Бесшевни челични цевки 20# е степенот на материјалот наведен во GB3087-2008 „Безшевни челични цевки за котли со низок и среден притисок“. Тоа е висококвалитетна јаглеродна конструктивна челична цевка без шевови, погодна за производство на разни котли со низок и среден притисок. Тоа е вообичаен и голем волуменски материјал за челични цевки. Кога производителот на опрема за котел произведуваше заглавие на грејач со ниска температура, беше откриено дека има сериозни дефекти на попречни пукнатини на внатрешната површина на десетици споеви на цевки. Материјалот за спојување на цевката беше челик 20 со спецификација од Φ57mm×5mm. Ја прегледавме испуканата челична цевка и спроведовме серија тестови за да го репродуцираме дефектот и да ја откриеме причината за попречната пукнатина.

1. Анализа на карактеристики на пукнатини
Морфологија на пукнатини: Се гледа дека има многу попречни пукнатини распоредени по надолжната насока на челичната цевка. Пукнатините се уредно наредени. Секоја пукнатина има брановидна карактеристика, со мало отклонување во надолжната насока и без надолжни гребнатини. Постои одреден агол на отклонување помеѓу пукнатината и површината на челичната цевка и одредена ширина. На работ на пукнатината има оксиди и декарбуризација. Дното е тапо и нема знаци на проширување. Структурата на матрицата е нормален ферит + перлит, кој е распореден во лента и има големина на зрно од 8. Причината за пукнатината е поврзана со триењето помеѓу внатрешниот ѕид на челичната цевка и внатрешниот калап за време на производството на челична цевка.

Според макроскопските и микроскопските морфолошки карактеристики на пукнатината, може да се заклучи дека пукнатината настанала пред конечната термичка обработка на челичната цевка. Челичната цевка користи палка од тркалезна цевка Φ90 mm. Главните процеси на формирање на кои се подложува се топла перфорација, топло валање и намалување на дијаметарот и два ладни цртежи. Специфичниот процес е дека палката со тркалезна цевка Φ90мм се валани во груба цевка Φ93mm×5,8mm, а потоа топло валани и намалена на Φ72mm×6,2mm. По мариноване и подмачкување, се врши првото ладно цртање. Спецификацијата по ладното цртање е Φ65mm×5,5mm. По средно жарење, мариноване и подмачкување, се врши второто ладно цртање. Спецификацијата по ладното цртање е Φ57mm×5mm.

Според анализата на производниот процес, факторите кои влијаат на триењето помеѓу внатрешниот ѕид на челичната цевка и внатрешната матрица се главно квалитетот на подмачкувањето и се поврзани и со пластичноста на челичната цевка. Ако пластичноста на челичната цевка е слаба, можноста за исцртување пукнатини значително ќе се зголеми, а слабата пластичност е поврзана со термичка обработка при жарење со средно ослободување од стрес. Врз основа на ова, се заклучува дека пукнатините може да се генерираат во процесот на ладно цртање. Дополнително, бидејќи пукнатините не се отворени во голема мера и нема очигледни знаци на проширување, тоа значи дека пукнатините не го доживеале влијанието на секундарната деформација на цртежот откако ќе се формираат, па понатаму се заклучува дека најверојатно времето за создавање на пукнатини треба да биде вториот процес на ладно цртање. Најверојатните фактори кои влијаат се лошото подмачкување и/или лошото жарење за ослободување од стрес.

За да се утврди причината за пукнатините, беа спроведени тестови за репродукција на пукнатини во соработка со производители на челични цевки. Врз основа на горенаведената анализа, беа извршени следните тестови: Под услов процесите на намалување на дијаметарот на перфорација и топло валање да останат непроменети, условите за термичка обработка на жарење при подмачкување и/или намалување на стресот се менуваат и се проверуваат извлечените челични цевки до обидете се да ги репродуцирате истите дефекти.

2. План за тестирање
Предложени се девет планови за тестирање со менување на параметрите на процесот на подмачкување и процесот на жарење. Меѓу нив, нормалното барање за време на фосфатирање и подмачкување е 40 мин, нормалното барање за температура за жарење за средно ослободување од стрес е 830 ℃, а нормалното барање за време на изолација е 20 мин. Процесот на тестирање користи единица за ладно цртање од 30 тони и печка за термичка обработка на дното со валјак.

3. Резултати од тестот
Преку проверката на челичните цевки произведени од горенаведените 9 шеми, беше откриено дека освен шемите 3, 4, 5 и 6, сите други шеми имале тресење или попречни пукнатини во различен степен. Меѓу нив, шемата 1 имаше прстенест чекор; шемите 2 и 8 имаа попречни пукнатини, а морфологијата на пукнатината беше многу слична на онаа што се наоѓа во производството; шемите 7 и 9 се затресоа, но не беа пронајдени попречни пукнатини.

4. Анализа и дискусија
Преку серија тестови, беше целосно потврдено дека подмачкувањето и средното жарење за ослободување од стрес за време на процесот на ладно влечење на челичните цевки имаат витално влијание врз квалитетот на готови челични цевки. Особено, шемите 2 и 8 ги репродуцираа истите дефекти на внатрешниот ѕид на челичната цевка пронајдени во горенаведеното производство.

Шемата 1 е да се изврши првото ладно исцртување на топло валаната матична цевка со намален дијаметар без да се изврши процесот на фосфатирање и подмачкување. Поради недостаток на подмачкување, оптоварувањето потребно за време на процесот на ладно цртање го достигна максималното оптоварување на машината за ладно цртање. Процесот на ладно цртање е многу макотрпен. Тресењето на челичната цевка и триењето со калапот предизвикуваат очигледни чекори на внатрешниот ѕид на цевката, што покажува дека кога пластичноста на матичната цевка е добра, иако неподмачканиот цртеж има негативен ефект, не е лесно да се предизвика попречни пукнатини. Во шемата 2, челичната цевка со слабо фосфатирање и подмачкување е континуирано ладно извлечена без средно жарење за ослободување од стрес, што резултира со слични попречни пукнатини. Меѓутоа, во Шемата 3, не беа пронајдени дефекти во континуираното ладно влечење на челичната цевка со добро фосфатирање и подмачкување без средно жарење за ослободување од стрес, што прелиминарно укажува дека лошото подмачкување е главната причина за попречните пукнатини. Шемите од 4 до 6 треба да го променат процесот на термичка обработка притоа обезбедувајќи добро подмачкување, а како резултат на тоа не се појавија дефекти на цртежот, што покажува дека средното жарење за олеснување на стресот не е доминантен фактор што доведува до појава на попречни пукнатини. Шемите 7 до 9 го менуваат процесот на термичка обработка додека го скратуваат времето на фосфатирање и подмачкување за половина. Како резултат на тоа, челичните цевки од шемите 7 и 9 имаат линии за тресење, а шемата 8 произведува слични попречни пукнатини.

Горенаведената компаративна анализа покажува дека ќе се појават попречни пукнатини и во двата случаи на лошо подмачкување + без средно жарење и лошо подмачкување + ниска средно температура на жарење. Во случаите на лошо подмачкување + добро средно жарење, добро подмачкување + без средно жарење и добро подмачкување + ниска средно температура на жарење, иако ќе се појават дефекти на линијата за тресење, нема да се појават попречни пукнатини на внатрешниот ѕид на челичната цевка. Лошото подмачкување е главната причина за попречните пукнатини, а лошото средно жарење за ослободување од стрес е помошната причина.

Бидејќи напрегањето на влечење на челичната цевка е пропорционално на силата на триење, лошото подмачкување ќе доведе до зголемување на силата на влечење и намалување на брзината на влечење. Брзината е мала кога челичната цевка за прв пат ќе се повлече. Ако брзината е помала од одредена вредност, односно ја достигне точката на бифуркација, мандрелата ќе произведе самовозбудливи вибрации, што ќе резултира со линии на тресење. Во случај на недоволно подмачкување, аксијалното триење помеѓу површината (особено внатрешната површина) металот и матрицата за време на цртањето е значително зголемено, што резултира со стврднување на работата. Ако последователната температура за термичка обработка на жарењето за ослободување од стрес на челичната цевка е недоволна (како што е околу 630℃ поставена во тестот) или нема жарење, лесно е да се предизвикаат површински пукнатини.

Според теоретските пресметки (најниската температура на рекристализација ≈ 0,4×1350℃), температурата на рекристализација на челикот 20# е околу 610℃. Ако температурата на жарење е блиску до температурата на рекристализација, челичната цевка не успева целосно да се рекристализира, а работното стврднување не се елиминира, што резултира со слаба пластичност на материјалот, протокот на метал е блокиран за време на триењето, а внатрешниот и надворешниот слој на метал се сериозно деформиран нерамномерно, а со тоа генерира голем аксијален дополнителен стрес. Како резултат на тоа, аксијалниот напон на металот на внатрешната површина на челичната цевка ја надминува својата граница, со што се создаваат пукнатини.

5. Заклучок
Генерирањето на попречни пукнатини на внатрешниот ѕид на челична цевка без шевови 20# е предизвикано од комбинираниот ефект на лошо подмачкување за време на цртањето и недоволната термичка обработка при жарење со средно ослободување од стрес (или без жарење). Меѓу нив, лошото подмачкување е главната причина, а лошото средно жарење за ослободување од стрес (или без жарење) е помошната причина. За да се избегнат слични дефекти, производителите треба да бараат од операторите на работилниците строго да ги следат соодветните технички прописи за процесот на подмачкување и термичка обработка во производството. Дополнително, бидејќи печката за континуирано жарење со ролери е печка за континуирано жарење, иако е погодна и брза за полнење и растоварување, тешко е да се контролираат температурата и брзината на материјалите со различни спецификации и големини во печката. Доколку не се спроведува строго според прописите, лесно е да се предизвика нерамномерна температура на жарење или премногу кратко време, што резултира со недоволна рекристализација, што доведува до дефекти во последователното производство. Затоа, производителите кои користат печки за континуирано жарење со ролери за термичка обработка треба да ги контролираат различните барања и реалните операции на термичка обработка.