核電站用不銹鋼無縫管制造過程中的目視檢測

朱 鎮，江 華

(浙江久立特材科技股份有限公司, 湖州 313000)

不銹鋼無縫管在核電站各零部件中應用廣泛，如在堆內構件及控制棒驅動機構用管、主蒸汽管道、一回路輔助系統管道、反應堆冷卻劑管道、余熱排出系統傳熱管、燃料組件用管等結構中都有應用。這些管道大多工作在高溫、高壓、強輻射、腐蝕、潮濕的環境下，且工作壽命要求長達30 a，甚至60 a。因此核電站用不銹鋼無縫管的質量要求極高，其最終成品的表面不允許有任何毛刺、凹坑、劃傷、折疊等缺陷。

核電站用不銹鋼管是由鋼棒通過擠壓或穿孔等熱加工方式加工成荒管，荒管再經過潤滑、冷軋、冷拔、去油、熱處理、壓直、矯直、切管、酸洗、檢驗等工序處理成為另一種規格的中間品，然后在變形量允許范圍內多次重復以上工序，鋼管中間品經過多道加工變形工藝，最終變為成品管，成品管還需通過各種檢驗和試驗，合格后方可供貨給客戶。

核電站用不銹鋼管制造工藝流程復雜，容易產生各種缺陷，因此，文章對鋼管制造過程中出現的典型缺陷的特征進行歸納總結，并分析其產生的原因，制定了相應的目視檢測質量控制方法。

1 目視檢測方法

不銹鋼無縫管目視檢測常用的方法有直接目視檢測法和間接目視檢測法。直接目視檢測法是直接使用人眼或者使用6倍以下的放大鏡進行檢測，其主要檢測不銹鋼無縫管的外表面、管端和內表可見部位的表面缺陷，如裂紋、折疊、凹陷、管端分層等。間接目視檢測是輔以光學儀器或設備對工件進行間接觀察，如反光鏡、望遠鏡、內窺鏡等，間接目視檢測應具備與直接目視檢測相當的分辨力，其主要檢測不銹鋼無縫管的內表面缺陷，如裂紋、擦傷、腐蝕、銹斑等。

2 目視檢測的常見缺陷

根據不銹鋼管的制造工藝流程，通常將目視檢測大致分為以下3個階段。第一階段為荒管的目視檢測，即在鋼棒剛穿孔或擠壓為鋼管的時候進行目視檢測；第二階段為中間品的目視檢測，每道次冷軋或冷拔工序都需進行目視檢測；第三階段為成品管的目視檢測，這個時候所有制造工序都已完成，目視檢測作為出廠前的最后一道檢驗工序，通常也是要求最嚴格的工序。

2.1 荒管的常見缺陷

荒管階段鋼材的變形量較大，因此產生的各類缺陷也較多，常見的缺陷可以歸納為以下12類。部分荒管常見的缺陷形貌如圖1所示。

圖1 部分荒管常見的缺陷形貌

(1) 裂紋。鋼棒在加熱過程中溫度控制不當，在一次、二次感應加熱溫度過高、過燒時容易產生裂紋；鋼棒中析出夾雜物、潤滑劑粘度不合適、擠壓速度過快等原因都容易使鋼棒產生裂紋。裂紋一般呈直線狀，兩頭有尖角。

(2) 黑條紋。鋼棒表面剝皮不干凈，遺留的表層氧化皮在穿孔或擠壓的過程中容易形成黑條紋。黑條紋一般呈現螺旋狀。

(3) 鱗皮。過厚的氧化皮嵌入表面形成魚鱗狀缺陷，一般呈現為密集、短小的魚鱗狀[1]。

(4) 凹陷。穿孔或擠壓過程中多余異物被壓入鋼棒后表面形成凹陷。凹陷一般面積較大，或成片出現，表面低于金屬本體，在使用內窺鏡進行間接目視檢測時，其呈現為黑色陰影。

(5) 翹皮。在穿孔或擠壓過程中局部溫度過高時，表層金屬產生撕裂而形成翹皮。

(6) 折疊。在穿孔或擠壓過程中，金屬被疊壓在金屬表面上又未熔合成牢固的金屬，從而形成折疊[2]。折疊通常出現在荒管內表面，其形貌為一側被壓平緊貼在金屬表面、一側相互連接。

(7) 氧化皮。穿孔或擠壓時溫度過高形成氧化皮，酸洗時其未被清洗干凈而呈現為不規則的灰黑色塊狀，表面較粗糙[3]。

(8) 結疤。粘附在管坯上的金屬在拉拔時被壓入管表面形成的鑲面形缺陷。

(9) 螺紋印。導板的使用時間過長，磨損嚴重，或者壓力過大時會產生螺紋印。其為呈螺旋狀，頭尾連接的印記，嚴重的會有一定深度。

(10) 單邊。穿孔或擠壓時芯棒定心不準，導致擴孔壁厚不均勻，形成單邊缺陷，可以用超聲測厚儀進行輔助檢測。

(11) 起皮(也稱氣泡)：鋼管內壁氣體膨脹在表面形成的凸起。起皮通常出現在鋼管內壁，用內窺鏡進行檢測時，其呈現白色痕跡，未破裂時呈凸起狀，中間是空心的，破裂時周圍有清晰的破碎痕跡。

(12) 斜口：在穿孔或擠壓過程中，端口處形成的斜面。在軋制之前應將其切除。

2.2 中間品常見缺陷

中間品階段由于工序較多(反復冷軋、冷拔、熱處理、矯直、酸洗)，因此產生的各類缺陷也最多，常見的缺陷可以歸納為以下15類。

(1) 修磨印。其特點為管面修磨不均勻，無平滑過渡，有色差且凹凸不平，粗糙度大(見圖2)。在軋制之前應對修磨印進行拋光，防止軋制過程中產生細微裂紋。

圖2 修磨印形貌

(2) 拋光印。磨輪抖動造成拋光不均勻，拋光較深的部位在軋制時不能去除而形成拋光印。內壁通常因難以拋光而產生的拋光印較多，其形狀為一圈一圈的圓形痕跡(見圖3)。

圖3 拋光印形貌

(3) 彎曲。調運過程中鋼管受力不均勻，導致鋼管彎曲。鋼管越細越長越容易產生彎曲，從端部沿軸向觀察，或者使用拉直線的簡易方法可以檢測鋼管的彎曲程度。

(4) 未平頭。軋制過程中受力的影響，鋼管端部截面方向會產生傾斜，略微彎曲，在下道軋制之前應將彎曲截面切除。

(5) 壓扁。鋼管在吊運或堆放時，受到重物壓力而產生壓扁現象。壓扁會造成鋼管表面凹陷變形，通常壁厚越薄越易產生該類缺陷。

(6) 氧化皮。氧化皮在中間品熱處理階段產生，在下道軋制前應清洗干凈。由于酸洗時，內壁酸洗液不流動，所以氧化皮難以被清洗干凈，且內壁清洗情況不易觀察到，只能在酸洗結束后再用內窺鏡進行目視檢測。氧化皮通常大面積出現，呈灰黑色的不規則形狀。

(7) 裂紋。中間品軋制時的變形量過大，受到的軋制力超過了極限強度，或者受材料特性的影響，在軋制過程中極易產生裂紋。裂紋為直線狀，在酸洗鈍化后，其邊緣有黃色銹斑。中間品外表面裂紋及端部裂紋的形貌如圖4所示。

圖4 中間品外表面裂紋及端部裂紋形貌

(8) 矯直印。中間品在矯直時由于間距沒有調整好，或者壓力過大會產生矯直印。矯直印一般呈現斜螺紋狀，可能有一定的深度，在矯直工序后進行目視檢測時易于被發現。

(9) 酸漬。第一道酸洗時殘余酸液沒有洗干凈，干燥后進行第二道清洗后殘留的痕跡。酸漬呈現為水污痕跡，但是無法用水或干布擦除。

(10) 過酸。酸液溫度過高，濃度太大，或者酸洗時間過長都會造成過酸。過酸會造成金屬表面失去金屬光澤，過酸部位表面呈雪花狀。

(11) 劃痕。因制造模具或芯棒粘有硬質金屬塊而使管表面產生細而貫通全長的直道劃痕，有翹起現象。通常中間品外表面劃痕較多。

(12) 釘眼。在線熱處理時，鋼管通過滾輪運輸，邊熱處理邊前進，而高溫下鋼管較軟，爐子的管輪如有棱角與鋼管接觸，會在鋼管上產生等間隔的成直線排列的有一定深度的小凹坑，這些凹坑稱為釘眼[4]。

(13) 竹節印。矯直過程中壓輪損傷產生的尖銳部位與鋼管表面摩擦產生的擦傷。竹節印一般呈等間距分布，整只鋼管都有擦傷痕跡,深度較淺，在燈光下呈發亮白色竹節狀(見圖5)。

圖5 竹節印缺陷形貌

(14) 管端分層。位于管坯端口的缺陷在制造過程中被壓扁延伸至端面，形成管端分層缺陷(見圖6)。管端分層方向與鋼管表面平行，軋制時容易翹起，演變為翹皮。

圖6 管端分層缺陷形貌

(15) 夾灰。鋼管表面的氧化皮在矯直及運送過程中因受到外力作用而被擠壓開裂或撞擊剝落，外表面氧化皮會在該過程中逐漸脫落，但內表面大部分氧化皮會始終以塊狀或粉末狀存在。氧化皮脫落后通常形成一個小而淺的凹坑，凹坑內的顏色與金屬表面顏色不一致，呈深灰色。

2.3 成品管常見缺陷

成品管階段的目視檢測是最后一道工序，質量控制較嚴格，應按照標準或客戶的要求執行，某些細微的缺陷應標識并評定，該階段常見的缺陷可以歸納為以下10類。

(1) 擦傷。成品鋼管運輸時易產生擦傷缺陷。擦傷通常沿著軸向方向，呈細長的槽狀或坑狀(見圖7)。

圖7 擦傷缺陷形貌

(2) 毛刺。毛刺是成品管鋸切定尺時殘留的金屬皮。通常呈條狀，尾部與鋼管端部連接在一起。

(3) 坡口不良。倒坡口使用的車刀較鈍，其產生振動或跳刀時，會導致坡口成型不良，通常表現為坡口表面不光滑，粗糙度較大(見圖8)。

圖8 坡口不良形貌

(4) 凹坑。在生產過程中因除去了軋入表面的外來物質而留下的凹痕。一般凹坑形狀不規則，輪廓清晰，且有一定的深度。使用內窺鏡進行目視檢測時，凹坑一側反光呈亮白色，一側無反光呈暗黑色輪廓狀。

(5) 劃痕。通常成品管內表面劃痕較常見。

(6) 裂紋。通常，檢測成品時發現的大多是微裂紋，使用內窺鏡檢測時，在周圍強白光的背景下，其呈現為黑色的絲狀影像(見圖9)。

圖9 微裂紋形貌

(7) 腐蝕。其產生原因與過酸相似，但是比過酸更嚴重，使用內窺鏡進行檢測時，可以觀察到面積狀酸蝕。

(8) 碰傷。鋼管吊運過程中與其他物體碰撞產生。一般整框鋼管都是在同一位置產生微小的點坑，其在強光下發出閃亮的金屬光澤。

(9) 折疊。拉制時產生的裂紋、扎傷、或擦傷，在后續的冷軋工序中被疊壓在管表面上卻未熔合成牢固的金屬而形成折疊。成品管上折疊的金屬量較少，一般沿著軸向呈現一條較長的直線。

(10) 銹斑。成品管進行水壓試驗后，沒有及時清除的殘留水在被鐵離子污染后形成鐵銹。其形狀不規則，成塊出現，表面粗糙且發黃(見圖10)。

圖10 銹斑缺陷形貌

3 目視檢測的應用

通過以上對各制造階段常見缺陷的介紹，可以發現在不銹鋼管的制造過程中由于操作或工藝不當會產生各種各樣的表面缺陷，而核電站用不銹鋼管由于其使用環境特殊，對表面質量要求極高，因此在制造過程中，應通過目視檢測控制其質量。

目視檢測應貫穿鋼管的整個制造過程，而不是僅僅依靠成品的目視檢測來進行質量控制。比如制造過程中冷軋、冷拔、熱處理、矯直、酸洗等工序都極易產生表面缺陷，因此在每次完成對表面質量有影響的工序之后，都應設置目視檢測環節，以及時發現缺陷，并及時處理，避免后續加工產生更嚴重的缺陷。

對于某些細微的疑似缺陷或無法分辨和確認的顯示，可以采取輕微打磨的方式輔助判斷。若是虛假缺陷，則打磨后可以輕易去除；若是真實缺陷，則打磨后其表面可形成金屬光澤，與缺陷背景形成對比，更易于識別缺陷的類型、大小和方向(見圖11)。

圖11 打磨后裂紋缺陷的顯示

由于在制造過程中，通過目視檢測發現的各類缺陷在標準或規范中并無驗收判定準則，所以各公司只能根據自己的制造工藝和經驗，擬訂制造過程中的判定準則。檢測時應保留相應的圖譜，以便作為參考依據。以起皮缺陷為例，參考圖譜如圖12所示。

圖12 起皮缺陷參考圖譜

在目視檢測過程中，利用直接目視和間接目視法相結合的方式，更有利于識別缺陷的嚴重程度。矯直印缺陷形貌如圖13所示，目視檢測發現鋼管外表面有矯直印，但無法判定其嚴重程度，此時輔以內窺鏡間接觀察內壁時，可以發現矯直印導致內壁明顯凸起，且較為嚴重，由此可以判斷后續工序已無法矯正。

圖13 矯直印缺陷形貌