لوله فولادی بدون درز 20 درجه مواد مشخص شده در GB3087-2008 "لوله های فولادی بدون درز برای دیگ های فشار کم و متوسط" است. این یک لوله فولادی بدون درز ساختاری کربنی با کیفیت بالا است که برای ساخت انواع دیگهای بخار فشار کم و فشار متوسط ​​مناسب است. این یک ماده لوله فولادی رایج و با حجم زیاد است. هنگامی که یک تولید کننده تجهیزات دیگ بخار در حال ساخت یک هدر گرم کننده مجدد با دمای پایین بود، مشخص شد که ایرادات ترک عرضی جدی در سطح داخلی ده ها اتصال لوله وجود دارد. مواد اتصال لوله 20 فولاد با مشخصات Φ57mm×5mm بود. لوله فولادی ترک خورده را بررسی کردیم و یک سری آزمایشات را برای بازتولید نقص و یافتن علت ترک عرضی انجام دادیم.

1. تجزیه و تحلیل ویژگی های کرک
مورفولوژی ترک: مشاهده می شود که ترک های عرضی زیادی در جهت طولی لوله فولادی توزیع شده است. ترک ها به طور مرتب چیده شده اند. هر ترک دارای یک ویژگی مواج است، با انحراف جزئی در جهت طولی و بدون خراش طولی. زاویه انحراف مشخصی بین ترک و سطح لوله فولادی و عرض معینی وجود دارد. در لبه ترک اکسیدها و کربن زدایی وجود دارد. قسمت پایین صاف است و هیچ نشانی از انبساط وجود ندارد. ساختار ماتریس از فریت + پرلیت معمولی است که به صورت نواری توزیع شده و دارای دانه بندی 8 می باشد. لوله فولادی

با توجه به مشخصات مورفولوژیکی ماکروسکوپی و میکروسکوپی ترک، می توان استنباط کرد که ترک قبل از عملیات حرارتی نهایی لوله فولادی ایجاد شده است. لوله فولادی از شمش لوله گرد Φ90mm استفاده می کند. فرآیندهای اصلی شکل دهی که تحت آن قرار می گیرد عبارتند از سوراخکاری گرم، نورد گرم و کاهش قطر و دو نقشه سرد. فرآیند خاص به این صورت است که شمش لوله گرد Φ90 میلی متری به یک لوله ناهموار Φ93 میلی متر × 5.8 میلی متر نورد می شود و سپس نورد گرم می شود و به Φ72 میلی متر × 6.2 میلی متر کاهش می یابد. پس از ترشی و روغن کاری، اولین کشش سرد انجام می شود. مشخصات پس از طراحی سرد Φ65mm×5.5mm است. پس از بازپخت میانی، ترشی و روانکاری، دومین کشش سرد انجام می شود. مشخصات پس از ترسیم سرد Φ57mm×5mm است.

با توجه به تجزیه و تحلیل فرآیند تولید، عوامل موثر بر اصطکاک بین دیواره داخلی لوله فولادی و قالب داخلی عمدتاً کیفیت روانکاری است و همچنین به انعطاف پذیری لوله فولادی مربوط می شود. اگر پلاستیسیته لوله فولادی ضعیف باشد، امکان ایجاد ترک بسیار افزایش می یابد و پلاستیسیته ضعیف مربوط به عملیات حرارتی بازپخت تنش زدایی متوسط ​​است. بر این اساس استنباط می شود که ترک ها ممکن است در فرآیند کشش سرد ایجاد شوند. علاوه بر این، از آنجایی که ترک ها تا حد زیادی باز نیستند و هیچ نشانه آشکاری از انبساط وجود ندارد، به این معنی است که ترک ها پس از تشکیل شدن، تأثیر تغییر شکل کشش ثانویه را تجربه نکرده اند، بنابراین بیشتر استنباط می شود که به احتمال زیاد زمان ایجاد ترک ها باید دومین فرآیند کشیدن سرد باشد. محتمل ترین عوامل تأثیرگذار، روانکاری ضعیف و/یا بازپخت ضعیف تنش زدایی است.

برای تعیین علت ترک، آزمایش‌های بازتولید ترک با همکاری تولیدکنندگان لوله فولادی انجام شد. بر اساس تجزیه و تحلیل فوق، آزمایش‌های زیر انجام شد: تحت شرایطی که فرآیندهای کاهش قطر سوراخ‌کاری و نورد گرم بدون تغییر باقی می‌مانند، شرایط عملیات حرارتی آنیلینگ روان‌کاری و/یا تنش‌زدایی تغییر می‌کند و لوله‌های فولادی کشیده شده بازرسی می‌شوند. سعی کنید همان عیوب را بازتولید کنید.

2. طرح تست
نه طرح آزمایشی با تغییر فرآیند روانکاری و پارامترهای فرآیند آنیل پیشنهاد شده است. در میان آنها، نیاز به زمان نرمال فسفاته و روانکاری 40 دقیقه، نیاز دمای بازپخت کاهش تنش میانی معمولی 830 درجه سانتیگراد است، و نیاز به زمان عایق معمولی 20 دقیقه است. فرآیند آزمایش از یک واحد کشش سرد 30 تن و یک کوره عملیات حرارتی کف غلتکی استفاده می کند.

3. نتایج آزمایش
با بررسی لوله های فولادی تولید شده توسط 9 طرح فوق، مشخص شد که به جز طرح های 3، 4، 5 و 6، سایر طرح ها همگی دارای ترک های لرزشی یا عرضی به درجات مختلف بوده اند. در میان آنها، طرح 1 دارای یک گام حلقوی بود. طرح‌های 2 و 8 دارای ترک‌های عرضی بودند و مورفولوژی ترک بسیار شبیه به آنچه در تولید یافت می‌شود بود. طرح های 7 و 9 تکان خورده بودند، اما هیچ ترک عرضی پیدا نشد.

4. تجزیه و تحلیل و بحث
از طریق یک سری آزمایش، به طور کامل تأیید شد که روانکاری و بازپخت تنش میانی در طول فرآیند کشش سرد لوله‌های فولادی تأثیر حیاتی بر کیفیت لوله‌های فولادی تمام شده دارد. به طور خاص، طرح‌های 2 و 8 همان عیوب را در دیواره داخلی لوله فولادی که در تولید فوق یافت می‌شود، بازتولید کردند.

طرح 1 انجام اولین ترسیم سرد بر روی لوله مادر با قطر کم نورد گرم بدون انجام فرآیند فسفاته کردن و روانکاری است. به دلیل عدم روانکاری، بار مورد نیاز در فرآیند کشش سرد به حداکثر بار دستگاه کشش سرد رسیده است. فرآیند کشیدن سرد بسیار پر زحمت است. تکان دادن لوله فولادی و اصطکاک با قالب باعث ایجاد پله های آشکار بر روی دیواره داخلی لوله می شود که نشان می دهد وقتی پلاستیکی لوله مادر خوب است، اگرچه کشش روغن کاری نشده اثر نامطلوبی دارد، اما ایجاد آن آسان نیست. ترک های عرضی در طرح 2، لوله فولادی با فسفاته و روانکاری ضعیف به طور مداوم بدون بازپخت تنش‌زدایی متوسط ​​کشیده می‌شود که منجر به ایجاد ترک‌های عرضی مشابه می‌شود. با این حال، در طرح 3، هیچ نقصی در کشش سرد مداوم لوله فولادی با فسفاته و روانکاری خوب بدون بازپخت تنش‌زدایی میانی یافت نشد، که در ابتدا نشان می‌دهد که روانکاری ضعیف علت اصلی ترک‌های عرضی است. طرح‌های 4 تا 6 برای تغییر فرآیند عملیات حرارتی در حین اطمینان از روان‌کاری خوب هستند و در نتیجه هیچ نقصی در کشش رخ نداده است، که نشان می‌دهد بازپخت تنش‌زدایی میانی عامل غالب منجر به وقوع ترک‌های عرضی نیست. طرح‌های 7 تا 9 فرآیند عملیات حرارتی را تغییر می‌دهند و زمان فسفاته شدن و روغن‌کاری را به نصف کاهش می‌دهند. در نتیجه لوله های فولادی طرح های 7 و 9 دارای خطوط لرزشی هستند و طرح 8 ترک های عرضی مشابهی ایجاد می کند.

تجزیه و تحلیل مقایسه ای فوق نشان می دهد که در هر دو حالت روانکاری ضعیف + بدون بازپخت متوسط ​​و روانکاری ضعیف + دمای متوسط ​​آنیل پایین، ترک های عرضی رخ خواهد داد. در موارد روانکاری ضعیف + آنیل متوسط ​​خوب، روانکاری خوب + بدون آنیل میانی و روانکاری خوب + دمای بازپخت متوسط ​​پایین، اگرچه عیوب خط لرزش رخ می دهد، اما در دیواره داخلی لوله فولادی ترک های عرضی ایجاد نمی شود. روانکاری ضعیف علت اصلی ترک های عرضی است و بازپخت ضعیف تنش زدایی ضعیف علت کمکی است.

از آنجایی که تنش کششی لوله فولادی با نیروی اصطکاک متناسب است، روانکاری ضعیف منجر به افزایش نیروی کششی و کاهش سرعت کشش می شود. هنگامی که لوله فولادی برای اولین بار کشیده می شود سرعت پایین است. اگر سرعت کمتر از مقدار معینی باشد، یعنی به نقطه انشعاب برسد، سنبه ارتعاش خود برانگیخته ایجاد می کند و در نتیجه خطوط لرزشی ایجاد می شود. در صورت روانکاری ناکافی، اصطکاک محوری بین سطح (به ویژه سطح داخلی) فلز و قالب در طول کشش بسیار افزایش می یابد و در نتیجه کار سخت می شود. اگر دمای عملیات حرارتی بازپخت کاهش تنش بعدی لوله فولادی کافی نباشد (مانند حدود 630 درجه سانتیگراد تنظیم شده در آزمایش) یا بدون آنیل، ایجاد ترک های سطحی آسان است.

طبق محاسبات نظری (کمترین دمای تبلور مجدد ≈ 0.4×1350 ℃)، دمای تبلور مجدد فولاد 20# حدود 610 درجه سانتیگراد است. اگر دمای بازپخت نزدیک به دمای تبلور مجدد باشد، لوله فولادی به طور کامل تبلور مجدد نمی یابد، و سخت شدن کار حذف نمی شود، در نتیجه انعطاف پذیری مواد ضعیف است، جریان فلز در هنگام اصطکاک مسدود می شود و لایه های داخلی و خارجی فلز به شدت آسیب می بیند. تغییر شکل ناهموار، در نتیجه ایجاد یک استرس اضافی محوری بزرگ است. در نتیجه تنش محوری فلز سطح داخلی لوله فولادی از حد خود فراتر رفته و در نتیجه ترک ایجاد می کند.

5. نتیجه گیری
ایجاد ترک های عرضی بر روی دیواره داخلی لوله فولادی بدون درز 20# به دلیل اثر ترکیبی روانکاری ضعیف در طول کشش و عملیات حرارتی بازپخت کاهش تنش میانی کافی (یا بدون آنیل) ایجاد می شود. در میان آنها، روانکاری ضعیف علت اصلی است و بازپخت ضعیف تنش زدایی متوسط ​​(یا بدون آنیل) علت کمکی است. برای جلوگیری از عیوب مشابه، سازندگان باید از اپراتورهای کارگاه بخواهند که قوانین فنی مربوطه را در مورد فرآیند روانکاری و عملیات حرارتی در تولید رعایت کنند. علاوه بر این، از آنجایی که کوره آنیل پیوسته با کف غلتکی یک کوره آنیل پیوسته است، اگرچه بارگیری و تخلیه مناسب و سریع است، کنترل دما و سرعت مواد با مشخصات و اندازه های مختلف در کوره دشوار است. اگر طبق مقررات به طور دقیق اجرا نشود، به راحتی می توان دمای بازپخت ناهموار یا زمان بسیار کوتاه ایجاد کرد که منجر به تبلور مجدد ناکافی می شود و منجر به نقص در تولید بعدی می شود. بنابراین، سازندگانی که از کوره های آنیل پیوسته با کف غلتکی برای عملیات حرارتی استفاده می کنند، باید الزامات مختلف و عملیات واقعی عملیات حرارتی را کنترل کنند.