Le tuyau en acier sans soudure 20# est la qualité de matériau spécifiée dans GB3087-2008 « Tuyaux en acier sans soudure pour chaudières basse et moyenne pression ». Il s'agit d'un tube en acier sans soudure en acier de construction au carbone de haute qualité adapté à la fabrication de diverses chaudières basse et moyenne pression. Il s'agit d'un matériau de tuyau en acier courant et de grand volume. Lorsqu'un fabricant d'équipement de chaudière fabriquait un collecteur de réchauffeur à basse température, il a été constaté de graves fissures transversales sur la surface intérieure de dizaines de joints de tuyaux. Le matériau du joint de tuyau était de l'acier 20 avec une spécification de Φ57 mm × 5 mm. Nous avons inspecté le tube en acier fissuré et effectué une série de tests pour reproduire le défaut et connaître la cause de la fissure transversale.

1. Analyse des caractéristiques des fissures
Morphologie des fissures : on peut voir qu'il existe de nombreuses fissures transversales réparties dans la direction longitudinale du tuyau en acier. Les fissures sont soigneusement disposées. Chaque fissure présente une caractéristique ondulée, avec une légère déviation dans le sens longitudinal et aucune rayure longitudinale. Il existe un certain angle de déflexion entre la fissure et la surface du tuyau en acier et une certaine largeur. Il y a des oxydes et une décarburation au bord de la fissure. Le fond est émoussé et il n’y a aucun signe d’expansion. La structure matricielle est une ferrite + perlite normale, qui est distribuée en bande et a une granulométrie de 8. La cause de la fissure est liée au frottement entre la paroi interne du tube en acier et le moule interne lors de la production du tuyau en acier.

Selon les caractéristiques morphologiques macroscopiques et microscopiques de la fissure, on peut en déduire que la fissure a été générée avant le traitement thermique final du tube en acier. Le tuyau en acier utilise une billette de tube rond de Φ90 mm. Les principaux processus de formage qu'il subit sont la perforation à chaud, le laminage à chaud et la réduction de diamètre, ainsi que deux étirages à froid. Le processus spécifique est que la billette de tube rond de Φ90 mm est roulée dans un tube brut de Φ93 mm × 5,8 mm, puis laminée à chaud et réduite à Φ72 mm × 6,2 mm. Après décapage et lubrification, le premier étirage à froid est réalisé. La spécification après l'étirage à froid est de Φ65 mm × 5,5 mm. Après recuit intermédiaire, décapage et lubrification, le deuxième étirage à froid est effectué. La spécification après l'étirage à froid est de Φ57 mm × 5 mm.

Selon l'analyse du processus de production, les facteurs affectant le frottement entre la paroi interne du tube en acier et la matrice interne sont principalement la qualité de la lubrification et sont également liés à la plasticité du tube en acier. Si la plasticité du tuyau en acier est mauvaise, la possibilité de fissures d'étirage augmentera considérablement, et une mauvaise plasticité est liée au traitement thermique de recuit de détente intermédiaire. Sur cette base, on en déduit que les fissures peuvent être générées lors du processus d’étirage à froid. De plus, étant donné que les fissures ne sont pas largement ouvertes et qu'il n'y a aucun signe évident d'expansion, cela signifie que les fissures n'ont pas subi l'influence d'une déformation d'étirage secondaire après leur formation, on en déduit donc que le plus probable Le temps nécessaire pour que les fissures soient générées devrait être le deuxième processus d'étirage à froid. Les facteurs d'influence les plus probables sont une mauvaise lubrification et/ou un mauvais recuit de détente.

Pour déterminer la cause des fissures, des tests de reproduction des fissures ont été réalisés en coopération avec des fabricants de tubes en acier. Sur la base de l'analyse ci-dessus, les tests suivants ont été effectués : à condition que les processus de perforation et de réduction du diamètre de laminage à chaud restent inchangés, les conditions de traitement thermique de lubrification et/ou de recuit de détente sont modifiées et les tubes en acier étirés sont inspectés pour essayez de reproduire les mêmes défauts.

2. Plan de tests
Neuf plans de tests sont proposés en modifiant les paramètres du processus de lubrification et du processus de recuit. Parmi eux, le temps normal de phosphatation et de lubrification est de 40 minutes, l'exigence normale de température de recuit de soulagement des contraintes intermédiaire est de 830 ℃ et l'exigence normale de temps d'isolation est de 20 minutes. Le processus de test utilise une unité d'étirage à froid de 30 tonnes et un four de traitement thermique à fond roulant.

3. Résultats des tests
Grâce à l'inspection des tubes en acier produits par les 9 projets ci-dessus, il a été constaté qu'à l'exception des projets 3, 4, 5 et 6, les autres projets présentaient tous des secousses ou des fissures transversales à des degrés divers. Parmi eux, le schéma 1 avait une marche annulaire ; les schémas 2 et 8 présentaient des fissures transversales et la morphologie des fissures était très similaire à celle trouvée en production ; les schémas 7 et 9 ont été ébranlés, mais aucune fissure transversale n'a été trouvée.

4. Analyse et discussion
Grâce à une série de tests, il a été pleinement vérifié que la lubrification et le recuit intermédiaire de détente pendant le processus d'étirage à froid des tubes en acier ont un impact vital sur la qualité des tubes en acier finis. En particulier, les schémas 2 et 8 reproduisaient les mêmes défauts sur la paroi interne du tube en acier trouvés dans la production ci-dessus.

Le schéma 1 consiste à effectuer le premier étirage à froid sur le tube mère de diamètre réduit laminé à chaud sans effectuer le processus de phosphatation et de lubrification. En raison du manque de lubrification, la charge requise pendant le processus d'étirage à froid a atteint la charge maximale de la machine d'étirage à froid. Le processus d'étirage à froid est très laborieux. Le tremblement du tuyau en acier et le frottement avec le moule provoquent des marches évidentes sur la paroi interne du tube, indiquant que lorsque la plasticité du tube mère est bonne, bien que l'étirage non lubrifié ait un effet néfaste, il n'est pas facile de provoquer fissures transversales. Dans le schéma 2, le tube en acier avec une mauvaise phosphatation et une mauvaise lubrification est étiré à froid en continu sans recuit intermédiaire de détente, ce qui entraîne des fissures transversales similaires. Cependant, dans le schéma 3, aucun défaut n'a été trouvé dans l'étirage à froid continu du tube en acier avec une bonne phosphatation et lubrification sans recuit intermédiaire de détente, ce qui indique au préalable qu'une mauvaise lubrification est la principale cause des fissures transversales. Les schémas 4 à 6 visent à modifier le processus de traitement thermique tout en assurant une bonne lubrification, et aucun défaut d'étirage ne s'est produit en conséquence, ce qui indique que le recuit de détente intermédiaire n'est pas le facteur dominant conduisant à l'apparition de fissures transversales. Les schémas 7 à 9 modifient le processus de traitement thermique tout en raccourcissant de moitié le temps de phosphatation et de lubrification. En conséquence, les tubes en acier des schémas 7 et 9 présentent des lignes de secousse, et le schéma 8 produit des fissures transversales similaires.

L'analyse comparative ci-dessus montre que des fissures transversales se produiront dans les deux cas de mauvaise lubrification + pas de recuit intermédiaire et de mauvaise lubrification + basse température de recuit intermédiaire. Dans les cas de mauvaise lubrification + bon recuit intermédiaire, bonne lubrification + pas de recuit intermédiaire et bonne lubrification + basse température de recuit intermédiaire, bien que des défauts de ligne de secousse se produiront, des fissures transversales ne se produiront pas sur la paroi interne du tuyau en acier. Une mauvaise lubrification est la principale cause des fissures transversales, et un mauvais recuit de détente intermédiaire en est la cause auxiliaire.

Étant donné que la contrainte d'étirage du tube en acier est proportionnelle à la force de frottement, une mauvaise lubrification entraînera une augmentation de la force d'étirage et une diminution du taux d'étirage. La vitesse est faible lorsque le tube en acier est étiré pour la première fois. Si la vitesse est inférieure à une certaine valeur, c'est-à-dire qu'elle atteint le point de bifurcation, le mandrin produira une vibration auto-excitée, entraînant des lignes de secousse. En cas de lubrification insuffisante, le frottement axial entre la surface métallique (en particulier la surface intérieure) et la matrice lors de l'emboutissage est considérablement augmenté, entraînant un écrouissage. Si la température de traitement thermique de recuit de détente ultérieure du tuyau en acier est insuffisante (par exemple, environ 630 ℃ définie lors du test) ou sans recuit, il est facile de provoquer des fissures de surface.

Selon les calculs théoriques (la température de recristallisation la plus basse ≈ 0,4×1350℃), la température de recristallisation de l'acier 20# est d'environ 610℃. Si la température de recuit est proche de la température de recristallisation, le tube en acier ne recristallise pas complètement et l'écrouissage n'est pas éliminé, ce qui entraîne une mauvaise plasticité du matériau, le flux de métal est bloqué pendant le frottement et les couches internes et externes de métal sont gravement endommagées. déformé de manière inégale, générant ainsi une contrainte supplémentaire axiale importante. En conséquence, la contrainte axiale du métal de la surface interne du tube en acier dépasse sa limite, générant ainsi des fissures.

5. Conclusion
La génération de fissures transversales sur la paroi intérieure d'un tube en acier sans soudure 20# est causée par l'effet combiné d'une mauvaise lubrification pendant l'étirage et d'un traitement thermique de recuit de détente intermédiaire insuffisant (ou de l'absence de recuit). Parmi eux, une mauvaise lubrification est la cause principale, et un mauvais recuit de détente intermédiaire (ou l'absence de recuit) est la cause auxiliaire. Pour éviter des défauts similaires, les fabricants devraient exiger des opérateurs d'atelier qu'ils respectent strictement les réglementations techniques pertinentes du processus de lubrification et de traitement thermique en production. De plus, étant donné que le four de recuit continu à rouleaux est un four de recuit continu, bien qu'il soit pratique et rapide à charger et à décharger, il est difficile de contrôler la température et la vitesse de matériaux de différentes spécifications et tailles dans le four. S'il n'est pas strictement mis en œuvre conformément à la réglementation, il est facile de provoquer une température de recuit inégale ou un temps de recuit trop court, entraînant une recristallisation insuffisante, conduisant à des défauts dans la production ultérieure. Par conséquent, les fabricants qui utilisent des fours de recuit continu à rouleaux pour le traitement thermique doivent contrôler les diverses exigences et les opérations réelles du traitement thermique.