不銹鋼無(wú)縫管在核電站各零部件中應(yīng)用廣泛，如在堆內(nèi)構(gòu)件及控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用管、主蒸汽管道、一回路輔助系統(tǒng)管道、反應(yīng)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(yīng)用。這些管道大多工作在高溫、高壓、強(qiáng)輻射、腐蝕、潮濕的環(huán)境下，且工作壽命要求長(zhǎng)達(dá)30年，甚至60年。因此核電站用不銹鋼無(wú)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(guò)擠壓或穿孔等熱加工方式加工成荒管，荒管再經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑、冷軋、冷拔、去油、熱處理、壓直、矯直、切管、酸洗、檢驗(yàn)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(fù)以上工序，鋼管中間品經(jīng)過(guò)多道加工變形工藝，最終變?yōu)槌善饭埽善饭苓€需通過(guò)各種檢驗(yàn)和試驗(yàn)，合格后方可供貨給客戶(hù)。
核電站用不銹鋼管制造工藝流程復(fù)雜，容易產(chǎn)生各種缺陷，因此下面我們對(duì)鋼管制造過(guò)程中出現(xiàn)的典型缺陷的特征進(jìn)行歸納總結(jié)，并分析其產(chǎn)生的原因，制定相應(yīng)的目視檢測(cè)質(zhì)量控制方法。
一、目視檢測(cè)方法
不銹鋼無(wú)縫管目視檢測(cè)常用的方法有直接目視檢測(cè)法和間接目視檢測(cè)法。
直接目視檢測(cè)法是直接使用人眼或者使用6倍以下的放大鏡進(jìn)行檢測(cè)，其主要檢測(cè)不銹鋼無(wú)縫管的外表面、管端和內(nèi)表可見(jiàn)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(cè)是輔以光學(xué)儀器或設(shè)備對(duì)工件進(jìn)行間接觀察，如反光鏡、望遠(yuǎn)鏡、內(nèi)窺鏡等，間接目視檢測(cè)應(yīng)具備與直接目視檢測(cè)相當(dāng)?shù)姆直媪Γ渲饕獧z測(cè)不銹鋼無(wú)縫管的內(nèi)表面缺陷，如裂紋、擦傷、腐蝕、銹斑等。
二、目視檢測(cè)的常見(jiàn)缺陷
根據(jù)不銹鋼管的制造工藝流程，通常將目視檢測(cè)大致分為以下3個(gè)階段：
第一階段為荒管的目視檢測(cè)，即在鋼棒剛穿孔或擠壓為鋼管的時(shí)候進(jìn)行目視檢測(cè)；
第二階段為中間品的目視檢測(cè)，每道次冷軋或冷拔工序都需進(jìn)行目視檢測(cè)；
第三階段為成品管的目視檢測(cè)，這個(gè)時(shí)候所有制造工序都已完成，目視檢測(cè)作為出廠前的最后一道檢驗(yàn)工序，通常也是要求最嚴(yán)格的工序。
1. 荒管的常見(jiàn)缺陷
荒管階段鋼材的變形量較大，因此產(chǎn)生的各類(lèi)缺陷也較多，常見(jiàn)的缺陷可以歸納為以下12類(lèi)：
a. 裂紋
鋼棒在加熱過(guò)程中溫度控制不當(dāng)，在一次、二次感應(yīng)加熱溫度過(guò)高、過(guò)燒時(shí)容易產(chǎn)生裂紋；鋼棒中析出夾雜物、潤(rùn)滑劑粘度不合適、擠壓速度過(guò)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(guò)程中容易形成黑條紋。黑條紋一般呈現(xiàn)螺旋狀。
c. 鱗皮
過(guò)厚的氧化皮嵌入表面形成魚(yú)鱗狀缺陷，一般呈現(xiàn)為密集、短小的魚(yú)鱗狀。
d. 凹陷
穿孔或擠壓過(guò)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(jìn)行間接目視檢測(cè)時(shí)，其呈現(xiàn)為黑色陰影。
e. 翹皮
在穿孔或擠壓過(guò)程中局部溫度過(guò)高時(shí)，表層金屬產(chǎn)生撕裂而形成翹皮。
f. 折疊
在穿孔或擠壓過(guò)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(shí)溫度過(guò)高形成氧化皮，酸洗時(shí)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(shí)被壓入管表面形成的鑲面形缺陷。
i. 螺紋印
導(dǎo)板的使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，磨損嚴(yán)重，或者壓力過(guò)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生螺紋印。其為呈螺旋狀，頭尾連接的印記，嚴(yán)重的會(huì)有一定深度。
j. 單邊
穿孔或擠壓時(shí)芯棒定心不準(zhǔn)，導(dǎo)致擴(kuò)孔壁厚不均勻，形成單邊缺陷，可以用超聲測(cè)厚儀進(jìn)行輔助檢測(cè)。
k. 起皮(也稱(chēng)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(jìn)行檢測(cè)時(shí)，其呈現(xiàn)白色痕跡，未破裂時(shí)呈凸起狀，中間是空心的，破裂時(shí)周?chē)星逦钠扑楹圹E。
l. 斜口
在穿孔或擠壓過(guò)程中，端口處形成的斜面。在軋制之前應(yīng)將其切除。
2. 中間品常見(jiàn)缺陷
中間品階段由于工序較多(反復(fù)冷軋、冷拔、熱處理、矯直、酸洗)，因此產(chǎn)生的各類(lèi)缺陷也最多，常見(jiàn)的缺陷可以歸納為以下15類(lèi)：
a. 修磨印
其特點(diǎn)為管面修磨不均勻，無(wú)平滑過(guò)渡，有色差且凹凸不平，粗糙度大。在軋制之前應(yīng)對(duì)修磨印進(jìn)行拋光，防止軋制過(guò)程中產(chǎn)生細(xì)微裂紋。
b. 拋光印
磨輪抖動(dòng)造成拋光不均勻，拋光較深的部位在軋制時(shí)不能去除而形成拋光印。內(nèi)壁通常因難以?huà)伖舛a(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(yùn)過(guò)程中鋼管受力不均勻，導(dǎo)致鋼管彎曲。鋼管越細(xì)越長(zhǎng)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(jiǎn)易方法可以檢測(cè)鋼管的彎曲程度。
d. 未平頭
軋制過(guò)程中受力的影響，鋼管端部截面方向會(huì)產(chǎn)生傾斜，略微彎曲，在下道軋制之前應(yīng)將彎曲截面切除。
e. 壓扁
鋼管在吊運(yùn)或堆放時(shí)，受到重物壓力而產(chǎn)生壓扁現(xiàn)象。壓扁會(huì)造成鋼管表面凹陷變形，通常壁厚越薄越易產(chǎn)生該類(lèi)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(yīng)清洗干凈。由于酸洗時(shí)，內(nèi)壁酸洗液不流動(dòng)，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(jìn)行目視檢測(cè)。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(shí)的變形量過(guò)大，受到的軋制力超過(guò)了極限強(qiáng)度，或者受材料特性的影響，在軋制過(guò)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(shí)由于間距沒(méi)有調(diào)整好，或者壓力過(guò)大會(huì)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(jìn)行目視檢測(cè)時(shí)易于被發(fā)現(xiàn)。
i. 酸漬
第一道酸洗時(shí)殘余酸液沒(méi)有洗干凈，干燥后進(jìn)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(wú)法用水或干布擦除。
j. 過(guò)酸
酸液溫度過(guò)高，濃度太大，或者酸洗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)都會(huì)造成過(guò)酸。過(guò)酸會(huì)造成金屬表面失去金屬光澤，過(guò)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(xì)而貫通全長(zhǎng)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(shí)，鋼管通過(guò)滾輪運(yùn)輸，邊熱處理邊前進(jìn)，而高溫下鋼管較軟，爐子的管輪如有棱角與鋼管接觸，會(huì)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(chēng)為釘眼。
m. 竹節(jié)印
矯直過(guò)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(guò)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(shí)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(yùn)送過(guò)程中因受到外力作用而被擠壓開(kāi)裂或撞擊剝落，外表面氧化皮會(huì)在該過(guò)程中逐漸脫落，但內(nèi)表面大部分氧化皮會(huì)始終以塊狀或粉末狀存在。氧化皮脫落后通常形成一個(gè)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(jiàn)缺陷
成品管階段的目視檢測(cè)是最后一道工序，質(zhì)量控制較嚴(yán)格，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)或客戶(hù)的要求執(zhí)行，某些細(xì)微的缺陷應(yīng)標(biāo)識(shí)并評(píng)定，該階段常見(jiàn)的缺陷可以歸納為以下10類(lèi)：
a. 擦傷
成品鋼管運(yùn)輸時(shí)易產(chǎn)生擦傷缺陷。擦傷通常沿軸向，呈細(xì)長(zhǎng)的槽狀或坑狀。
b. 毛刺
毛刺是成品管鋸切定尺時(shí)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(chē)刀較鈍，其產(chǎn)生振動(dòng)或跳刀時(shí)，會(huì)導(dǎo)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(guò)程中因除去了軋入表面的外來(lái)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(jìn)行目視檢測(cè)時(shí)，凹坑一側(cè)反光呈亮白色，一側(cè)無(wú)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(jiàn)。
f. 裂紋
通常，檢測(cè)成品時(shí)發(fā)現(xiàn)的大多是微裂紋，使用內(nèi)窺鏡檢測(cè)時(shí)，在周?chē)鷱?qiáng)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(guò)酸相似，但是比過(guò)酸更嚴(yán)重，使用內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以觀察到面積狀酸蝕。
h. 碰傷
鋼管吊運(yùn)過(guò)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(diǎn)坑，其在強(qiáng)光下發(fā)出閃亮的金屬光澤。
i. 折疊
拉制時(shí)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(zhǎng)的直線。
j. 銹斑
成品管進(jìn)行水壓試驗(yàn)后，沒(méi)有及時(shí)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(cè)的應(yīng)用
通過(guò)以上對(duì)各制造階段常見(jiàn)缺陷的介紹，可以發(fā)現(xiàn)在不銹鋼管的制造過(guò)程中由于操作或工藝不當(dāng)會(huì)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(duì)表面質(zhì)量要求極高，因此在制造過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)目視檢測(cè)控制其質(zhì)量。
目視檢測(cè)應(yīng)貫穿鋼管的整個(gè)制造過(guò)程，而不是僅僅依靠成品的目視檢測(cè)來(lái)進(jìn)行質(zhì)量控制。比如制造過(guò)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(duì)表面質(zhì)量有影響的工序之后，都應(yīng)設(shè)置目視檢測(cè)環(huán)節(jié)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，并及時(shí)處理，避免后續(xù)加工產(chǎn)生更嚴(yán)重的缺陷。
對(duì)于某些細(xì)微的疑似缺陷或無(wú)法分辨和確認(rèn)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(shí)缺陷，則打磨后其表面可形成金屬光澤，與缺陷背景形成對(duì)比，更易于識(shí)別缺陷的類(lèi)型、大小和方向(見(jiàn)下圖)。
由于在制造過(guò)程中，通過(guò)目視檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的各類(lèi)缺陷在標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中并無(wú)驗(yàn)收判定準(zhǔn)則，所以各公司只能根據(jù)自己的制造工藝和經(jīng)驗(yàn)，擬訂制造過(guò)程中的判定準(zhǔn)則。檢測(cè)時(shí)應(yīng)保留相應(yīng)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(cè)過(guò)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(shí)別缺陷的嚴(yán)重程度。如下圖所示，目視檢測(cè)發(fā)現(xiàn)鋼管外表面有矯直印，但無(wú)法判定其嚴(yán)重程度，此時(shí)輔以?xún)?nèi)窺鏡間接觀察內(nèi)壁時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)矯直印導(dǎo)致內(nèi)壁明顯凸起，且較為嚴(yán)重，由此可以判斷后續(xù)工序已無(wú)法矯正。
在目視檢測(cè)發(fā)現(xiàn)表面質(zhì)量問(wèn)題后，可以利用其他檢測(cè)方法進(jìn)一步判定缺陷。比如在鋼管端部通過(guò)目視檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的單邊缺陷，可以通過(guò)補(bǔ)充超聲測(cè)厚法進(jìn)一步分析缺陷，如在公差范圍內(nèi)，可以通過(guò)后續(xù)軋制工序均勻壁厚；如目視檢測(cè)發(fā)現(xiàn)壓扁、彎曲、偏心等缺陷，可以用通球試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試；如發(fā)現(xiàn)微裂紋缺陷，可以通過(guò)補(bǔ)充滲透檢測(cè)來(lái)進(jìn)一步分析缺陷。
通常在采購(gòu)規(guī)范中對(duì)核電用不銹鋼無(wú)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(wú)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(biāo)樣，通過(guò)目視檢測(cè)標(biāo)樣的結(jié)果來(lái)確定驗(yàn)收依據(jù)。
四、結(jié)語(yǔ)
核電站用不銹鋼無(wú)縫管制造要求高，工序復(fù)雜，產(chǎn)生的缺陷種類(lèi)繁多，各種缺陷特征各不相同。目視檢測(cè)應(yīng)貫穿整個(gè)制造過(guò)程，檢測(cè)人員應(yīng)掌握各種缺陷的特征，嚴(yán)格控制表面質(zhì)量。
另外，應(yīng)注意目視檢測(cè)的局限性，這種方法適合于檢測(cè)表面的宏觀缺陷，對(duì)于部分表面細(xì)微的缺陷以及內(nèi)部的缺陷，還應(yīng)補(bǔ)充滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)以及超聲檢測(cè)等方法進(jìn)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(wú)損檢測(cè)工作。
來(lái)源：《無(wú)損檢測(cè)》2021年5期
