الأنابيب الفولاذية غير الملحومة 20# هي درجة المواد المحددة في GB3087-2008 "الأنابيب الفولاذية غير الملحومة للغلايات ذات الضغط المنخفض والمتوسط". إنه عبارة عن أنبوب فولاذي غير ملحوم من الفولاذ الهيكلي الكربوني عالي الجودة مناسب لتصنيع مختلف الغلايات ذات الضغط المنخفض والضغط المتوسط. إنها مادة أنابيب فولاذية شائعة وكبيرة الحجم. عندما كانت إحدى الشركات المصنعة لمعدات الغلايات تقوم بتصنيع وصلات إعادة التسخين ذات درجة الحرارة المنخفضة، فقد تبين أن هناك عيوبًا خطيرة في الشقوق العرضية على السطح الداخلي لعشرات وصلات الأنابيب. كانت مادة وصلة الأنبوب مصنوعة من 20 فولاذًا بمواصفات Φ57mm×5mm. قمنا بفحص الأنابيب الفولاذية المتشققة وأجرينا سلسلة من الاختبارات لإعادة إنتاج الخلل ومعرفة سبب الشق العرضي.

1. تحليل ميزات الكراك
شكل الشقوق: يمكن ملاحظة وجود العديد من الشقوق العرضية الموزعة على طول الاتجاه الطولي للأنبوب الفولاذي. يتم ترتيب الشقوق بدقة. كل شق له خاصية التموج مع انحراف طفيف في الاتجاه الطولي وعدم وجود خدوش طولية. هناك زاوية انحراف معينة بين الشق وسطح الأنبوب الفولاذي وعرض معين. توجد أكاسيد وإزالة الكربنة على حافة الشق. الجزء السفلي غير حاد ولا يوجد أي علامة على التوسع. هيكل المصفوفة عبارة عن فريت عادي + بيرليت، والذي يتم توزيعه في شريط ويبلغ حجم حبيباته 8. ويرتبط سبب التشقق بالاحتكاك بين الجدار الداخلي للأنبوب الفولاذي والقالب الداخلي أثناء إنتاج أنابيب الصلب.

وفقا للخصائص المورفولوجية العيانية والمجهرية للكراك، يمكن استنتاج أن الكراك قد نشأ قبل المعالجة الحرارية النهائية للأنابيب الفولاذية. يستخدم الأنبوب الفولاذي أنبوبًا دائريًا بقطر Φ90mm. عمليات التشكيل الرئيسية التي تخضع لها هي التثقيب الساخن، الدرفلة على الساخن وتقليل القطر، ورسمتين على البارد. العملية المحددة هي أن قضيب الأنبوب الدائري Φ90mm يتم دحرجته إلى أنبوب خشن Φ93mm×5.8mm، ثم يتم دحرجته على الساخن وتقليله إلى Φ72mm×6.2mm. بعد التخليل والتشحيم، يتم إجراء السحب البارد الأول. المواصفات بعد الرسم البارد هي Φ65mm×5.5mm. بعد التلدين المتوسط، والتخليل، والتشحيم، يتم إجراء السحب البارد الثاني. المواصفات بعد الرسم البارد هي Φ57mm×5mm.

وفقًا لتحليل عملية الإنتاج، فإن العوامل التي تؤثر على الاحتكاك بين الجدار الداخلي للأنبوب الفولاذي والقالب الداخلي هي بشكل أساسي جودة التشحيم وترتبط أيضًا بمرونة الأنبوب الفولاذي. إذا كانت مرونة الأنابيب الفولاذية ضعيفة، فإن إمكانية سحب الشقوق ستزداد بشكل كبير، وترتبط اللدونة الضعيفة بالمعالجة الحرارية للتليين لتخفيف الضغط المتوسط. وبناءً على ذلك، يُستنتج أنه قد تتولد الشقوق في عملية السحب على البارد. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الشقوق ليست مفتوحة إلى حد كبير ولا توجد علامة واضحة على التمدد، فهذا يعني أن الشقوق لم تتعرض لتأثير تشوه الرسم الثانوي بعد تكوينها، لذلك يُستنتج أيضًا أن الأرجح هو يجب أن يكون وقت إنشاء الشقوق هو عملية الرسم البارد الثانية. العوامل المؤثرة الأكثر احتمالاً هي التشحيم الضعيف و/أو التلدين الضعيف لتخفيف الضغط.

لتحديد سبب الشقوق، تم إجراء اختبارات إعادة إنتاج الشقوق بالتعاون مع الشركات المصنعة لأنابيب الصلب. بناءً على التحليل أعلاه، تم إجراء الاختبارات التالية: في حالة بقاء عمليات تقليل قطر التثقيب والدرفلة على الساخن دون تغيير، يتم تغيير شروط المعالجة الحرارية للتشحيم و/أو تخفيف الضغط والتلدين، ويتم فحص الأنابيب الفولاذية المسحوبة للتأكد من سلامتها. محاولة إعادة إنتاج نفس العيوب.

2. خطة الاختبار
تم اقتراح تسع خطط اختبار عن طريق تغيير عملية التشحيم ومعلمات عملية التلدين. من بينها، متطلبات وقت الفوسفات والتشحيم العادية هي 40 دقيقة، ومتطلبات درجة حرارة التلدين العادية لتخفيف الضغط المتوسط ​​هي 830 درجة مئوية، ومتطلبات وقت العزل العادي هي 20 دقيقة. تستخدم عملية الاختبار وحدة سحب باردة 30 طن وفرن معالجة حراري ذو قاع أسطواني.

3. نتائج الاختبار
من خلال فحص الأنابيب الفولاذية المنتجة بواسطة المخططات التسعة المذكورة أعلاه، وجد أنه باستثناء المخططات 3 و4 و5 و6، فإن المخططات الأخرى جميعها بها شقوق اهتزازية أو عرضية بدرجات متفاوتة. من بينها، كان للمخطط 1 خطوة حلقية؛ كان للمخططين 2 و 8 شقوق عرضية، وكان شكل الكراك مشابهًا جدًا لتلك الموجودة في الإنتاج؛ اهتز المخططان 7 و9، ولكن لم يتم العثور على شقوق عرضية.

4. التحليل والمناقشة
من خلال سلسلة من الاختبارات، تم التحقق بشكل كامل من أن التشحيم والتليين لتخفيف الضغط المتوسط ​​أثناء عملية السحب على البارد للأنابيب الفولاذية لهما تأثير حيوي على جودة الأنابيب الفولاذية الجاهزة. على وجه الخصوص، أعاد المخططان 2 و8 إنتاج نفس العيوب على الجدار الداخلي للأنبوب الفولاذي الموجود في الإنتاج أعلاه.

المخطط 1 هو إجراء السحب البارد الأول على الأنبوب الأم ذو القطر المنخفض المدلفن على الساخن دون إجراء عملية الفوسفات والتشحيم. بسبب نقص التشحيم، فإن الحمل المطلوب أثناء عملية السحب على البارد قد وصل إلى الحد الأقصى للحمل لآلة السحب على البارد. عملية الرسم البارد شاقة للغاية. يؤدي اهتزاز الأنبوب الفولاذي والاحتكاك بالقالب إلى حدوث خطوات واضحة على الجدار الداخلي للأنبوب، مما يشير إلى أنه عندما تكون مرونة الأنبوب الأم جيدة، على الرغم من أن الرسم غير المشحم له تأثير سلبي، إلا أنه ليس من السهل التسبب في ذلك الشقوق المستعرضة. في المخطط 2، يتم سحب الأنابيب الفولاذية ذات الفوسفات والتشحيم الضعيفة بشكل مستمر على البارد دون التلدين لتخفيف الضغط المتوسط، مما يؤدي إلى شقوق عرضية مماثلة. ومع ذلك، في المخطط 3، لم يتم العثور على أي عيوب في السحب البارد المستمر للأنابيب الفولاذية مع الفوسفات والتشحيم الجيد دون التلدين لتخفيف الضغط المتوسط، مما يشير مبدئيًا إلى أن التشحيم السيئ هو السبب الرئيسي للشقوق العرضية. تهدف المخططات من 4 إلى 6 إلى تغيير عملية المعالجة الحرارية مع ضمان التشحيم الجيد، وعدم حدوث أي عيوب في الرسم نتيجة لذلك، مما يشير إلى أن التلدين لتخفيف الضغط المتوسط ​​ليس هو العامل المهيمن الذي يؤدي إلى حدوث شقوق عرضية. تعمل المخططات من 7 إلى 9 على تغيير عملية المعالجة الحرارية مع تقليل وقت الفوسفات والتشحيم بمقدار النصف. ونتيجة لذلك، فإن الأنابيب الفولاذية في المخططين 7 و9 بها خطوط اهتزاز، وينتج المخطط 8 شقوقًا عرضية مماثلة.

يوضح التحليل المقارن أعلاه أن الشقوق العرضية ستحدث في كلتا الحالتين من التشحيم السيئ + عدم وجود التلدين المتوسط ​​والتشحيم السيئ + درجة حرارة التلدين المتوسطة المنخفضة. في حالة التشحيم السيئ + التلدين المتوسط ​​الجيد، التشحيم الجيد + عدم التلدين المتوسط، والتشحيم الجيد + درجة حرارة التلدين المتوسطة المنخفضة، على الرغم من حدوث عيوب في خط الاهتزاز، لن تحدث شقوق عرضية على الجدار الداخلي للأنبوب الفولاذي. يعد التشحيم السيئ هو السبب الرئيسي للشقوق المستعرضة، كما أن التلدين الضعيف لتخفيف الضغط المتوسط ​​هو السبب المساعد.

بما أن ضغط السحب للأنبوب الفولاذي يتناسب مع قوة الاحتكاك، فإن سوء التشحيم سيؤدي إلى زيادة قوة السحب وانخفاض معدل السحب. تكون السرعة منخفضة عند سحب الأنبوب الفولاذي لأول مرة. إذا كانت السرعة أقل من قيمة معينة، أي أنها تصل إلى نقطة التشعب، فإن الشياق سوف ينتج اهتزازًا ذاتيًا، مما يؤدي إلى خطوط اهتزاز. في حالة عدم كفاية التشحيم، يزداد الاحتكاك المحوري بين السطح المعدني (خاصة السطح الداخلي) والقالب أثناء السحب بشكل كبير، مما يؤدي إلى تصلب العمل. إذا كانت درجة حرارة المعالجة الحرارية للصلب لتخفيف الإجهاد اللاحق للأنابيب الفولاذية غير كافية (مثل حوالي 630 درجة مئوية المحددة في الاختبار) أو عدم التلدين، فمن السهل أن تسبب تشققات السطح.

وفقًا للحسابات النظرية (أدنى درجة حرارة لإعادة البلورة ≈ 0.4×1350 درجة مئوية)، تبلغ درجة حرارة إعادة البلورة للفولاذ 20# حوالي 610 درجة مئوية. إذا كانت درجة حرارة التلدين قريبة من درجة حرارة إعادة البلورة، فإن الأنابيب الفولاذية تفشل في إعادة التبلور بالكامل، ولا يتم التخلص من تصلب العمل، مما يؤدي إلى ضعف اللدونة المادية، ويتم حظر تدفق المعدن أثناء الاحتكاك، وتتضرر الطبقات الداخلية والخارجية من المعدن بشدة مشوهة بشكل غير متساو، وبالتالي توليد ضغط إضافي محوري كبير. ونتيجة لذلك، فإن الضغط المحوري لمعدن السطح الداخلي للأنبوب الفولاذي يتجاوز الحد المسموح به، وبالتالي توليد الشقوق.

5. الاستنتاج
إن توليد الشقوق المستعرضة على الجدار الداخلي للأنبوب الفولاذي غير الملحوم 20# ناتج عن التأثير المشترك للتشحيم السيئ أثناء السحب وعدم كفاية تخفيف الضغط المتوسط ​​للمعالجة الحرارية للتليين (أو عدم التلدين). من بينها، سوء التشحيم هو السبب الرئيسي، والتليين الضعيف لتخفيف الضغط المتوسط ​​(أو عدم التلدين) هو السبب المساعد. لتجنب العيوب المماثلة، يجب على الشركات المصنعة أن تطلب من مشغلي الورش الالتزام الصارم باللوائح الفنية ذات الصلة بعملية التشحيم والمعالجة الحرارية في الإنتاج. بالإضافة إلى ذلك، بما أن فرن التلدين المستمر ذو القاع الأسطواني هو فرن التلدين المستمر، على الرغم من أنه مريح وسريع التحميل والتفريغ، إلا أنه من الصعب التحكم في درجة حرارة وسرعة المواد ذات المواصفات والأحجام المختلفة في الفرن. إذا لم يتم تنفيذها بشكل صارم وفقًا للوائح، فمن السهل التسبب في درجة حرارة التلدين غير المتساوية أو وقت قصير جدًا، مما يؤدي إلى إعادة التبلور غير الكافية، مما يؤدي إلى عيوب في الإنتاج اللاحق. لذلك، يجب على الشركات المصنعة التي تستخدم أفران التلدين المستمر ذات القاع الدوار للمعالجة الحرارية أن تتحكم في المتطلبات المختلفة والعمليات الفعلية للمعالجة الحرارية.