Бесшовные стальные трубы 20# — это марка материала, указанная в GB3087-2008 «Бесшовные стальные трубы для котлов низкого и среднего давления». Это высококачественная бесшовная стальная труба из углеродистой конструкционной стали, подходящая для изготовления различных котлов низкого и среднего давления. Это распространенный материал для стальных труб большого объема. Когда производитель котельного оборудования изготавливал коллектор низкотемпературного промежуточного перегревателя, выяснилось, что на внутренней поверхности десятков стыков труб имеются серьезные дефекты поперечных трещин. Материалом соединения труб была сталь марки 20 диаметром 57×5 мм. Мы осмотрели треснувшую стальную трубу и провели серию испытаний, чтобы воспроизвести дефект и выяснить причину поперечной трещины.

1. Анализ особенностей трещин
Морфология трещин: видно, что имеется множество поперечных трещин, распределенных вдоль продольного направления стальной трубы. Трещины расположены аккуратно. Каждая трещина имеет волнообразный характер, с небольшим прогибом в продольном направлении и без продольных царапин. Между трещиной и поверхностью стальной трубы существует определенный угол отклонения и определенная ширина. По краю трещины имеются оксиды и обезуглероживания. Дно тупое, признаков расширения нет. Матричная структура представляет собой обычный феррит + перлит, который распределён полосами и имеет размер зерна 8. Причина появления трещин связана с трением между внутренней стенкой стальной трубы и внутренней формой во время производства. стальная труба.

По макроскопическим и микроскопическим морфологическим характеристикам трещины можно сделать вывод, что трещина образовалась до окончательной термической обработки стальной трубы. В стальной трубе используется заготовка круглого сечения диаметром 90 мм. Основными процессами формования, которым он подвергается, являются горячая перфорация, горячая прокатка и уменьшение диаметра, а также две холодные волочения. Конкретный процесс заключается в том, что заготовка круглой трубы диаметром 90 мм прокатывается в черновую трубу диаметром 93 мм × 5,8 мм, а затем подвергается горячей прокатке и обжимается до диаметра 72 мм × 6,2 мм. После травления и смазки проводят первую холодную вытяжку. Спецификация после холодного волочения составляет Φ65×5,5 мм. После промежуточного отжига, травления и смазки проводят вторую холодную вытяжку. Спецификация после холодного волочения составляет Φ57×5 мм.

Согласно анализу производственного процесса, факторами, влияющими на трение между внутренней стенкой стальной трубы и внутренней матрицей, являются в основном качество смазки, а также пластичность стальной трубы. Если пластичность стальной трубы плохая, вероятность образования трещин значительно возрастает, а плохая пластичность связана с термообработкой отжига для снятия промежуточных напряжений. На основании этого делается вывод, что трещины могут образовываться в процессе холодной вытяжки. Кроме того, поскольку трещины в значительной степени не раскрыты и нет явных признаков расширения, это означает, что трещины не подверглись влиянию вторичной деформации вытяжки после того, как они образовались, поэтому далее делается вывод, что наиболее вероятным является время образования трещин должно приходиться на второй процесс холодного волочения. Наиболее вероятными факторами влияния являются плохая смазка и/или плохой отжиг для снятия напряжений.

Чтобы определить причину трещин, совместно с производителями стальных труб были проведены испытания на воспроизведение трещин. На основании приведенного выше анализа были проведены следующие испытания: при условии, что процессы перфорации и уменьшения диаметра горячей прокатки остаются неизменными, условия термообработки смазки и/или отжига для снятия напряжений и/или снятия напряжений проверяются, а тянутые стальные трубы проверяются на предмет попытайтесь воспроизвести те же дефекты.

2. План испытаний
Предлагаются девять планов испытаний путем изменения параметров процесса смазки и процесса отжига. Среди них нормальное время фосфатирования и смазки составляет 40 минут, нормальная температура отжига для снятия промежуточного напряжения - 830 ℃, а нормальное время изоляции - 20 минут. В процессе испытаний используется установка холодного волочения грузоподъемностью 30 тонн и печь для термообработки с роликовым подом.

3. Результаты испытаний
При осмотре стальных труб, изготовленных по указанным выше 9 схемам, было установлено, что, за исключением схем 3, 4, 5 и 6, все остальные схемы имели тряску или поперечные трещины в различной степени. Среди них схема 1 имела кольцевой шаг; схемы 2 и 8 имели поперечные трещины, морфология трещин очень близка к обнаруженной на производстве; схемы 7 и 9 тряслись, но поперечных трещин не обнаружено.

4. Анализ и обсуждение
Серией испытаний было полностью подтверждено, что смазка и отжиг для снятия промежуточных напряжений в процессе холодной волочения стальных труб оказывают существенное влияние на качество готовых стальных труб. В частности, схемы 2 и 8 воспроизводили те же дефекты внутренней стенки стальной трубы, что и в вышеуказанном производстве.

Схема 1 предполагает выполнение первой холодной вытяжки горячекатаной исходной трубы уменьшенного диаметра без проведения процесса фосфатирования и смазки. Из-за отсутствия смазки нагрузка, необходимая в процессе холодного волочения, достигла максимальной нагрузки машины холодного волочения. Процесс холодного волочения очень трудоемкий. Встряхивание стальной трубы и трение о форму вызывают очевидные следы на внутренней стенке трубы, что указывает на то, что при хорошей пластичности исходной трубы, хотя несмазанная вытяжка оказывает неблагоприятное воздействие, ее нелегко вызвать. поперечные трещины. На схеме 2 стальная труба с плохим фосфатированием и смазкой подвергается непрерывной холодной вытяжке без промежуточного отжига для снятия напряжений, что приводит к образованию аналогичных поперечных трещин. Однако на схеме 3 при непрерывном холодном волочении стальной трубы с хорошим фосфатированием и смазкой без промежуточного отжига для снятия напряжений дефектов обнаружено не было, что предварительно указывает на то, что плохая смазка является основной причиной появления поперечных трещин. Схемы 4-6 заключаются в изменении процесса термообработки при обеспечении хорошей смазки, при этом не возникает дефектов волочения, что указывает на то, что отжиг для снятия промежуточных напряжений не является доминирующим фактором, приводящим к возникновению поперечных трещин. Схемы 7–9 изменяют процесс термообработки, сокращая время фосфатирования и смазки вдвое. В результате на стальных трубах схем 7 и 9 появляются линии вибраций, а на схеме 8 — аналогичные поперечные трещины.

Приведенный выше сравнительный анализ показывает, что поперечные трещины будут возникать в обоих случаях: плохая смазка + отсутствие промежуточного отжига и плохая смазка + низкая температура промежуточного отжига. В случаях плохой смазки + хорошего промежуточного отжига, хорошей смазки + отсутствия промежуточного отжига и хорошей смазки + низкой температуры промежуточного отжига, хотя и возникают дефекты линии встряхивания, на внутренней стенке стальной трубы поперечные трещины не возникают. Плохая смазка является основной причиной поперечных трещин, а плохой отжиг для снятия промежуточных напряжений — вспомогательной причиной.

Поскольку напряжение волочения стальной трубы пропорционально силе трения, плохая смазка приведет к увеличению силы волочения и снижению скорости волочения. Скорость низкая при первой вытяжке стальной трубы. Если скорость ниже определенного значения, то есть достигает точки бифуркации, оправка будет производить самовозбуждающуюся вибрацию, приводящую к появлению линий вибраций. При недостаточной смазке осевое трение между поверхностью (особенно внутренней поверхностью) металла и матрицей во время волочения сильно увеличивается, что приводит к наклепу. Если последующая температура термообработки стальной трубы отжигом для снятия напряжений недостаточна (например, около 630 ℃, установленная при испытании) или отжиг отсутствует, легко вызвать поверхностные трещины.

Согласно теоретическим расчетам (минимальная температура рекристаллизации ≈ 0,4×1350℃), температура рекристаллизации стали 20# составляет около 610℃. Если температура отжига близка к температуре рекристаллизации, стальная труба не успевает полностью рекристаллизоваться и не устраняется наклеп, что приводит к плохой пластичности материала, блокированию течения металла при трении, сильному разрушению внутренних и наружных слоев металла. деформируется неравномерно, создавая тем самым большое осевое дополнительное напряжение. В результате осевое напряжение металла внутренней поверхности стальной трубы превышает свой предел, что приводит к образованию трещин.

5. Заключение
Образование поперечных трещин на внутренней стенке бесшовной стальной трубы 20# вызвано совместным воздействием плохой смазки во время волочения и недостаточной термической обработки отжигом для снятия промежуточных напряжений (или отсутствия отжига). Среди них плохая смазка является основной причиной, а плохой отжиг для снятия промежуточных напряжений (или отсутствие отжига) является вспомогательной причиной. Во избежание подобных дефектов производители должны требовать от операторов цехов строгого соблюдения соответствующего технического регламента процесса смазки и термообработки на производстве. Кроме того, поскольку печь непрерывного отжига с роликовым подом представляет собой печь непрерывного отжига, хотя ее удобно и быстро загружать и выгружать, в печи трудно контролировать температуру и скорость материалов различных характеристик и размеров. Если это не выполняется строго в соответствии с правилами, легко вызвать неравномерность температуры отжига или слишком короткое время, что приведет к недостаточной рекристаллизации, что приведет к дефектам в последующем производстве. Поэтому производители, использующие для термообработки печи непрерывного отжига с роликовым подом, должны контролировать различные требования и фактические операции термообработки.