La tubería de acero sin costura #20 es el grado de material especificado en GB3087-2008 "Tuberías de acero sin costura para calderas de baja y media presión". Es un tubo de acero sin costura de acero estructural al carbono de alta calidad adecuado para la fabricación de diversas calderas de baja y media presión. Es un material de tubería de acero común y de gran volumen. Cuando un fabricante de equipos de calderas estaba fabricando un cabezal de recalentador de baja temperatura, se descubrió que había graves defectos de grietas transversales en la superficie interior de docenas de uniones de tuberías. El material de la junta de la tubería era acero 20 con una especificación de Φ57 mm×5 mm. Inspeccionamos la tubería de acero agrietada y realizamos una serie de pruebas para reproducir el defecto y descubrir la causa de la grieta transversal.

1. Análisis de características de grietas
Morfología de las grietas: se puede observar que hay muchas grietas transversales distribuidas a lo largo de la dirección longitudinal de la tubería de acero. Las grietas están ordenadas ordenadamente. Cada grieta tiene una característica ondulada, con una ligera desviación en la dirección longitudinal y sin rayones longitudinales. Existe un cierto ángulo de desviación entre la grieta y la superficie de la tubería de acero y un cierto ancho. Hay óxidos y descarburación en el borde de la grieta. El fondo está romo y no hay signos de expansión. La estructura de la matriz es ferrita normal + perlita, la cual está distribuida en una banda y tiene un tamaño de grano de 8. La causa de la grieta está relacionada con la fricción entre la pared interna del tubo de acero y el molde interno durante la producción del tubo de acero.

De acuerdo con las características morfológicas macroscópicas y microscópicas de la grieta, se puede inferir que la grieta se generó antes del tratamiento térmico final de la tubería de acero. El tubo de acero utiliza un tocho de tubo redondo de Φ90 mm. Los principales procesos de conformado a los que se somete son la perforación en caliente, laminación en caliente y reducción de diámetro, y dos embuticiones en frío. El proceso específico consiste en que el tocho de tubo redondo de Φ90 mm se lamina hasta obtener un tubo rugoso de Φ93 mm × 5,8 mm, y luego se lamina en caliente y se reduce a Φ72 mm × 6,2 mm. Después del decapado y la lubricación se realiza el primer estirado en frío. La especificación después del estirado en frío es Φ65 mm × 5,5 mm. Después del recocido intermedio, el decapado y la lubricación, se lleva a cabo el segundo estirado en frío. La especificación después del estirado en frío es Φ57mm×5mm.

Según el análisis del proceso de producción, los factores que afectan la fricción entre la pared interior del tubo de acero y el troquel interior son principalmente la calidad de la lubricación y también están relacionados con la plasticidad del tubo de acero. Si la plasticidad de la tubería de acero es deficiente, la posibilidad de que se produzcan grietas aumentará considerablemente, y la plasticidad deficiente está relacionada con el tratamiento térmico de recocido de alivio de tensión intermedio. Con base en esto, se infiere que las grietas pueden generarse en el proceso de estirado en frío. Además, debido a que las grietas no están abiertas en gran medida y no hay signos obvios de expansión, significa que las grietas no han experimentado la influencia de la deformación secundaria por estirado después de su formación, por lo que se infiere además que lo más probable El tiempo para que se generen las grietas debe ser el segundo proceso de estirado en frío. Los factores que más probablemente influyen son una mala lubricación y/o un recocido deficiente para aliviar tensiones.

Para determinar la causa de las grietas se llevaron a cabo pruebas de reproducción de grietas en colaboración con fabricantes de tubos de acero. Con base en el análisis anterior, se llevaron a cabo las siguientes pruebas: Bajo la condición de que los procesos de reducción de diámetro de perforación y laminado en caliente permanezcan sin cambios, se cambien las condiciones de lubricación y/o tratamiento térmico de recocido de alivio de tensión, y se inspeccionen los tubos de acero trefilados para Intenta reproducir los mismos defectos.

2. Plan de prueba
Se proponen nueve planes de prueba cambiando los parámetros del proceso de lubricación y del proceso de recocido. Entre ellos, el requisito de tiempo normal de fosfatado y lubricación es de 40 minutos, el requisito de temperatura de recocido de alivio de tensión intermedia normal es de 830 ℃ y el requisito de tiempo de aislamiento normal es de 20 minutos. El proceso de prueba utiliza una unidad de estirado en frío de 30 toneladas y un horno de tratamiento térmico con fondo de rodillo.

3. Resultados de la prueba
A través de la inspección de las tuberías de acero producidas por los 9 esquemas anteriores, se encontró que, a excepción de los esquemas 3, 4, 5 y 6, todos los demás esquemas tenían sacudidas o grietas transversales en diversos grados. Entre ellos, el esquema 1 tenía un paso anular; los esquemas 2 y 8 tuvieron grietas transversales, y la morfología de las grietas fue muy similar a la encontrada en producción; Los esquemas 7 y 9 se habían sacudido, pero no se encontraron grietas transversales.

4. Análisis y discusión
A través de una serie de pruebas, se verificó completamente que la lubricación y el recocido de alivio de tensión intermedio durante el proceso de estirado en frío de tubos de acero tienen un impacto vital en la calidad de los tubos de acero terminados. En particular, los esquemas 2 y 8 reproducían los mismos defectos en la pared interior del tubo de acero encontrados en la producción anterior.

El esquema 1 consiste en realizar el primer estirado en frío del tubo madre de diámetro reducido laminado en caliente sin realizar el proceso de fosfatado y lubricación. Debido a la falta de lubricación, la carga requerida durante el proceso de estirado en frío ha alcanzado la carga máxima de la máquina de estirado en frío. El proceso de estirado en frío es muy laborioso. La sacudida del tubo de acero y la fricción con el molde provocan escalones evidentes en la pared interior del tubo, lo que indica que cuando la plasticidad del tubo madre es buena, aunque el trefilado sin lubricar tiene un efecto adverso, no es fácil provocar grietas transversales. En el Esquema 2, la tubería de acero con mala fosfatación y lubricación se estira continuamente en frío sin recocido intermedio para aliviar tensiones, lo que produce grietas transversales similares. Sin embargo, en el Esquema 3, no se encontraron defectos en el estirado continuo en frío de la tubería de acero con buena fosfatación y lubricación sin recocido intermedio para aliviar tensiones, lo que indica preliminarmente que la mala lubricación es la causa principal de las grietas transversales. Los esquemas 4 a 6 tienen como objetivo cambiar el proceso de tratamiento térmico garantizando al mismo tiempo una buena lubricación y, como resultado, no se produjeron defectos de trefilado, lo que indica que el recocido de alivio de tensión intermedio no es el factor dominante que conduce a la aparición de grietas transversales. Los esquemas 7 a 9 cambian el proceso de tratamiento térmico y acortan a la mitad el tiempo de fosfatado y lubricación. Como resultado, los tubos de acero de los Esquemas 7 y 9 tienen líneas de vibración y el Esquema 8 produce grietas transversales similares.

El análisis comparativo anterior muestra que se producirán grietas transversales en ambos casos de mala lubricación + sin recocido intermedio y mala lubricación + baja temperatura de recocido intermedio. En los casos de mala lubricación + buen recocido intermedio, buena lubricación + sin recocido intermedio y buena lubricación + baja temperatura de recocido intermedio, aunque se producirán defectos en la línea de agitación, no se producirán grietas transversales en la pared interior de la tubería de acero. La mala lubricación es la causa principal de las grietas transversales y el recocido deficiente para el alivio de tensiones intermedias es la causa auxiliar.

Dado que la tensión de estiramiento de la tubería de acero es proporcional a la fuerza de fricción, una lubricación deficiente provocará un aumento en la fuerza de estiramiento y una disminución en la velocidad de estiramiento. La velocidad es baja cuando se extrae el tubo de acero por primera vez. Si la velocidad es inferior a un cierto valor, es decir, alcanza el punto de bifurcación, el mandril producirá una vibración autoexcitada, lo que dará como resultado líneas de vibración. En el caso de una lubricación insuficiente, la fricción axial entre la superficie (especialmente la superficie interior) del metal y la matriz durante el embutido aumenta considerablemente, lo que resulta en un endurecimiento por trabajo. Si la temperatura del tratamiento térmico de recocido de alivio de tensión posterior de la tubería de acero es insuficiente (como aproximadamente 630 ℃ establecida en la prueba) o no hay recocido, es fácil causar grietas en la superficie.

Según cálculos teóricos (la temperatura de recristalización más baja ≈ 0,4 × 1350 ℃), la temperatura de recristalización del acero 20# es de aproximadamente 610 ℃. Si la temperatura de recocido está cerca de la temperatura de recristalización, la tubería de acero no logra recristalizar completamente y el endurecimiento por trabajo no se elimina, lo que resulta en una plasticidad deficiente del material, el flujo de metal se bloquea durante la fricción y las capas interna y externa de metal se dañan severamente. deformado de manera desigual, generando así una gran tensión axial adicional. Como resultado, la tensión axial del metal de la superficie interna del tubo de acero excede su límite, generando así grietas.

5. Conclusión
La generación de grietas transversales en la pared interior de una tubería de acero sin costura 20# es causada por el efecto combinado de una mala lubricación durante el trefilado y un tratamiento térmico de recocido insuficiente para aliviar tensiones intermedias (o ningún recocido). Entre ellos, la mala lubricación es la causa principal y el recocido deficiente para el alivio de tensiones intermedias (o ningún recocido) es la causa auxiliar. Para evitar defectos similares, los fabricantes deberían exigir a los operadores de los talleres que sigan estrictamente las normas técnicas pertinentes del proceso de lubricación y tratamiento térmico en producción. Además, dado que el horno de recocido continuo de fondo de rodillos es un horno de recocido continuo, aunque es conveniente y rápido de cargar y descargar, es difícil controlar la temperatura y la velocidad de materiales de diferentes especificaciones y tamaños en el horno. Si no se implementa estrictamente de acuerdo con las regulaciones, es fácil provocar una temperatura de recocido desigual o un tiempo demasiado corto, lo que resultará en una recristalización insuficiente y provocará defectos en la producción posterior. Por lo tanto, los fabricantes que utilizan hornos de recocido continuo de fondo de rodillos para el tratamiento térmico deben controlar los diversos requisitos y operaciones reales del tratamiento térmico.