不銹鋼無縫管在核電站各零部件中應用廣泛，如在堆內(nèi)構(gòu)件及控制棒驅(qū)動機構(gòu)用管、主蒸汽管道、一回路輔助系統(tǒng)管道、反應堆冷卻劑管道、余熱排出系統(tǒng)傳熱管、燃料組件用管等結(jié)構(gòu)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(huán)境下，且工作壽命要求長達30年，甚至60年。因此核電站用不銹鋼無縫管的質(zhì)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(jīng)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(guī)格的中間品，然后在變形量允許范圍內(nèi)多次重復以上工序，鋼管中間品經(jīng)過多道加工變形工藝，最終變?yōu)槌善饭?，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(chǎn)生各種缺陷，因此下面我們對鋼管制造過程中出現(xiàn)的典型缺陷的特征進行歸納總結(jié)，并分析其產(chǎn)生的原因，制定相應的目視檢測質(zhì)量控制方法。
一、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(nèi)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(nèi)窺鏡等，間接目視檢測應具備與直接目視檢測相當?shù)姆直媪?，其主要檢測不銹鋼無縫管的內(nèi)表面缺陷，如裂紋、擦傷、腐蝕、銹斑等。
二、目視檢測的常見缺陷
根據(jù)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。
1. 荒管的常見缺陷
荒管階段鋼材的變形量較大，因此產(chǎn)生的各類缺陷也較多，常見的缺陷可以歸納為以下12類：
a. 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(chǎn)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(chǎn)生裂紋。裂紋一般呈直線狀，兩頭有尖角。
b. 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(xiàn)螺旋狀。
c. 鱗皮
過厚的氧化皮嵌入表面形成魚鱗狀缺陷，一般呈現(xiàn)為密集、短小的魚鱗狀。
d. 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(xiàn)，表面低于金屬本體，在使用內(nèi)窺鏡進行間接目視檢測時，其呈現(xiàn)為黑色陰影。
e. 翹皮
在穿孔或擠壓過程中局部溫度過高時，表層金屬產(chǎn)生撕裂而形成翹皮。
f. 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。折疊通常出現(xiàn)在荒管內(nèi)表面，其形貌為一側(cè)被壓平緊貼在金屬表面、一側(cè)相互連接。
g. 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(xiàn)為不規(guī)則的灰黑色塊狀，表面較粗糙。
h. 結(jié)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。
i. 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(chǎn)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。
j. 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。
k. 起皮(也稱氣泡)
不銹鋼管內(nèi)壁氣體膨脹在表面形成的凸起。起皮通常出現(xiàn)在鋼管內(nèi)壁，用內(nèi)窺鏡進行檢測時，其呈現(xiàn)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。
l. 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. 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(chǎn)生的各類缺陷也最多，常見的缺陷可以歸納為以下15類：
a. 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。在軋制之前應對修磨印進行拋光，防止軋制過程中產(chǎn)生細微裂紋。
b. 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(nèi)壁通常因難以拋光而產(chǎn)生的拋光印較多，其形狀為一圈一圈的圓形痕跡。
c. 彎曲
調(diào)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(chǎn)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。
d. 未平頭
軋制過程中受力的影響，鋼管端部截面方向會產(chǎn)生傾斜，略微彎曲，在下道軋制之前應將彎曲截面切除。
e. 壓扁
鋼管在吊運或堆放時，受到重物壓力而產(chǎn)生壓扁現(xiàn)象。壓扁會造成鋼管表面凹陷變形，通常壁厚越薄越易產(chǎn)生該類缺陷。
f. 氧化皮
氧化皮在中間品熱處理階段產(chǎn)生，在下道軋制前應清洗干凈。由于酸洗時，內(nèi)壁酸洗液不流動，所以氧化皮難以被清洗干凈，且內(nèi)壁清洗情況不易觀察到，只能在酸洗結(jié)束后再用內(nèi)窺鏡進行目視檢測。氧化皮通常大面積出現(xiàn)，呈灰黑色的不規(guī)則形狀。
g. 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(chǎn)生裂紋。裂紋為直線狀，在酸洗鈍化后，其邊緣有黃色銹斑。
h. 矯直印
中間品在矯直時由于間距沒有調(diào)整好，或者壓力過大會產(chǎn)生矯直印。矯直印一般呈現(xiàn)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(fā)現(xiàn)。
i. 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(xiàn)為水污痕跡，但是無法用水或干布擦除。
j. 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。
k. 劃痕
因制造模具或芯棒粘有硬質(zhì)金屬塊而使管表面產(chǎn)生細而貫通全長的直道劃痕，有翹起現(xiàn)象。通常中間品外表面劃痕較多。
l. 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(chǎn)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。
m. 竹節(jié)印
矯直過程中壓輪損傷產(chǎn)生的尖銳部位與鋼管表面摩擦產(chǎn)生的擦傷。竹節(jié)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(fā)亮白色竹節(jié)狀。
n. 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。管端分層方向與鋼管表面平行，軋制時容易翹起，演變?yōu)槁N皮。
o. 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(nèi)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(nèi)的顏色與金屬表面顏色不一致，呈深灰色。
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(zhì)量控制較嚴格，應按照標準或客戶的要求執(zhí)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：
a. 擦傷
成品鋼管運輸時易產(chǎn)生擦傷缺陷。擦傷通常沿軸向，呈細長的槽狀或坑狀。
b. 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。
c. 坡口不良
倒坡口使用的車刀較鈍，其產(chǎn)生振動或跳刀時，會導致坡口成型不良，通常表現(xiàn)為坡口表面不光滑，粗糙度較大。
d. 凹坑
在生產(chǎn)過程中因除去了軋入表面的外來物質(zhì)而留下的凹痕。一般凹坑形狀不規(guī)則，輪廓清晰，且有一定的深度。使用內(nèi)窺鏡進行目視檢測時，凹坑一側(cè)反光呈亮白色，一側(cè)無反光呈暗黑色輪廓狀。
e. 劃痕
通常成品管內(nèi)表面劃痕較常見。
f. 裂紋
通常，檢測成品時發(fā)現(xiàn)的大多是微裂紋，使用內(nèi)窺鏡檢測時，在周圍強白光的背景下，其呈現(xiàn)為黑色的絲狀影像。
g. 腐蝕
其產(chǎn)生原因與過酸相似，但是比過酸更嚴重，使用內(nèi)窺鏡進行檢測時，可以觀察到面積狀酸蝕。
h. 碰傷
鋼管吊運過程中與其他物體碰撞產(chǎn)生。一般整捆鋼管都是在同一位置產(chǎn)生微小的點坑，其在強光下發(fā)出閃亮的金屬光澤。
i. 折疊
拉制時產(chǎn)生的裂紋、軋傷或擦傷，在后續(xù)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(xiàn)一條較長的直線。
j. 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(guī)則，成塊出現(xiàn)，表面粗糙且發(fā)黃。
三、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(fā)現(xiàn)在不銹鋼管的制造過程中由于操作或工藝不當會產(chǎn)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(huán)境特殊，對表面質(zhì)量要求極高，因此在制造過程中，應通過目視檢測控制其質(zhì)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(zhì)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(chǎn)生表面缺陷，因此在每次完成對表面質(zhì)量有影響的工序之后，都應設置目視檢測環(huán)節(jié)，以及時發(fā)現(xiàn)缺陷，并及時處理，避免后續(xù)加工產(chǎn)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(見下圖)。
由于在制造過程中，通過目視檢測發(fā)現(xiàn)的各類缺陷在標準或規(guī)范中并無驗收判定準則，所以各公司只能根據(jù)自己的制造工藝和經(jīng)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(jù)。以起皮缺陷為例，參考圖譜如下圖所示。
在目視檢測過程中，利用直接目視和間接目視相結(jié)合的方式，更有利于識別缺陷的嚴重程度。如下圖所示，目視檢測發(fā)現(xiàn)鋼管外表面有矯直印，但無法判定其嚴重程度，此時輔以內(nèi)窺鏡間接觀察內(nèi)壁時，可以發(fā)現(xiàn)矯直印導致內(nèi)壁明顯凸起，且較為嚴重，由此可以判斷后續(xù)工序已無法矯正。
在目視檢測發(fā)現(xiàn)表面質(zhì)量問題后，可以利用其他檢測方法進一步判定缺陷。比如在鋼管端部通過目視檢測發(fā)現(xiàn)的單邊缺陷，可以通過補充超聲測厚法進一步分析缺陷，如在公差范圍內(nèi)，可以通過后續(xù)軋制工序均勻壁厚；如目視檢測發(fā)現(xiàn)壓扁、彎曲、偏心等缺陷，可以用通球試驗進行測試；如發(fā)現(xiàn)微裂紋缺陷，可以通過補充滲透檢測來進一步分析缺陷。
通常在采購規(guī)范中對核電用不銹鋼無縫管的最終熱處理氧化色和表面清潔度有一定的要求。這些要求一般無法量化，因此通常在熱處理階段和最終成品階段各截取一段鋼管作為標樣，通過目視檢測標樣的結(jié)果來確定驗收依據(jù)。
四、結(jié)語
核電站用不銹鋼無縫管制造要求高，工序復雜，產(chǎn)生的缺陷種類繁多，各種缺陷特征各不相同。目視檢測應貫穿整個制造過程，檢測人員應掌握各種缺陷的特征，嚴格控制表面質(zhì)量。
另外，應注意目視檢測的局限性，這種方法適合于檢測表面的宏觀缺陷，對于部分表面細微的缺陷以及內(nèi)部的缺陷，還應補充滲透檢測、渦流檢測以及超聲檢測等方法進一步分析缺陷。
作者：朱鎮(zhèn)，江華
工作單位：浙江久立特材科技股份有限公司
第一作者：朱鎮(zhèn)，工程師，主要從事金屬材料和結(jié)構(gòu)件的無損檢測工作。
來源：《無損檢測》2021年5期
