Țeava din oțel fără sudură 20# este clasa de material specificată în GB3087-2008 „Țevi din oțel fără sudură pentru cazane de joasă și medie presiune”. Este o țeavă din oțel fără sudură din oțel structural carbon de înaltă calitate, potrivită pentru fabricarea diferitelor cazane de joasă și medie presiune. Este un material comun și de volum mare pentru țevi de oțel. Când un producător de echipamente pentru cazane producea un colector de reîncălzire la temperatură joasă, s-a constatat că pe suprafața interioară a zeci de îmbinări ale țevilor existau defecte grave de fisuri transversale. Materialul îmbinării țevii a fost 20 de oțel cu o specificație de Φ57mm×5mm. Am inspectat conducta de oțel crăpată și am efectuat o serie de teste pentru a reproduce defectul și a afla cauza fisurii transversale.

1. Analiza caracteristicilor fisurii
Morfologia fisurilor: Se poate observa că există multe fisuri transversale distribuite de-a lungul direcției longitudinale a țevii de oțel. Crăpăturile sunt ordonate. Fiecare fisură are o caracteristică ondulată, cu o ușoară deformare în direcția longitudinală și fără zgârieturi longitudinale. Există un anumit unghi de deviere între fisura și suprafața țevii de oțel și o anumită lățime. Există oxizi și decarburări la marginea fisurii. Fundul este tocit și nu există semne de expansiune. Structura matricei este ferită normală + perlită, care este distribuită într-o bandă și are o dimensiune a granulelor de 8. Cauza fisurii este legată de frecarea dintre peretele interior al țevii de oțel și matrița interioară în timpul producției. teava de otel.

Conform caracteristicilor morfologice macroscopice și microscopice ale fisurii, se poate deduce că fisura a fost generată înainte de tratamentul termic final al țevii de oțel. Țeava de oțel folosește un tub rotund de Φ90mm. Principalele procese de formare pe care le suferă sunt perforarea la cald, laminarea la cald și reducerea diametrului și două trefilări la rece. Procesul specific este că țagla de tub rotund de Φ90mm este laminată într-un tub brut de Φ93mm × 5.8mm, apoi laminată la cald și redusă la Φ72mm × 6.2mm. După decapare și lubrifiere, se efectuează prima tragere la rece. Specificația după desenarea la rece este Φ65mm×5.5mm. După recoacere intermediară, decapare și lubrifiere, se efectuează a doua tragere la rece. Specificația după desenarea la rece este Φ57mm×5mm.

Conform analizei procesului de producție, factorii care afectează frecarea dintre peretele interior al țevii de oțel și matrița interioară sunt în principal calitatea lubrifierii și sunt, de asemenea, legați de plasticitatea țevii de oțel. Dacă plasticitatea țevii de oțel este slabă, posibilitatea apariției fisurilor de tragere va crește foarte mult, iar plasticitatea slabă este legată de tratamentul termic de recoacere de reducere a tensiunilor intermediare. Pe baza acestui fapt, se deduce că fisurile pot fi generate în procesul de tragere la rece. În plus, deoarece fisurile nu sunt deschise în mare măsură și nu există niciun semn evident de expansiune, înseamnă că fisurile nu au suferit influența deformării secundare a tragerii după formare, deci se deduce că cel mai probabil timpul pentru ca fisurile să fie generate ar trebui să fie al doilea proces de tragere la rece. Factorii care influențează cel mai probabil sunt lubrifierea slabă și/sau recoacere slabă pentru reducerea tensiunilor.

Pentru a determina cauza fisurilor, au fost efectuate teste de reproducere a fisurilor în cooperare cu producătorii de țevi de oțel. Pe baza analizei de mai sus, au fost efectuate următoarele încercări: Cu condiția ca procesele de perforare și de reducere a diametrului de laminare la cald să rămână neschimbate, condițiile de ungere și/sau de tratare termică de recoacere de reducere a tensiunii sunt modificate, iar țevile de oțel trase sunt inspectate pentru încercați să reproduceți aceleași defecte.

2. Plan de testare
Sunt propuse nouă planuri de testare prin modificarea procesului de lubrifiere și a parametrilor procesului de recoacere. Printre acestea, necesarul de timp normal de fosfatare și lubrifiere este de 40 min, cerința normală de temperatură de recoacere intermediară de reducere a tensiunii este de 830 ℃, iar cerința normală de timp de izolație este de 20 de minute. Procesul de testare folosește o unitate de trefilare la rece de 30 tone și un cuptor de tratare termică cu role de fund.

3. Rezultatele testelor
Prin inspecția țevilor de oțel produse prin cele 9 scheme de mai sus, s-a constatat că, cu excepția schemelor 3, 4, 5 și 6, celelalte scheme prezentau toate fisuri tremurate sau transversale în grade diferite. Dintre acestea, schema 1 avea o treaptă inelară; schemele 2 și 8 prezentau fisuri transversale, iar morfologia fisurii era foarte asemănătoare cu cea găsită în producție; schemele 7 și 9 se zguduiseră, dar nu s-au găsit fisuri transversale.

4. Analiză și discuție
Printr-o serie de teste, s-a verificat pe deplin faptul că lubrifierea și recoacerea de detensionare intermediară în timpul procesului de trefilare la rece a țevilor de oțel au un impact vital asupra calității țevilor de oțel finite. În special, schemele 2 și 8 au reprodus aceleași defecte pe peretele interior al țevii de oțel găsite în producția de mai sus.

Schema 1 este de a efectua prima tragere la rece pe tubul mamă laminat la cald cu diametru redus fără a efectua procesul de fosfatare și lubrifiere. Din cauza lipsei de lubrifiere, sarcina necesară în timpul procesului de trage la rece a atins sarcina maximă a mașinii de trage la rece. Procesul de desenare la rece este foarte laborios. Scuturarea țevii de oțel și frecarea cu matrița provoacă pași evidenti pe peretele interior al tubului, indicând faptul că atunci când plasticitatea tubului mamă este bună, deși desenul nelubrifiat are un efect negativ, nu este ușor de provocat. fisuri transversale. În Schema 2, țeava de oțel cu fosfatare și lubrifiere slabă este trasă continuu la rece, fără recoacere intermediară de reducere a tensiunii, rezultând fisuri transversale similare. Cu toate acestea, în Schema 3, nu s-au găsit defecte la trefilarea continuă la rece a țevii de oțel cu o bună fosfatare și lubrifiere fără recoacere intermediară de reducere a tensiunilor, ceea ce indică preliminar că ungerea slabă este cauza principală a fisurilor transversale. Schemele de la 4 la 6 sunt de a modifica procesul de tratare termică, asigurând în același timp o bună lubrifiere, și ca rezultat nu au apărut defecte de tragere, ceea ce indică faptul că recoacerea de detensionare intermediară nu este factorul dominant care duce la apariția fisurilor transversale. Schemele de la 7 la 9 modifică procesul de tratare termică, scurtând în același timp timpul de fosfatare și lubrifiere la jumătate. Ca rezultat, țevile de oțel din Schemele 7 și 9 au linii de agitare, iar Schema 8 produce fisuri transversale similare.

Analiza comparativă de mai sus arată că fisurile transversale vor apărea în ambele cazuri de lubrifiere slabă + fără recoacere intermediară și lubrifiere slabă + temperatură intermediară scăzută de recoacere. În cazurile de lubrifiere slabă + recoacere intermediară bună, lubrifiere bună + fără recoacere intermediară și lubrifiere bună + temperatură intermediară scăzută de recoacere, deși vor apărea defecte ale liniei de agitare, nu vor apărea fisuri transversale pe peretele interior al țevii de oțel. Lubrefierea slabă este cauza principală a fisurilor transversale, iar recoacere intermediară slabă de detensionare este cauza auxiliară.

Deoarece solicitarea de tragere a țevii de oțel este proporțională cu forța de frecare, lubrifierea slabă va duce la o creștere a forței de tragere și la o scădere a vitezei de tragere. Viteza este mică atunci când țeava de oțel este trasă pentru prima dată. Dacă viteza este mai mică decât o anumită valoare, adică atinge punctul de bifurcare, dornul va produce vibrații auto-excitate, rezultând linii de agitare. În cazul unei lubrifieri insuficiente, frecarea axială dintre metalul suprafeței (în special suprafața interioară) și matriță în timpul tragerii este mult crescută, rezultând întărirea prin lucru. Dacă temperatura ulterioară de tratare termică a țevii de oțel este insuficientă (cum ar fi aproximativ 630 ℃ stabilită în test) sau nu există recoacere, este ușor să provoace fisuri la suprafață.

Conform calculelor teoretice (cea mai scăzută temperatură de recristalizare ≈ 0,4×1350℃), temperatura de recristalizare a oțelului 20# este de aproximativ 610℃. Dacă temperatura de recoacere este aproape de temperatura de recristalizare, țeava de oțel nu reușește să se recristalizeze complet, iar întărirea prin lucru nu este eliminată, rezultând o plasticitate slabă a materialului, fluxul de metal este blocat în timpul frecării, iar straturile interioare și exterioare de metal sunt grav deformat neuniform, generând astfel o solicitare suplimentară axială mare. Ca urmare, efortul axial al metalului suprafeței interioare a țevii de oțel depășește limita sa, generând astfel fisuri.

5. Concluzie
Generarea de fisuri transversale pe peretele interior al unei țevi de oțel fără sudură de 20# este cauzată de efectul combinat al lubrifierii slabe în timpul tragerii și al tratamentului termic de recoacere de reducere a tensiunilor intermediare insuficiente (sau fără recoacere). Printre acestea, lubrifierea slabă este cauza principală, iar recoacere intermediară slabă de reducere a tensiunilor (sau lipsa recoacerii) este cauza auxiliară. Pentru a evita defecte similare, producătorii ar trebui să solicite operatorilor de atelier să respecte cu strictețe reglementările tehnice relevante ale procesului de lubrifiere și tratament termic în producție. În plus, deoarece cuptorul de recoacere continuă cu fundul rolei este un cuptor de recoacere continuă, deși este convenabil și rapid de încărcat și descărcat, este dificil de controlat temperatura și viteza materialelor de diferite specificații și dimensiuni în cuptor. Dacă nu este implementat strict conform reglementărilor, este ușor să provoace o temperatură de recoacere neuniformă sau un timp prea scurt, rezultând o recristalizare insuficientă, ducând la defecte în producția ulterioară. Prin urmare, producătorii care utilizează cuptoare de recoacere continuă cu fundul rolei pentru tratarea termică ar trebui să controleze diferitele cerințe și operațiunile reale ale tratamentului termic.