20# bešavne čelične cijevi je klasa materijala navedena u GB3087-2008 “Bešavne čelične cijevi za kotlove niskog i srednjeg tlaka”. To je visokokvalitetna bešavna čelična cijev od ugljičnog konstrukcijskog čelika pogodna za proizvodnju raznih niskotlačnih i srednjetlačnih kotlova. To je uobičajen materijal za čelične cijevi velike zapremine. Kada je proizvođač kotlovske opreme proizvodio niskotemperaturni zabojnik za grijanje, ustanovljeno je da postoje ozbiljni poprečni defekti naprslina na unutrašnjoj površini desetaka spojeva cijevi. Materijal spoja cijevi bio je čelik 20 sa specifikacijom Φ57mm×5mm. Pregledali smo napuklu čeličnu cijev i proveli niz testova kako bismo reproducirali defekt i otkrili uzrok poprečne pukotine.

1. Analiza karakteristika pukotine
Morfologija pukotine: Može se vidjeti da postoji mnogo poprečnih pukotina raspoređenih duž uzdužnog smjera čelične cijevi. Pukotine su uredno raspoređene. Svaka pukotina ima valovitu karakteristiku, sa blagim otklonom u uzdužnom smjeru i bez uzdužnih ogrebotina. Između pukotine i površine čelične cijevi postoji određeni ugao otklona i određena širina. Na rubu pukotine postoje oksidi i dekarbonizacija. Dno je tupo i nema znakova širenja. Struktura matrice je normalan ferit + perlit, koji je raspoređen u traku i ima veličinu zrna 8. Uzrok pukotine je vezan za trenje između unutrašnje stijenke čelične cijevi i unutrašnjeg kalupa tokom proizvodnje. čelična cijev.

Prema makroskopskim i mikroskopskim morfološkim karakteristikama pukotine, može se zaključiti da je pukotina nastala prije završne toplinske obrade čelične cijevi. Čelična cijev koristi okruglu cijev od Φ90 mm. Glavni procesi oblikovanja kojima se podvrgava su vruća perforacija, vruće valjanje i redukcija promjera, te dva hladna izvlačenja. Specifičan proces je da se okrugla cijev od Φ90 mm umota u grubu cijev Φ93 mm×5,8 mm, a zatim se toplo valja i reducira na Φ72 mm×6,2 mm. Nakon kiseljenja i podmazivanja, vrši se prvo hladno izvlačenje. Specifikacija nakon hladnog izvlačenja je Φ65mm×5.5mm. Nakon srednjeg žarenja, kiseljenja i podmazivanja, izvodi se drugo hladno izvlačenje. Specifikacija nakon hladnog izvlačenja je Φ57mm×5mm.

Prema analizi proizvodnog procesa, faktori koji utječu na trenje između unutrašnje stijenke čelične cijevi i unutarnje matrice su uglavnom kvaliteta podmazivanja, a također su povezani s plastičnošću čelične cijevi. Ako je plastičnost čelične cijevi loša, mogućnost povlačenja pukotina će se uvelike povećati, a loša plastičnost je povezana sa toplinskom obradom srednjeg naprezanja žarenja. Na osnovu ovoga se zaključuje da pukotine mogu nastati u procesu hladnog izvlačenja. Osim toga, budući da pukotine nisu u velikoj mjeri otvorene i nema očiglednih znakova širenja, to znači da pukotine nakon formiranja nisu doživjele utjecaj sekundarne vučne deformacije, pa se dalje zaključuje da je najvjerovatnija vrijeme za stvaranje pukotina treba biti drugi postupak hladnog izvlačenja. Najvjerovatniji faktori utjecaja su loše podmazivanje i/ili loše žarenje za ublažavanje naprezanja.

Kako bi se utvrdio uzrok pukotina, provedena su ispitivanja reprodukcije pukotina u suradnji s proizvođačima čeličnih cijevi. Na osnovu gornje analize izvršena su sljedeća ispitivanja: Pod uslovom da procesi redukcije promjera perforacije i vrućeg valjanja ostanu nepromijenjeni, promijenjeni su uvjeti toplinske obrade podmazivanja i/ili rasterećenja žarenja, a izvučene čelične cijevi su pregledane na pokušajte da reprodukujete iste nedostatke.

2. Plan testiranja
Predloženo je devet planova ispitivanja promjenom procesa podmazivanja i parametara procesa žarenja. Među njima, normalno vrijeme fosfatiranja i podmazivanja je 40 minuta, normalna temperatura za žarenje za ublažavanje naprezanja je 830 ℃, a normalno vrijeme izolacije je 20 minuta. Proces ispitivanja koristi jedinicu za hladno izvlačenje od 30t i peć za toplinsku obradu s valjkom.

3. Rezultati ispitivanja
Pregledom čeličnih cijevi proizvedenih po gornjih 9 shema, utvrđeno je da osim shema 3, 4, 5 i 6, sve druge sheme imaju treperenje ili poprečne pukotine različitog stupnja. Među njima, šema 1 imala je prstenasti korak; sheme 2 i 8 su imale poprečne pukotine, a morfologija pukotina je bila vrlo slična onoj pronađenoj u proizvodnji; sheme 7 i 9 su se potresle, ali nisu pronađene poprečne pukotine.

4. Analiza i diskusija
Kroz niz testova, u potpunosti je potvrđeno da podmazivanje i žarenje srednjeg naprezanja tokom procesa hladnog izvlačenja čeličnih cijevi imaju vitalni utjecaj na kvalitetu gotovih čeličnih cijevi. Konkretno, sheme 2 i 8 reproduciraju iste nedostatke na unutrašnjem zidu čelične cijevi pronađene u gornjoj proizvodnji.

Šema 1 je izvođenje prvog hladnog izvlačenja toplovaljane matične cijevi smanjenog prečnika bez izvođenja procesa fosfatiranja i podmazivanja. Zbog nedostatka podmazivanja, opterećenje potrebno tokom procesa hladnog izvlačenja dostiglo je maksimalno opterećenje mašine za hladno izvlačenje. Proces hladnog izvlačenja je veoma naporan. Tresenje čelične cijevi i trenje o kalup uzrokuju očigledne korake na unutrašnjoj stijenci cijevi, što ukazuje na to da kada je plastičnost matične cijevi dobra, iako nepodmazani crtež ima negativan učinak, nije lako uzrokovati poprečne pukotine. U shemi 2, čelična cijev sa lošim fosfatiranjem i podmazivanjem se kontinuirano hladno vuče bez srednjeg žarenja za ublažavanje naprezanja, što rezultira sličnim poprečnim naprslinama. Međutim, u shemi 3 nisu pronađeni nedostaci u kontinuiranom hladnom izvlačenju čelične cijevi s dobrim fosfatiranjem i podmazivanjem bez srednjeg žarenja za ublažavanje naprezanja, što preliminarno ukazuje da je loše podmazivanje glavni uzrok poprečnih pukotina. Šeme 4 do 6 su da se promijeni proces toplinske obrade uz osiguravanje dobrog podmazivanja, te da se kao rezultat toga ne pojave defekti pri vučenju, što ukazuje da žarenje za rasterećenje međunapona nije dominantan faktor koji dovodi do pojave poprečnih pukotina. Šeme 7 do 9 mijenjaju proces termičke obrade dok skraćuju vrijeme fosfatiranja i podmazivanja za polovicu. Kao rezultat toga, čelične cijevi shema 7 i 9 imaju linije potresa, a shema 8 proizvodi slične poprečne pukotine.

Gornja komparativna analiza pokazuje da će se poprečne pukotine pojaviti u oba slučaja lošeg podmazivanja + bez srednjeg žarenja i lošeg podmazivanja + niske srednje temperature žarenja. U slučajevima lošeg podmazivanja + dobrog međužarenja, dobrog podmazivanja + bez srednjeg žarenja, i dobrog podmazivanja + niske međutemperature žarenja, iako će se pojaviti defekti na liniji potresanja, neće se pojaviti poprečne pukotine na unutrašnjem zidu čelične cijevi. Loše podmazivanje je glavni uzrok poprečnih pukotina, a slabo žarenje za ublažavanje srednjeg naprezanja je pomoćni uzrok.

Budući da je napon vučenja čelične cijevi proporcionalan sili trenja, loše podmazivanje će dovesti do povećanja sile vučenja i smanjenja brzine vučenja. Brzina je mala kada se čelična cijev prvi put izvlači. Ako je brzina manja od određene vrijednosti, odnosno dosegne točku bifurkacije, trn će proizvesti samopobuđenu vibraciju, što će rezultirati linijama potresanja. U slučaju nedovoljnog podmazivanja, aksijalno trenje između površine (posebno unutrašnje površine) metala i matrice tokom izvlačenja se znatno povećava, što rezultira radnim kaljenjem. Ako je naknadna temperatura toplinske obrade čelične cijevi za ublažavanje naprezanja nedovoljna (kao što je oko 630℃ postavljena u testu) ili nema žarenja, lako je uzrokovati površinske pukotine.

Prema teorijskim proračunima (najniža temperatura rekristalizacije ≈ 0,4×1350℃), temperatura rekristalizacije čelika 20# je oko 610℃. Ako je temperatura žarenja blizu temperature rekristalizacije, čelična cijev ne uspijeva u potpunosti rekristalizirati, a radno očvršćavanje se ne eliminira, što rezultira lošom plastičnošću materijala, protok metala je blokiran tijekom trenja, a unutrašnji i vanjski slojevi metala su ozbiljno neravnomjerno deformiran, stvarajući tako veliko aksijalno dodatno naprezanje. Kao rezultat toga, aksijalno naprezanje metala unutarnje površine čelične cijevi prelazi svoju granicu, stvarajući na taj način pukotine.

5. Zaključak
Generiranje poprečnih pukotina na unutrašnjem zidu 20# bešavne čelične cijevi uzrokovano je kombinovanim efektom lošeg podmazivanja tijekom izvlačenja i nedovoljne međunaponske termičke obrade žarenja (ili bez žarenja). Među njima, loše podmazivanje je glavni uzrok, a loše žarenje za ublažavanje naprezanja (ili bez žarenja) je pomoćni uzrok. Kako bi izbjegli slične nedostatke, proizvođači bi trebali zahtijevati od operatera radionica da se striktno pridržavaju relevantnih tehničkih propisa o procesu podmazivanja i toplinske obrade u proizvodnji. Osim toga, budući da je peć za kontinuirano žarenje s valjkastim dnom kontinuirana peć za žarenje, iako je zgodna i brza za punjenje i istovar, teško je kontrolirati temperaturu i brzinu materijala različitih specifikacija i veličina u peći. Ako se ne provodi striktno prema propisima, lako je uzrokovati neujednačenu temperaturu žarenja ili prekratko vrijeme, što rezultira nedovoljnom rekristalizacijom, što dovodi do kvarova u naknadnoj proizvodnji. Stoga proizvođači koji koriste peći za kontinuirano žarenje s valjkom za toplinsku obradu trebaju kontrolirati različite zahtjeve i stvarne operacije toplinske obrade.