Ο χαλύβδινος σωλήνας χωρίς ραφή 20# είναι η ποιότητα υλικού που καθορίζεται στο GB3087-2008 «Σωλήνες χωρίς ραφή χάλυβας για λέβητες χαμηλής και μέσης πίεσης». Είναι ένας υψηλής ποιότητας ανθρακούχο δομικός χάλυβας χωρίς ραφή σωλήνας κατάλληλος για την κατασκευή διαφόρων λεβήτων χαμηλής και μέσης πίεσης. Είναι ένα κοινό και μεγάλου όγκου υλικό χαλύβδινων σωλήνων. Όταν ένας κατασκευαστής εξοπλισμού λέβητα κατασκεύαζε μια κεφαλή αναθερμαντήρα χαμηλής θερμοκρασίας, διαπιστώθηκε ότι υπήρχαν σοβαρά ελαττώματα εγκάρσιας ρωγμής στην εσωτερική επιφάνεια δεκάδων αρμών σωλήνων. Το υλικό αρμού σωλήνα ήταν χάλυβας 20 με προδιαγραφή Φ57mm×5mm. Επιθεωρήσαμε τον ραγισμένο χαλύβδινο σωλήνα και πραγματοποιήσαμε μια σειρά δοκιμών για να αναπαραγάγουμε το ελάττωμα και να μάθουμε την αιτία της εγκάρσιας ρωγμής.

1. Ανάλυση χαρακτηριστικών ρωγμών
Μορφολογία ρωγμών: Μπορεί να φανεί ότι υπάρχουν πολλές εγκάρσιες ρωγμές κατανεμημένες κατά τη διαμήκη κατεύθυνση του χαλύβδινου σωλήνα. Οι ρωγμές είναι τακτοποιημένες. Κάθε ρωγμή έχει ένα κυματιστό χαρακτηριστικό, με μια μικρή απόκλιση στη διαμήκη κατεύθυνση και χωρίς διαμήκεις γρατσουνιές. Υπάρχει μια ορισμένη γωνία εκτροπής μεταξύ της ρωγμής και της επιφάνειας του χαλύβδινου σωλήνα και ένα ορισμένο πλάτος. Υπάρχουν οξείδια και αποξανθράκωση στην άκρη της ρωγμής. Το κάτω μέρος είναι αμβλύ και δεν υπάρχει κανένα σημάδι διαστολής. Η δομή της μήτρας είναι κανονικός φερρίτης + περλίτης, ο οποίος κατανέμεται σε μια ταινία και έχει μέγεθος κόκκου 8. Η αιτία της ρωγμής σχετίζεται με την τριβή μεταξύ του εσωτερικού τοιχώματος του χαλύβδινου σωλήνα και του εσωτερικού καλουπιού κατά την παραγωγή του χαλύβδινος σωλήνας.

Σύμφωνα με τα μακροσκοπικά και μικροσκοπικά μορφολογικά χαρακτηριστικά της ρωγμής, μπορεί να συναχθεί ότι η ρωγμή δημιουργήθηκε πριν από την τελική θερμική επεξεργασία του χαλύβδινου σωλήνα. Ο χαλύβδινος σωλήνας χρησιμοποιεί ένα μπιλιέτα στρογγυλού σωλήνα Φ90mm. Οι κύριες διαδικασίες διαμόρφωσης που υφίσταται είναι η θερμή διάτρηση, η θερμή έλαση και η μείωση της διαμέτρου και δύο κρύα σχέδια. Η συγκεκριμένη διαδικασία είναι ότι η ράβδος στρογγυλού σωλήνα Φ90mm τυλίγεται σε τραχύ σωλήνα Φ93mm×5,8mm, και στη συνέχεια έλασης θερμής και μειώνεται σε Φ72mm×6,2mm. Μετά το πάστωμα και τη λίπανση, πραγματοποιείται το πρώτο κρύο σχέδιο. Η προδιαγραφή μετά το κρύο σχέδιο είναι Φ65mm×5,5mm. Μετά από ενδιάμεση ανόπτηση, αποξήρανση και λίπανση, πραγματοποιείται το δεύτερο κρύο τράβηγμα. Η προδιαγραφή μετά το κρύο σχέδιο είναι Φ57mm×5mm.

Σύμφωνα με την ανάλυση της παραγωγικής διαδικασίας, οι παράγοντες που επηρεάζουν την τριβή μεταξύ του εσωτερικού τοιχώματος του χαλύβδινου σωλήνα και της εσωτερικής μήτρας είναι κυρίως η ποιότητα λίπανσης και σχετίζονται επίσης με την πλαστικότητα του χαλύβδινου σωλήνα. Εάν η πλαστικότητα του χαλύβδινου σωλήνα είναι κακή, η πιθανότητα δημιουργίας ρωγμών θα αυξηθεί πολύ και η κακή πλαστικότητα σχετίζεται με τη θερμική επεξεργασία ανόπτησης ενδιάμεσης ανακούφισης τάσης. Με βάση αυτό, συμπεραίνεται ότι οι ρωγμές μπορεί να δημιουργηθούν στη διαδικασία ψυχρής έλξης. Επιπλέον, επειδή οι ρωγμές δεν είναι ανοιχτές σε μεγάλο βαθμό και δεν υπάρχει εμφανές σημάδι διαστολής, σημαίνει ότι οι ρωγμές δεν έχουν υποστεί την επίδραση της δευτερεύουσας παραμόρφωσης σχεδίασης μετά τον σχηματισμό τους, επομένως συμπεραίνεται περαιτέρω ότι το πιο πιθανό Ο χρόνος για να δημιουργηθούν οι ρωγμές θα πρέπει να είναι η δεύτερη διαδικασία ψυχρής σχεδίασης. Οι πιθανότεροι παράγοντες που επηρεάζουν είναι η κακή λίπανση και/ή η κακή ανόπτηση ανακούφισης από το στρες.

Για τον προσδιορισμό της αιτίας των ρωγμών, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές αναπαραγωγής ρωγμών σε συνεργασία με κατασκευαστές χαλύβδινων σωλήνων. Με βάση την παραπάνω ανάλυση, πραγματοποιήθηκαν οι ακόλουθες δοκιμές: Υπό την προϋπόθεση ότι οι διαδικασίες μείωσης της διαμέτρου διάτρησης και θερμής έλασης παραμένουν αμετάβλητες, αλλάζουν οι συνθήκες θερμικής επεξεργασίας λίπανσης ή/και ανακούφισης τάσης ανόπτησης και επιθεωρούνται οι τραβηγμένοι χαλύβδινοι σωλήνες προσπαθήστε να αναπαράγετε τα ίδια ελαττώματα.

2. Σχέδιο δοκιμής
Προτείνονται εννέα σχέδια δοκιμών αλλάζοντας τις παραμέτρους της διαδικασίας λίπανσης και της διαδικασίας ανόπτησης. Μεταξύ αυτών, η κανονική απαίτηση χρόνου φωσφοροποίησης και λίπανσης είναι 40 λεπτά, η κανονική απαίτηση θερμοκρασίας ανόπτησης ενδιάμεσης ανακούφισης καταπόνησης είναι 830℃ και η κανονική απαίτηση χρόνου μόνωσης είναι 20 λεπτά. Η διαδικασία δοκιμής χρησιμοποιεί μια μονάδα ψυχρής έλξης 30 τόνων και έναν κλίβανο θερμικής επεξεργασίας πυθμένα με ρολό.

3. Αποτελέσματα δοκιμών
Μέσω της επιθεώρησης των χαλύβδινων σωλήνων που παράγονται από τα παραπάνω 9 σχήματα, διαπιστώθηκε ότι εκτός από τα σχήματα 3, 4, 5 και 6, άλλα σχήματα είχαν όλα ανακινούμενες ή εγκάρσιες ρωγμές σε διάφορους βαθμούς. Μεταξύ αυτών, το σχήμα 1 είχε ένα δακτυλιοειδές βήμα. Τα σχήματα 2 και 8 είχαν εγκάρσιες ρωγμές και η μορφολογία των ρωγμών ήταν πολύ παρόμοια με αυτή που βρέθηκε στην παραγωγή. Τα σχήματα 7 και 9 είχαν κλονιστεί, αλλά δεν βρέθηκαν εγκάρσιες ρωγμές.

4. Ανάλυση και συζήτηση
Μέσω μιας σειράς δοκιμών, επαληθεύτηκε πλήρως ότι η λίπανση και η ενδιάμεση ανόπτηση ανακούφισης από καταπόνηση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ψυχρής έλξης χαλύβδινων σωλήνων έχουν ζωτικό αντίκτυπο στην ποιότητα των τελικών χαλύβδινων σωλήνων. Συγκεκριμένα, τα σχήματα 2 και 8 αναπαρήγαγαν τα ίδια ελαττώματα στο εσωτερικό τοίχωμα του χαλύβδινου σωλήνα που βρέθηκαν στην παραπάνω παραγωγή.

Το Σχήμα 1 είναι να εκτελέσετε το πρώτο κρύο σχέδιο στον μητρικό σωλήνα μειωμένης διαμέτρου θερμής έλασης χωρίς να εκτελέσετε τη διαδικασία φωσφοροποίησης και λίπανσης. Λόγω της έλλειψης λίπανσης, το φορτίο που απαιτείται κατά τη διαδικασία ψυχρής έλξης έχει φτάσει στο μέγιστο φορτίο της μηχανής ψυχρής έλξης. Η διαδικασία ψυχρής σχεδίασης είναι πολύ επίπονη. Το τίναγμα του χαλύβδινου σωλήνα και η τριβή με το καλούπι προκαλούν εμφανή βήματα στο εσωτερικό τοίχωμα του σωλήνα, υποδεικνύοντας ότι όταν η πλαστικότητα του μητρικού σωλήνα είναι καλή, αν και το αλίπαστο σχέδιο έχει αρνητικό αποτέλεσμα, δεν είναι εύκολο να προκληθεί εγκάρσιες ρωγμές. Στο Σχήμα 2, ο χαλύβδινος σωλήνας με κακή φωσφοροποίηση και λίπανση τραβιέται συνεχώς εν ψυχρώ χωρίς ενδιάμεση ανόπτηση ανακούφισης τάσης, με αποτέλεσμα παρόμοιες εγκάρσιες ρωγμές. Ωστόσο, στο Σχήμα 3, δεν βρέθηκαν ελαττώματα στο συνεχές κρύο τράβηγμα του χαλύβδινου σωλήνα με καλή φωσφοροποίηση και λίπανση χωρίς ενδιάμεση ανόπτηση ανακούφισης τάσης, κάτι που προκαταρκτικά δείχνει ότι η κακή λίπανση είναι η κύρια αιτία των εγκάρσιων ρωγμών. Τα σχήματα 4 έως 6 πρέπει να αλλάξουν τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας διασφαλίζοντας παράλληλα καλή λίπανση και ως αποτέλεσμα δεν παρουσιάστηκαν ελαττώματα σχεδίασης, υποδεικνύοντας ότι η ενδιάμεση ανόπτηση ανακούφισης από την τάση δεν είναι ο κυρίαρχος παράγοντας που οδηγεί στην εμφάνιση εγκάρσιων ρωγμών. Τα σχήματα 7 έως 9 αλλάζουν τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας ενώ μειώνουν κατά το ήμισυ τον χρόνο φωσφορώσεως και λίπανσης. Ως αποτέλεσμα, οι χαλύβδινοι σωλήνες των Σχημάτων 7 και 9 έχουν γραμμές κραδασμού και το Σχήμα 8 δημιουργεί παρόμοιες εγκάρσιες ρωγμές.

Η παραπάνω συγκριτική ανάλυση δείχνει ότι εγκάρσιες ρωγμές θα εμφανιστούν και στις δύο περιπτώσεις κακής λίπανσης + χωρίς ενδιάμεση ανόπτηση και κακής λίπανσης + χαμηλής ενδιάμεσης θερμοκρασίας ανόπτησης. Σε περιπτώσεις κακής λίπανσης + καλής ενδιάμεσης ανόπτησης, καλής λίπανσης + χωρίς ενδιάμεση ανόπτηση και καλής λίπανσης + χαμηλής ενδιάμεσης θερμοκρασίας ανόπτησης, αν και θα παρουσιαστούν ελαττώματα στη γραμμή ανακίνησης, δεν θα εμφανιστούν εγκάρσιες ρωγμές στο εσωτερικό τοίχωμα του χαλύβδινου σωλήνα. Η κακή λίπανση είναι η κύρια αιτία των εγκάρσιων ρωγμών και η κακή ενδιάμεση ανόπτηση ανακούφισης της τάσης είναι η βοηθητική αιτία.

Δεδομένου ότι η τάση έλξης του χαλύβδινου σωλήνα είναι ανάλογη με τη δύναμη τριβής, η κακή λίπανση θα οδηγήσει σε αύξηση της δύναμης έλξης και μείωση του ρυθμού έλξης. Η ταχύτητα είναι χαμηλή όταν ο χαλύβδινος σωλήνας τραβιέται για πρώτη φορά. Εάν η ταχύτητα είναι μικρότερη από μια ορισμένη τιμή, δηλαδή φτάσει στο σημείο διακλάδωσης, ο άξονας θα παράγει δόνηση που διεγείρεται από τον εαυτό του, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται γραμμές ανακίνησης. Σε περίπτωση ανεπαρκούς λίπανσης, η αξονική τριβή μεταξύ της επιφάνειας (ιδιαίτερα της εσωτερικής επιφάνειας) μετάλλου και της μήτρας κατά το τράβηγμα αυξάνεται πολύ, με αποτέλεσμα τη σκλήρυνση της εργασίας. Εάν η επακόλουθη θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας ανόπτησης ανακούφισης καταπόνησης του χαλύβδινου σωλήνα είναι ανεπαρκής (όπως περίπου 630℃ που έχει οριστεί στη δοκιμή) ή δεν υπάρχει ανόπτηση, είναι εύκολο να προκληθούν επιφανειακές ρωγμές.

Σύμφωνα με τους θεωρητικούς υπολογισμούς (η χαμηλότερη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης ≈ 0,4×1350℃), η θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης του χάλυβα 20# είναι περίπου 610℃. Εάν η θερμοκρασία ανόπτησης είναι κοντά στη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης, ο χαλύβδινος σωλήνας αποτυγχάνει να ανακρυσταλλωθεί πλήρως και η σκλήρυνση της εργασίας δεν εξαλείφεται, με αποτέλεσμα κακή πλαστικότητα υλικού, η ροή μετάλλου εμποδίζεται κατά την τριβή και τα εσωτερικά και εξωτερικά στρώματα μετάλλου είναι σοβαρά παραμορφώνονται ανομοιόμορφα, δημιουργώντας έτσι μια μεγάλη αξονική πρόσθετη τάση. Ως αποτέλεσμα, η αξονική τάση του μετάλλου της εσωτερικής επιφάνειας του χαλύβδινου σωλήνα υπερβαίνει το όριο της, δημιουργώντας έτσι ρωγμές.

5. Συμπέρασμα
Η δημιουργία εγκάρσιων ρωγμών στο εσωτερικό τοίχωμα ενός χαλύβδινου σωλήνα άνευ ραφής 20# προκαλείται από τη συνδυασμένη επίδραση της κακής λίπανσης κατά το τράβηγμα και της ανεπαρκούς ενδιάμεσης θερμικής επεξεργασίας ανόπτησης (ή μη ανόπτησης). Μεταξύ αυτών, η κακή λίπανση είναι η κύρια αιτία και η κακή ενδιάμεση ανόπτηση ανακούφισης από το στρες (ή καθόλου ανόπτηση) είναι η βοηθητική αιτία. Για να αποφευχθούν παρόμοια ελαττώματα, οι κατασκευαστές θα πρέπει να απαιτούν από τους χειριστές του συνεργείου να ακολουθούν αυστηρά τους σχετικούς τεχνικούς κανονισμούς της διαδικασίας λίπανσης και θερμικής επεξεργασίας στην παραγωγή. Επιπλέον, δεδομένου ότι ο κλίβανος συνεχούς ανόπτησης με ρολό είναι ένας κλίβανος συνεχούς ανόπτησης, αν και είναι βολικός και γρήγορος στη φόρτωση και εκφόρτωση, είναι δύσκολο να ελεγχθεί η θερμοκρασία και η ταχύτητα υλικών διαφορετικών προδιαγραφών και μεγεθών στον κλίβανο. Εάν δεν εφαρμόζεται αυστηρά σύμφωνα με τους κανονισμούς, είναι εύκολο να προκληθεί ανομοιόμορφη θερμοκρασία ανόπτησης ή πολύ μικρός χρόνος, με αποτέλεσμα ανεπαρκή ανακρυστάλλωση, οδηγώντας σε ελαττώματα στη μεταγενέστερη παραγωγή. Επομένως, οι κατασκευαστές που χρησιμοποιούν φούρνους συνεχούς ανόπτησης με κύλινδρο για θερμική επεξεργασία θα πρέπει να ελέγχουν τις διάφορες απαιτήσεις και τις πραγματικές λειτουργίες της θερμικής επεξεργασίας.