氣瓶內表面“帶狀凹坑”缺陷成因分析

童宗圣,尹人潔,鄧躍剛,王婀娜,鄢 勇,張 濤,彭海龍

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,四川成都 610303)

氣瓶內表面“帶狀凹坑”缺陷成因分析

童宗圣,尹人潔,鄧躍剛,王婀娜,鄢 勇,張 濤,彭海龍

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,四川成都 610303)

氣瓶廠家在用精拔高壓氣瓶無縫鋼管制作CNG-2車載壓縮天然氣高壓氣瓶時,在收口熱處理噴砂后用內窺鏡檢查時發現,氣瓶內表面呈縱向分布著“帶狀凹坑”缺陷,該缺陷對氣瓶的疲勞壽命有影響。通過對該缺陷的宏觀及微觀分析、對無縫鋼管坯料、冷拔工藝等跟蹤試驗,找到了氣瓶內表面呈縱向分布的“帶狀凹坑”缺陷特征和形成原因,提出了預防措施。

“帶狀凹坑”;熱軋;冷拔;鋼管;內表面

1 引言

CNG-2車載壓縮天然氣瓶均采用精拔無縫鋼管制造,具有內外表面質量好、壁厚均勻、成材率高等優點[1]。由于高壓氣瓶使用的特殊性,對氣瓶本身的壁厚精度、內外表面質量要求高。尤其是內表面光潔度,直接影響氣瓶的使用壽命。氣瓶內表面縱向分布的“帶狀凹坑”缺陷,將縮短氣瓶的疲勞壽命,不能滿足使用要求。為了找到氣瓶內表面“帶狀凹坑”缺陷產生的原因,開展了一系列研究與分析。

2 氣瓶生產工藝

鋼坯→熱軋→熱軋管坯→冷拔→冷拔管→加工成氣瓶→內外表面噴砂(丸)→內外表面檢查→噴印包裝

3 缺陷表現形式及分析

3.1 宏觀形貌

氣瓶廠家在用精拔高壓氣瓶無縫鋼管制作高壓氣瓶時,在收口熱處理噴砂后用內窺鏡檢查時發現,氣瓶內表面呈縱向分布著“帶狀凹坑”缺陷,宏觀形貌見圖1～2所示。

圖1 氣瓶內表面“帶狀凹坑”宏觀形貌

圖2 氣瓶內表面“帶狀凹坑”宏觀形貌

3.2 微觀分析

3.2.1 金相分析

在“凹坑”缺陷氣瓶上截取橫向金相試樣,經磨制、拋光,在金相顯微鏡下觀察后發現:該缺陷呈“凹坑”狀,最大深度約為0.2 mm;缺陷處無高溫氧化現象,無大型非金屬夾雜物(見圖3)。經飽和苦味酸水溶液浸蝕后,顯示基體金相組織為回火索氏體,缺陷旁側無明顯脫碳,未發現異常組織流線(見圖4)。

圖3 缺陷整體形貌(100×)

圖4 缺陷周圍的金相組織(100×)

綜合宏觀形貌及微觀組織特征分析,表明該氣瓶內表面“凹坑”缺陷非鋼質缺陷所致[2]。

3.2.2 掃描電鏡分析

對缺陷試樣進行掃描電鏡分析,其電子圖像見圖5。

觀察缺陷形態,發現該缺陷不具備酸洗腐蝕坑的典型特征;對缺陷內部及旁側進行化學成分分析后,未發現異常情況。分析結果表明該缺陷不是腐蝕坑。

4 缺陷查找

由于氣瓶從熱軋管坯到最終成品先后經過了多個冷熱加工工序及酸洗、調質熱處理等工序,氣瓶缺陷的宏觀形貌及微觀特征較其原始狀態已發生了較大的變化。因此,為了準確找出該缺陷的形成原因,除了對缺陷進行金相、掃描電鏡分析外,還采取逆向分析溯源的查找方法,檢查了熱軋管坯、冷拔管坯內表面質量狀況。

圖5 氣瓶內表面“凹坑”狀缺陷的電子圖像

根據生產工藝流程,首先在與缺陷氣瓶相對應的同一時期生產的冷拔無縫鋼管上查找,為了能夠清楚觀察內表面情況,將冷拔鋼管進行內噴砂,檢查發現:在冷拔鋼管內表面呈縱向分布有“帶狀凹坑”缺陷,且與氣瓶內表面凹坑缺陷形貌與分布規律一致。

然后,又在相對應的熱軋管坯上查找,將熱軋管坯進行內噴砂,檢查發現:在熱軋鋼管內表面依然呈縱向分布有“帶狀凹坑”缺陷。為了摸索熱軋鋼管內表面分布的“帶狀凹坑”缺陷經過冷拔后的變化情況,開展了相關試驗。

5 試驗

5.1 實驗方案

選取40支內表面分布著“帶狀凹坑”的熱軋鋼管,將40支鋼管平均分為A、B兩部分,各20支,在缺陷對應位置作好標記,并采取以下兩種試驗方案進行試驗。

方案一:A部分鋼管內表面缺陷不修磨直接進行冷拔。

方案二:B部分鋼管將缺陷修磨干凈后再進行冷拔。

兩種試驗方案冷拔工藝完全相同,冷拔減壁量2.5 mm。鋼管冷拔后進行噴砂,然后檢查鋼管內表面質量狀況。

5.2 A部分鋼管內表面缺陷變化狀況

熱軋鋼管內表面“帶狀凹坑”缺陷經冷拔后在相應的局部位置缺陷仍然存在,缺陷有所改善,但無法完全消除,見圖6～7。

圖6 鋼管冷拔前內表面缺陷形貌

圖7 鋼管冷拔后內表面缺陷形貌

5.3 B部分鋼管內表面缺陷變化狀況

原熱軋管坯內表面存在“帶狀凹坑”缺陷,但將缺陷修磨干凈后再進行冷拔,冷拔后未發現缺陷,見圖8～9。

圖8 鋼管冷拔前內表面形貌

圖9 鋼管冷拔后內表面缺陷形貌

結果表明,冷拔鋼管內表面“帶狀凹坑”缺陷不是冷拔過程中產生。

綜上所述,冷拔鋼管內表面“帶狀凹坑”缺陷不是冷拔過程中產生,而是由熱軋管坯帶來。

6 結論及預防措施

通過對氣瓶內表面“帶狀凹坑”缺陷進行分析、試驗,表明該氣瓶內表面“帶狀凹坑”缺陷由原熱軋鋼管帶來。熱軋鋼管內表面“帶狀凹坑”缺陷經過冷拔后,在一定減壁量下,缺陷有所改善,但不能消除。該缺陷可以通過冷拔前酸洗后進行逐支檢查,發現后修磨干凈,再進入下工序進行冷拔,用此冷拔鋼管制成的氣瓶就不會出現類似的缺陷。

[1] 嚴澤生.高壓氣瓶管的研制與開發[J].鋼管, 1999,34(1):23-25.

[2] 成海濤.無縫鋼管缺陷與預防[M].四川:四川科學技術出版社,2007:60-66.

Cause of“Strip Pit”Defects Within the Cylinder Surface Analysis

TONG Zong-sheng,YIN Ren-jie,DENG Yue-gang,
WANG E-na,YAN Yong,ZHANG Tao,PENG Hai-long
(Pangang Group Chengdu Steel&Vanadium Co.,Ltd.,Chengdu 610303,Sichuan,China)

When the cylinder manufacturers use fine drawing seamless steel high pressure cylinders produced CNG high pressure cylinders,After shut blast and heat treatment use endoscope inspection found the inner surface of the cylinder vertical distribution of“strip pit”defects, the defects affect the fatigue life.Through the macro and micro analysis of defects on seamless steel billet,drawing technology and other tracking test,found the inner cylinder surface is vertical distribution of“strip pit”defect characteristics and causes,and recommending preventive measures.

strip pit,hot rolling,cold drawn,the inner surface

TG335.71

A

童宗圣,工程師,主要從事新產品研發工作。