管下线后的编号而定，由钢管上标识的位置，可以类推为图1所示的停车时的相应位置，样本管号见表2，分别抽取正常生产时的两组样本来进行试验。所有试样均经过手动超声波检测仪器检验，结果合格。沿钢管生产方向，每根钢管从右到左每间隔3m取一组焊缝拉伸、冲击、金相及压扁试样，编号分别为13703020A，13703020B，13703020C，13703020D和13703020E等，依次类推。

图1 工艺布局及取样钢管示意图

表2 样本管号

2 试验结果及分析

2.1 焊缝拉伸和夏比冲击试验结果分析

第一组夏比冲击试样的加工尺寸为3.3mm× 10mm×55mm，试验温度为-20℃。根据 GB/T 9711—2011PSL2及订单技术规格书要求：焊缝的抗拉强度≥520MPa，焊缝的夏比冲击功（-20℃，全尺寸）单值≥45 J，平均值≥55 J。在本试验条件下，夏比冲击功的单值≥15 J，平均值≥18.2 J。表3为第一组试样的拉伸试验、冲击试验和手动超声波检测结果，由表3可以看出，夏比冲击功的单值最低为50 J，平均值最低为 61 J，均高于技术规格书要求。焊缝的抗拉强度最小值为590MPa，也满足要求。所有试验样本性能稳定，未出现明显差异。

第二组夏比冲击试样加工尺寸5mm×10mm× 55 mm，试验温度为-20℃。根据GB/T 9711—2011 PSL2标准及订单技术规格书要求本试验条件下，夏比冲击功单值≥22.5 J，平均值≥27.5 J。表4为第二组试样的拉伸试验、冲击试验和手动超声波检测结果。由表4可以看出，夏比冲击功的单值最低为 32 J，平均值最低为37 J，焊缝的抗拉强度最小值为570 MPa，所有指标都满足标准要求。其中夏比冲击功的单值最低值和平均值最低值均位于14701066C试样上，而且14701066整根钢管的冲击韧性较其他样本而言都要差。由图1可知，14701065试样为停焊、对头钢管，且对头位置靠近14701066钢管一侧，对头前后的钢管原料质量较差，在成型和焊接时本身也存在不稳定因素，而且对头位置经过热处理感应加热线圈时，需要视对头焊缝质量的好坏，调整线圈的高度，以防撞坏线圈，这样就会造成加热不均匀现象。另外对头前后，焊缝会发生一定偏转，必要时也需要调整感应加热线圈的水平位置，以便跟踪焊缝加热，所以总得来说在对头前后位置处，影响焊接和热处理质量的因素较多且复杂，控制起来也相对困难。除14701066试样外，所有试样性能稳定，未出现明显差异。

表3 第一组试样焊缝拉伸和夏比冲击试验结果

表4 第二组试样焊缝拉伸和夏比冲击试验结果

续表

2.2 焊缝的显微组织分析

焊缝的金相组织分析以试样 13703021D，13703022E，14701062C，14701063C，14701066A， 14701066B，14701066C，14701066D和14701066E为代表，如图2所示。

由图2可知，试样13703021D和14701062C为热处理合格段，有重复加热的过程，但并未影响其显微组织。从表3和表4的数据看，其各项性能指标也未有明显变化。

试样13703022E和14701063C是停车时位于1#，2#和3#热处理设备下方的钢管区间，属于热处理不合格管段。从金相分析可以看出，经4#，5#和6#热处理设备补充加热后，显微组织中不存在焊态组织，主要为铁素体+珠光体，晶粒大小均匀。说明经过补充加热后，可以实现对焊缝进行完全热处理的效果。从表3和表4的数据也可以看出，力学性能均满足技术要求。

1470106试验管是起焊后经1#，2#和 3#加热后温度未达到工艺要求的管段，金相分析显示经 4#， 5#和 6#热处理设备补充加热后，14701066A、14701066B和14701066C试样的显微组织中存在大量魏氏组织［12］，产生魏氏组织的原因可能是因为对头焊缝经过1#，2#和3#热处理设备加热时，因调整感应线圈的位置及输入功率，造成此区间钢管过热，再经过4#，5#和6#热处理设备的补充加热，更加深了过热的程度。

图2 试验用HFW钢管焊缝显微组织

从14701066D和14701066E试样的金相分析可以看出，此时显微组织主要为铁素体+珠光体，而没有过热组织。从表4中得到的夏比冲击吸收功的数值也可以看出，过热的魏氏组织是影响焊缝低温冲击韧性的重要因素之一。说明对头位置存在热处理温度的波动阶段，对焊缝的显微组织有影响，但经过及时调整后，控制好1#，2#和3#热处理设备的加热温度，并与4#，5#和6热处理设备补充加热温度相互配合，仍然能够达到对焊缝进行完全热处理的效果。

3 结 论

（1）试验结果表明，经4#，5#和6#热处理设备补充加热后，焊缝的抗拉强度、-20℃低温冲击韧性、无损检测结果均满足GB/T 9711— 2011 PSL2及订单技术规格书的要求。说明补充加热措施可以改善焊缝的综合力学性能，在实际生产中有一定可行性，对于提高产品的合格率有一定帮助。

（2）金相分析显示，在稳定生产过程中，焊缝的显微组织主要为铁素体+珠光体，无焊态组织，整体焊缝组织均匀，说明焊缝经过了良好的热处理。

（3）对于对头停焊前后位置的钢管，因实际生产过程中成型、焊接和热处理是一个波动变化过程，影响焊缝质量的因素众多，也很复杂，只能从实践中不断积累经验，尽量控制此区段的钢管生产的稳定性，减小波动范围，从而降低产品的不合格率。

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