不锈钢钢管的表面瑕疵对其耐腐蚀性能有重要影响

方管协会本报讯：不锈钢钢管的表面瑕疵对其耐腐蚀性能有重要影响，这是一般用户最容易关注的外观质量问题，也是国内供需双方最常发生争执的焦点。这个问题国外生产中同样存在，因此各国标准均对此做了规定，其中以美国ASTMA376/A376M标准中的叙述最详尽，其精整工艺和外观部分的内容如下。（1）不锈钢钢管制造商应仔细检查数量足够多的表面瑕疵并提供已对其深度做出恰当评估的保证，在遵守以下（2）节保证的前提下无需对全部表面瑕疵作仔细检查。（2）穿透深度大于公称壁厚12.5，或使最小壁厚难以保证的表面瑕疵应该定为缺陷，有缺陷的不锈钢钢管应做处理；①用磨削的方法除去这些缺陷并保证壁厚在规定范围内；②按以下（6）节所述用焊接方法修复；③在所要求供货的长度极限之内时把有缺陷的那一段切除；④判废。（3）不锈钢钢管制造商应磨除以下瑕疵；①深度大于1.6mm的机械压痕、擦伤及凹坑等瑕疵，这里所指的压痕和擦伤包括钢缆压痕、凹坑、辊痕、球形刮伤、刻痕、模压痕等；②深度大于5，公称壁厚并按以上（1）节所述仔细检查出的通常称为结疤、皱纹、折叠、划口或裂口之类的目测表面瑕疵。（4）若表面瑕疵虽然在上述（2）节所述可接受范围之内，但不是零星出现，而是在超过精整能考虑的大范围内出现时用户有权拒收。这类不锈钢钢管的处置应由供需双方商定。（5）当磨除瑕疵或缺陷后，应保持不锈钢钢管光滑的曲面并使壁厚不会降低到本标准允许的数值之下。磨削点的外径可能因所磨除的量而减小。可以用机械卡规或经过检验的无损检测装置来测定壁厚。有争议时，应以卡规为准。（6）仅在用户许可时才允许按ASTMA999/A999M标准规定进行焊接修复。（7）所交付不锈钢钢管应足够直。（8）不锈钢钢管应无氧化皮和铁粒子玷污。光亮退火处理过的不锈钢钢管不强制酸洗、喷丸或表面精整。用户可以要求做钝化处理。美国的其他标准大多只有上述（2）、（7）、（8）条的内容，但ASTMA511、A554中对可以不磨除的要求更为宽松。欧洲标准中对外观的要求也跟美国的大多数标准相近。值得注意的是日本的不锈钢钢管标准对外观要求均十分简单，而我国的所有不锈钢无缝钢管标准对此都相当苛刻，甚至超过美国ASTMA376/A376M标准的规定，但是实际生产中由于供货要求过急等原因，精整修磨工序却经常比较马虎，目测检查人员又经验不足或来不及仔细检查，因此很容易导致应该清除的表面瑕疵却未被精整处理的情况出现。
通常认为, 所有的物体表面在微观尺度上都是粗糙的, 任何两个固体表面的接触均属局部接触, 局部应力过高则会导致形变和位错。随着摩擦时间的增加, 在循环应力的作用下, 位错会不断堆积并且互相割阶, 最终形成裂纹。而磨损则是在相对运动物体的表面上材料的逐步损耗。磨损过程主要包括塑性变形的积累、磨损裂纹的形成以及裂纹的扩展、并和等过程。
方管协会本网讯：奥氏体不锈钢管强度、硬度偏低, 不宜用于承受较重负荷及对硬度和耐磨性有较高要求的设备或部件。尤其是在腐蚀、磨损和外载等多种因素同时存在的条件下，相互作用的结果将会显着加速材料的破坏过程，缩短不锈钢管的使用寿命。根据我国有关部门的统计，仅在冶金矿山、建材、电力、煤炭与农机等5个行业中，因设备构件与沙土、矿石、水泥、煤炭等物料接触而导致的磨损所消耗的金属材料就高达300万t以上[34]。除了造成巨大的直接经济损失之外，磨损还将导致设备构件的寿命下降，甚至还会引起机械设备的事故，造成社会资源的巨大浪费。由此可见，磨损机理和抗磨技术的研究对国民经济的发展有着重大的意义。摩擦损伤与材料的表面性能密切相关，因此适当的表面处理技术是改善不锈钢管磨损性能的重要方法。目前，许多学者应用离子注入技术来改变不锈钢管表面的成分和组织，以提高不锈钢管的耐磨性和耐蚀性。研究表明，不锈钢管表面离子注入N、B、W、Ti、Nb、Al等元素可以显着提高不锈钢管的表面硬度，起到耐磨减摩作用。其中不锈钢管表面离子注入研究最多的元素为N。雷明凯教授等人对不锈钢管进行等离子体低能氮离子注入处理，制备出了与超级不锈钢管相当且具有优异耐磨损腐蚀综合性能的工作表面，实现了这类不锈钢管耐磨耐蚀的复合改性，彻底解决了奥氏体不锈钢管耐腐蚀性能优良、耐磨损性能较差的科技难题。此外，郭军霞等采用金属蒸气真空弧离子源，在奥氏体不锈钢管上注入金属W离子，W离子注入后不锈钢管的表面硬度提高了3倍；W离子注入能够显着改善奥氏体不锈钢管的微动磨损性能[37]。随着离子注入技术的发展，近几年又出现了注入加镀膜的复合方法，即离子束辅助沉积（IBAD），又称为离子束增强沉积（IBED）。李立等人用离子束辅助沉积（IBAD）方法在医用不锈钢管317L基底上沉积TiN陶瓷薄膜后，材料表面结构和性能发生明显改变，表面硬度和耐磨性有明显提高，在Hanks模拟体液中显示出较高的抗腐蚀能力[38]。但是由于离子束有强烈的方向性，覆盖强化面所需要的时间太长，成本过高，不能用于大面积的工件处理，因而失去竞争力。
研究表明，利用激光表面处理技术可以提高不锈钢管表面的硬度和耐磨性，张小彬等[39]应用激光熔覆法，采用镍基NiCrSiB合金粉末在CrNiMo不锈钢管表面制作熔覆涂层，以CrSi、Fe2B为增强相的合金层与基体有良好的结合强度，使得合金层的硬度大大提高。但是经激光表面处理技术处理后，表面容易产生裂纹，并且表面粗糙度增大很多，这会降低不锈钢管基体原有的耐蚀性和疲劳性。此外，利用物理气相沉积法（PVD）[40-42]和化学气相沉积法（CVD）均可以在不锈钢管表面形成硬质膜，但是由于不锈钢管基体对硬质膜的承载能力差，膜基结合强度较低，从而影响了膜的耐久性。
不锈钢管通过表面改性提高摩擦学性能的研究虽已有了很大的进展，但是由于各种处理方法的局限性，目前能实际应用的极少。