La canonada d'acer sense soldadura 20 # és el grau de material especificat a GB3087-2008 "Conductes d'acer sense soldadura per a calderes de baixa i mitjana pressió". Es tracta d'un tub d'acer estructural d'acer al carboni d'alta qualitat, adequat per a la fabricació de diverses calderes de baixa i mitjana pressió. És un material de canonada d'acer comú i de gran volum. Quan un fabricant d'equips de calderes fabricava un capçal de reescalfador de baixa temperatura, es va trobar que hi havia defectes greus d'esquerdes transversals a la superfície interior de desenes de juntes de canonades. El material de la junta de la canonada era d'acer 20 amb una especificació de Φ57mm × 5mm. Vam inspeccionar la canonada d'acer esquerdada i vam realitzar una sèrie de proves per reproduir el defecte i esbrinar la causa de l'esquerda transversal.

1. Anàlisi de les característiques del crack
Morfologia de l'esquerda: Es pot observar que hi ha moltes esquerdes transversals distribuïdes al llarg de la direcció longitudinal de la canonada d'acer. Les esquerdes estan ordenades. Cada esquerda té una característica ondulada, amb una lleugera deflexió en la direcció longitudinal i sense rascades longitudinals. Hi ha un cert angle de deflexió entre l'esquerda i la superfície de la canonada d'acer i una certa amplada. Hi ha òxids i descarburació a la vora de l'esquerda. El fons és contundent i no hi ha senyals d'expansió. L'estructura de la matriu és ferrita + perlita normal, que es distribueix en una banda i té una mida de gra de 8. La causa de l'esquerda està relacionada amb la fricció entre la paret interior de la canonada d'acer i el motlle interior durant la producció de la tub d'acer.

Segons les característiques morfològiques macroscòpiques i microscòpiques de l'esquerda, es pot inferir que l'esquerda es va generar abans del tractament tèrmic final de la canonada d'acer. La canonada d'acer utilitza una palanca de tub rodó de Φ90 mm. Els principals processos de conformació que pateix són perforació en calent, laminació en calent i reducció de diàmetre, i dos estirats en fred. El procés específic és que la palanca de tub rodó de Φ90 mm s'enrotlla en un tub rugós de Φ93 mm × 5,8 mm, i després es lamina en calent i es redueix a Φ72 mm × 6,2 mm. Després del decapat i la lubricació, es realitza el primer estirat en fred. L'especificació després del dibuix en fred és Φ65 mm × 5,5 mm. Després del recuit intermedi, el decapat i la lubricació, es realitza el segon estirat en fred. L'especificació després del dibuix en fred és Φ57mm × 5mm.

Segons l'anàlisi del procés de producció, els factors que afecten la fricció entre la paret interior de la canonada d'acer i la matriu interior són principalment la qualitat de la lubricació i també estan relacionats amb la plasticitat de la canonada d'acer. Si la plasticitat de la canonada d'acer és deficient, la possibilitat de dibuixar esquerdes augmentarà molt i la mala plasticitat està relacionada amb el tractament tèrmic de recuit intermedi d'alleujament de tensió. A partir d'això, es dedueix que les esquerdes es poden generar en el procés d'embutició en fred. A més, com que les esquerdes no estan obertes en gran mesura i no hi ha cap signe evident d'expansió, vol dir que les esquerdes no han experimentat la influència de la deformació del dibuix secundari després de formar-se, de manera que es dedueix que el més probable és el temps per generar les esquerdes hauria de ser el segon procés d'embutició en fred. Els factors d'influència més probables són una mala lubricació i/o un mal recuit per alleujar l'estrès.

Per determinar la causa de les esquerdes, es van realitzar proves de reproducció d'esquerdes en col·laboració amb fabricants de tubs d'acer. A partir de l'anàlisi anterior, es van dur a terme les proves següents: Amb la condició que els processos de reducció del diàmetre de perforació i laminació en calent es mantinguin sense canvis, es modifiquen les condicions del tractament tèrmic de recuit de lubricació i/o alleujament de tensions i s'inspeccionen les canonades d'acer estirats per intentar reproduir els mateixos defectes.

2. Pla de proves
Es proposen nou plans de proves canviant el procés de lubricació i els paràmetres del procés de recuit. Entre ells, el requisit de temps normal de fosfatació i lubricació és de 40 minuts, el requisit normal de temperatura de recuit d'alleujament de l'estrès intermedi és de 830 ℃ i el requisit de temps d'aïllament normal és de 20 minuts. El procés de prova utilitza una unitat d'estirat en fred de 30 t i un forn de tractament tèrmic de fons de rodets.

3. Resultats de la prova
Mitjançant la inspecció de les canonades d'acer produïdes pels 9 esquemes anteriors, es va trobar que, excepte els esquemes 3, 4, 5 i 6, tots els altres esquemes presentaven tremolors o esquerdes transversals en diferents graus. Entre ells, l'esquema 1 tenia un pas anular; els esquemes 2 i 8 presentaven esquerdes transversals, i la morfologia de l'esquerda era molt semblant a la trobada a la producció; els esquemes 7 i 9 havien sacsejat, però no es van trobar esquerdes transversals.

4. Anàlisi i discussió
Mitjançant una sèrie de proves, es va comprovar completament que la lubricació i el recuit intermedi d'alleujament de tensions durant el procés d'embutició en fred de canonades d'acer tenen un impacte vital en la qualitat dels tubs d'acer acabats. En particular, els esquemes 2 i 8 reproduïen els mateixos defectes a la paret interior de la canonada d'acer que es troben a la producció anterior.

L'esquema 1 consisteix a realitzar el primer estirat en fred sobre el tub mare laminat en calent de diàmetre reduït sense realitzar el procés de fosfatació i lubricació. A causa de la manca de lubricació, la càrrega requerida durant el procés d'estirat en fred ha arribat a la càrrega màxima de la màquina d'estirat en fred. El procés de dibuix en fred és molt laboriós. La sacsejada del tub d'acer i la fricció amb el motlle provoquen passos evidents a la paret interior del tub, cosa que indica que quan la plasticitat del tub mare és bona, tot i que el dibuix sense lubricar té un efecte advers, no és fàcil provocar esquerdes transversals. A l'esquema 2, la canonada d'acer amb fosfatació i lubricació pobres s'estira contínuament en fred sense recuit intermedi d'alleujament de tensió, donant lloc a esquerdes transversals similars. Tanmateix, a l'esquema 3, no es van trobar defectes en l'estirat en fred continu de la canonada d'acer amb una bona fosfatació i lubricació sense recuit intermedi d'alleujament de tensions, la qual cosa indica preliminarment que la mala lubricació és la causa principal de les esquerdes transversals. Els esquemes 4 a 6 han de canviar el procés de tractament tèrmic alhora que s'assegura una bona lubricació i, com a resultat, no es van produir defectes de dibuix, cosa que indica que el recuit intermedi d'alleujament de tensions no és el factor dominant que condueix a l'aparició d'esquerdes transversals. Els esquemes 7 a 9 canvien el procés de tractament tèrmic alhora que es redueixen a la meitat el temps de fosfatació i lubricació. Com a resultat, les canonades d'acer dels esquemes 7 i 9 tenen línies de sacsejada i l'esquema 8 produeix esquerdes transversals similars.

L'anàlisi comparativa anterior mostra que es produiran esquerdes transversals en ambdós casos de mala lubricació + sense recuit intermedi i mala lubricació + baixa temperatura de recuit intermedi. En els casos de mala lubricació + bon recuit intermedi, bona lubricació + sense recuit intermedi i bona lubricació + baixa temperatura de recuit intermedi, tot i que es produiran defectes de la línia de sacsejada, no es produiran esquerdes transversals a la paret interior de la canonada d'acer. La mala lubricació és la causa principal de les esquerdes transversals, i un mal recuit intermedi d'alleujament de tensions és la causa auxiliar.

Com que la tensió d'estirament de la canonada d'acer és proporcional a la força de fricció, una mala lubricació provocarà un augment de la força d'estirament i una disminució de la velocitat d'estirament. La velocitat és baixa quan s'estira el tub d'acer per primera vegada. Si la velocitat és inferior a un determinat valor, és a dir, arriba al punt de bifurcació, el mandril produirà una vibració autoexcitada, donant lloc a línies de sacsejada. En el cas d'una lubricació insuficient, la fricció axial entre el metall de la superfície (especialment la superfície interior) i la matriu durant l'estampació augmenta molt, donant lloc a un enduriment per treball. Si la temperatura de tractament tèrmica de recuit d'alleujament de l'estrès posterior de la canonada d'acer és insuficient (com ara uns 630 ℃ establerts a la prova) o no es recuit, és fàcil provocar esquerdes superficials.

Segons els càlculs teòrics (la temperatura de recristal·lització més baixa ≈ 0,4 × 1350 ℃), la temperatura de recristal·lització de l'acer 20 # és d'uns 610 ℃. Si la temperatura de recuit s'aproxima a la temperatura de recristal·lització, la canonada d'acer no es recristal·litza completament i l'enduriment del treball no s'elimina, donant lloc a una mala plasticitat del material, el flux metàl·lic es bloqueja durant la fricció i les capes interiors i exteriors de metall són greus. deformat de manera desigual, generant així una gran tensió addicional axial. Com a resultat, la tensió axial del metall de la superfície interior de la canonada d'acer supera el seu límit, generant esquerdes.

5. Conclusió
La generació d'esquerdes transversals a la paret interior d'una canonada d'acer sense soldadura de 20 # és causada per l'efecte combinat d'una mala lubricació durant l'estirament i un tractament tèrmic de recuit d'alleujament intermedi insuficient (o sense recuit). Entre ells, la mala lubricació és la causa principal, i el mal recuit intermedi d'alleujament de tensions (o cap recuit) és la causa auxiliar. Per evitar defectes similars, els fabricants haurien d'exigir als operadors dels tallers que segueixin estrictament les regulacions tècniques pertinents del procés de lubricació i tractament tèrmic en producció. A més, com que el forn de recuit continu de fons de rodets és un forn de recuit continu, tot i que és convenient i ràpid de carregar i descarregar, és difícil controlar la temperatura i la velocitat dels materials de diferents especificacions i mides al forn. Si no s'implementa estrictament d'acord amb les normatives, és fàcil provocar una temperatura de recuit desigual o un temps massa curt, donant lloc a una recristal·lització insuficient, donant lloc a defectes en la producció posterior. Per tant, els fabricants que utilitzen forns de recuit continu de fons de rodets per al tractament tèrmic haurien de controlar els diferents requisits i les operacions reals del tractament tèrmic.