20# sømløse stålrør er materialekvaliteten specificeret i GB3087-2008 "Sømløse stålrør til lav- og mellemtrykskedler". Det er et sømløst stålrør af kulstofstrukturstål af høj kvalitet, der er egnet til fremstilling af forskellige lavtryks- og mellemtrykskedler. Det er et almindeligt stålrørsmateriale med stort volumen. Da en producent af kedeludstyr fremstillede en lavtemperatur-eftervarmersamler, blev det konstateret, at der var alvorlige tværgående revnedefekter på den indvendige overflade af snesevis af rørsamlinger. Rørsamlingsmaterialet var 20 stål med en specifikation på Φ57mm×5mm. Vi inspicerede det revnede stålrør og gennemførte en række tests for at genskabe defekten og finde ud af årsagen til den tværgående revne.

1. Knækfunktionsanalyse
Revnemorfologi: Det ses, at der er mange tværrevner fordelt langs stålrørets længderetning. Revnerne er ordnet pænt. Hver revne har et bølget træk med en lille afbøjning i længderetningen og ingen langsgående ridser. Der er en vis afbøjningsvinkel mellem revnen og overfladen af ​​stålrøret og en vis bredde. Der er oxider og afkulning ved kanten af ​​revnen. Bunden er stump, og der er ingen tegn på ekspansion. Matrixstrukturen er normal ferrit + perlit, som er fordelt i et bånd og har en kornstørrelse på 8. Årsagen til revnen er relateret til friktionen mellem stålrørets indvendige væg og den indre form under fremstillingen af stålrør.

Ifølge de makroskopiske og mikroskopiske morfologiske karakteristika af revnen kan det udledes, at revnen blev genereret før den endelige varmebehandling af stålrøret. Stålrøret bruger en Φ90 mm rundrørstang. De vigtigste formningsprocesser, den gennemgår, er varmperforering, varmvalsning og diameterreduktion og to koldtrækninger. Den specifikke proces er, at Φ90mm runde rørstang rulles ind i et Φ93mm×5,8mm groft rør og derefter varmvalset og reduceret til Φ72mm×6,2mm. Efter bejdsning og smøring udføres den første koldtrækning. Specifikationen efter den kolde tegning er Φ65mm×5,5mm. Efter mellemudglødning, bejdsning og smøring udføres den anden koldtrækning. Specifikationen efter den kolde tegning er Φ57mm×5mm.

Ifølge produktionsprocesanalysen er de faktorer, der påvirker friktionen mellem stålrørets indvendige væg og den indvendige matrice, hovedsageligt kvaliteten af ​​smøring og er også relateret til stålrørets plasticitet. Hvis stålrørets plasticitet er dårlig, vil muligheden for at trække revner øges meget, og dårlig plasticitet er relateret til den mellemliggende spændingsaflastende udglødningsvarmebehandling. Ud fra dette udledes det, at revnerne kan opstå i koldttrækningsprocessen. Fordi revnerne ikke er åbne i stort omfang, og der ikke er tydelige tegn på ekspansion, betyder det desuden, at revnerne ikke har oplevet påvirkningen af ​​sekundær trækningsdeformation efter dannelsen, så det udledes yderligere, at den mest sandsynlige tidspunktet for, at revnerne skal genereres, bør være den anden koldtrækningsproces. De mest sandsynlige indflydelsesfaktorer er dårlig smøring og/eller dårlig afspændingsudglødning.

For at fastslå årsagen til revnerne blev revnegengivelsestest udført i samarbejde med stålrørsproducenter. Baseret på ovenstående analyse blev følgende test udført: Under den betingelse, at perforerings- og varmvalsningsdiameterreduktionsprocesserne forbliver uændrede, ændres smøre- og/eller afspændingsudglødningsvarmebehandlingsbetingelserne, og de trukne stålrør inspiceres for at forsøge at reproducere de samme defekter.

2. Testplan
Ni testplaner foreslås ved at ændre smøreproces- og udglødningsprocesparametrene. Blandt dem er det normale krav til fosfatering og smøringstid 40 minutter, det normale krav til mellemspændingsudglødningstemperatur er 830 ℃, og det normale krav til isoleringstid er 20 minutter. Testprocessen bruger en 30t koldtrækningsenhed og en rullebund varmebehandlingsovn.

3. Testresultater
Gennem inspektionen af ​​stålrørene fremstillet af de ovennævnte 9 skemaer blev det konstateret, at bortset fra skema 3, 4, 5 og 6 havde andre ordninger alle rystende eller tværgående revner i varierende grad. Blandt dem havde skema 1 et ringformet trin; skema 2 og 8 havde tværgående revner, og revnemorfologien var meget lig den, der blev fundet i produktionen; skema 7 og 9 var rystet, men der blev ikke fundet nogen tværgående revner.

4. Analyse og diskussion
Gennem en række tests blev det fuldt verificeret, at smøring og mellemspændingsudglødning under koldtrækningsprocessen af ​​stålrør har en afgørende indflydelse på kvaliteten af ​​færdige stålrør. Især skema 2 og 8 gengav de samme defekter på indervæggen af ​​stålrøret, som blev fundet i ovennævnte produktion.

Skema 1 er at udføre den første koldtrækning på det varmvalsede moderrør med reduceret diameter uden at udføre fosfaterings- og smøreprocessen. På grund af den manglende smøring har den belastning, der kræves under koldttrækningsprocessen, nået koldtrækningsmaskinens maksimale belastning. Den kolde tegneproces er meget besværlig. Rysten af ​​stålrøret og friktionen med formen forårsager tydelige trin på den indvendige væg af røret, hvilket indikerer, at når plasticiteten af ​​moderrøret er god, selvom den usmurte tegning har en negativ effekt, er det ikke let at forårsage tværgående revner. I skema 2 er stålrøret med dårlig fosfatering og smøring kontinuerligt koldttrukket uden mellemliggende spændingsudglødning, hvilket resulterer i lignende tværgående revner. Der er dog i Skema 3 ikke fundet fejl i den kontinuerlige koldtrækning af stålrøret med god fosfatering og smøring uden mellemliggende spændingsudglødning, hvilket foreløbigt indikerer, at dårlig smøring er hovedårsagen til tværgående revner. Skema 4 til 6 skal ændre varmebehandlingsprocessen og samtidig sikre god smøring, og der opstod ingen trækfejl som følge heraf, hvilket indikerer, at mellemliggende spændingsudglødning ikke er den dominerende faktor, der fører til forekomsten af ​​tværgående revner. Skema 7 til 9 ændrer varmebehandlingsprocessen, mens fosfaterings- og smøretiden forkortes til det halve. Som et resultat har stålrørene i skema 7 og 9 rystelinjer, og skema 8 producerer lignende tværgående revner.

Ovenstående sammenlignende analyse viser, at der vil opstå tværgående revner i begge tilfælde af dårlig smøring + ingen mellemudglødning og dårlig smøring + lav mellemudglødningstemperatur. I tilfælde af dårlig smøring + god mellemudglødning, god smøring + ingen mellemudglødning og god smøring + lav mellemudglødningstemperatur, selvom der vil opstå rysteledningsfejl, vil der ikke opstå tværgående revner på stålrørets indervæg. Dårlig smøring er hovedårsagen til tværgående revner, og dårlig mellemliggende spændingsudglødning er hjælpeårsagen.

Da stålrørets trækspænding er proportional med friktionskraften, vil dårlig smøring føre til en stigning i trækkraften og et fald i trækhastigheden. Hastigheden er lav, når stålrøret trækkes første gang. Hvis hastigheden er lavere end en vis værdi, det vil sige, at den når bifurkationspunktet, vil dornen producere selv-exciterede vibrationer, hvilket resulterer i rystelinjer. I tilfælde af utilstrækkelig smøring øges den aksiale friktion mellem overfladen (især den indvendige overflade) metal og matricen kraftigt under trækning, hvilket resulterer i arbejdshærdning. Hvis den efterfølgende spændingsaflastende varmebehandlingstemperatur for stålrøret er utilstrækkelig (såsom ca. 630 ℃ indstillet i testen) eller ingen udglødning, er det let at forårsage overfladerevner.

Ifølge teoretiske beregninger (den laveste omkrystallisationstemperatur ≈ 0,4 × 1350 ℃) er rekrystallisationstemperaturen for 20 # stål omkring 610 ℃. Hvis udglødningstemperaturen er tæt på omkrystallisationstemperaturen, formår stålrøret ikke at omkrystallisere fuldt ud, og arbejdshærdningen elimineres ikke, hvilket resulterer i dårlig materialeplasticitet, metalstrømmen blokeres under friktion, og de indre og ydre lag af metal er alvorligt deformeres ujævnt og genererer derved en stor aksial ekstra spænding. Som et resultat overskrider den aksiale spænding af stålrørets indvendige overflade metal sin grænse, hvorved der dannes revner.

5. Konklusion
Genereringen af ​​tværgående revner på indervæggen af ​​et 20# sømløst stålrør er forårsaget af den kombinerede effekt af dårlig smøring under trækning og utilstrækkelig mellemspændingsaflastende udglødningsvarmebehandling (eller ingen udglødning). Blandt dem er dårlig smøring hovedårsagen, og dårlig mellemliggende spændingsudglødning (eller ingen udglødning) er hjælpeårsagen. For at undgå lignende defekter bør fabrikanter kræve, at værkstedsoperatører nøje følger de relevante tekniske forskrifter for smøre- og varmebehandlingsprocessen i produktionen. Da den kontinuerlige udglødningsovn med rullebund er en kontinuerlig udglødningsovn, selvom den er bekvem og hurtig at fylde og aflæsse, er det desuden vanskeligt at kontrollere temperaturen og hastigheden af ​​materialer med forskellige specifikationer og størrelser i ovnen. Hvis det ikke er strengt implementeret i henhold til forskrifterne, er det let at forårsage ujævn udglødningstemperatur eller for kort tid, hvilket resulterer i utilstrækkelig omkrystallisation, hvilket fører til defekter i den efterfølgende produktion. Derfor bør producenter, der bruger rullebund kontinuerlige udglødningsovne til varmebehandling, kontrollere de forskellige krav og faktiske operationer af varmebehandling.