Brezšivne jeklene cevi 20# so razred materiala, določen v GB3087-2008 »Brezšivne jeklene cevi za nizkotlačne in srednjetlačne kotle«. Je visokokakovostna brezšivna jeklena cev iz ogljikovega konstrukcijskega jekla, primerna za izdelavo različnih nizkotlačnih in srednjetlačnih kotlov. Je običajen material za jeklene cevi velike količine. Ko je proizvajalec kotlovske opreme izdeloval glavo nizkotemperaturnega ponovnega grelnika, je bilo ugotovljeno, da so na notranji površini več deset cevnih spojev resne prečne razpoke. Material spoja cevi je jeklo 20 s specifikacijo Φ57 mm × 5 mm. Pregledali smo počeno jekleno cev in izvedli vrsto testov, da bi poustvarili napako in ugotovili vzrok prečne razpoke.

1. Analiza funkcij razpoke
Morfologija razpok: Vidi se, da je veliko prečnih razpok, razporejenih vzdolž vzdolžne smeri jeklene cevi. Razpoke so lepo urejene. Vsaka razpoka ima valovito obliko, z rahlim odklonom v vzdolžni smeri in brez vzdolžnih prask. Med razpoko in površino jeklene cevi je določen kot odklona in določena širina. Na robu razpoke so oksidi in razogljičenje. Dno je topo in ni znakov razširitve. Struktura matrike je običajni ferit + perlit, ki je razporejen v pasu in ima velikost zrn 8. Vzrok za razpoko je povezan s trenjem med notranjo steno jeklene cevi in ​​notranjim kalupom med proizvodnjo jeklena cev.

Glede na makroskopske in mikroskopske morfološke značilnosti razpoke lahko sklepamo, da je razpoka nastala pred končno toplotno obdelavo jeklene cevi. Jeklena cev uporablja okroglo cev Φ90 mm. Glavni postopki oblikovanja, ki jim je podvržen, so vroče perforiranje, vroče valjanje in zmanjšanje premera ter dve hladni vlečenji. Poseben postopek je, da se gredica okrogle cevi Φ90 mm zvije v grobo cev Φ93 mm × 5,8 mm, nato pa se vroče valja in zmanjša na Φ72 mm × 6,2 mm. Po luženju in mazanju se izvede prvo hladno vlečenje. Specifikacija po hladnem vlečenju je Φ65 mm × 5,5 mm. Po vmesnem žarjenju, luženju in mazanju se izvede drugo hladno vlečenje. Specifikacija po hladnem vlečenju je Φ57mm×5mm.

Glede na analizo proizvodnega procesa so dejavniki, ki vplivajo na trenje med notranjo steno jeklene cevi in ​​notranjo matrico, predvsem kakovost mazanja in so povezani tudi s plastičnostjo jeklene cevi. Če je plastičnost jeklene cevi slaba, se bo možnost nastanka razpok močno povečala, slaba plastičnost pa je povezana s toplotno obdelavo žarjenja za razbremenitev vmesne napetosti. Na podlagi tega se sklepa, da lahko razpoke nastanejo v postopku hladnega vlečenja. Poleg tega, ker razpoke niso v veliki meri odprte in ni očitnih znakov širjenja, to pomeni, da razpoke po nastanku niso doživele vpliva sekundarne vlečne deformacije, zato se nadalje sklepa, da je najverjetneje čas za nastanek razpok bi moral biti drugi postopek hladnega vlečenja. Najverjetnejša dejavnika vpliva sta slabo mazanje in/ali slabo žarjenje za razbremenitev napetosti.

Da bi ugotovili vzrok za nastanek razpok, so bili v sodelovanju s proizvajalci jeklenih cevi izvedeni testi reprodukcije razpok. Na podlagi zgornje analize so bili izvedeni naslednji preskusi: Pod pogojem, da ostanejo postopki perforiranja in zmanjšanja premera vročega valjanja nespremenjeni, se spremenijo pogoji toplotne obdelave mazanja in/ali razbremenitve napetosti žarjenja in vlečene jeklene cevi se pregledajo, da poskusite reproducirati enake napake.

2. Načrt preizkusa
Predlaganih je devet preskusnih načrtov s spreminjanjem parametrov postopka mazanja in postopka žarjenja. Med njimi je običajna zahteva po času fosfatiranja in mazanja 40 minut, zahteva po običajni temperaturi žarjenja za razbremenitev vmesne napetosti 830 ℃ in zahteva po običajnem času izolacije 20 minut. Testni postopek uporablja 30-tonsko enoto za hladno vlečenje in peč za toplotno obdelavo z valjčnim dnom.

3. Rezultati testa
S pregledom jeklenih cevi, izdelanih po zgornjih 9 shemah, je bilo ugotovljeno, da so razen shem 3, 4, 5 in 6 vse druge sheme imele tresenje ali prečne razpoke v različnih stopnjah. Med njimi je shema 1 imela obročasto stopnico; shemi 2 in 8 sta imeli prečne razpoke, morfologija razpok pa je bila zelo podobna tisti v proizvodnji; shemi 7 in 9 sta se zamajali, vendar prečnih razpok ni bilo.

4. Analiza in razprava
S serijo testov je bilo v celoti preverjeno, da imata mazanje in vmesno žarjenje za razbremenitev napetosti med postopkom hladnega vlečenja jeklenih cevi bistven vpliv na kakovost končnih jeklenih cevi. Zlasti shemi 2 in 8 sta reproducirali enake napake na notranji steni jeklene cevi, ki jih najdemo v zgornji proizvodnji.

Shema 1 je izvesti prvo hladno vlečenje na vroče valjani matični cevi zmanjšanega premera brez izvajanja postopka fosfatiranja in mazanja. Zaradi pomanjkanja mazanja je obremenitev, potrebna med postopkom hladnega vlečenja, dosegla največjo obremenitev stroja za hladno vlečenje. Postopek hladnega vlečenja je zelo naporen. Tresenje jeklene cevi in ​​trenje s kalupom povzročata očitne korake na notranji steni cevi, kar kaže na to, da če je plastičnost matične cevi dobra, čeprav ima nenamazana risba škodljiv učinek, ni enostavno povzročiti prečne razpoke. V shemi 2 je jeklena cev s slabim fosfatiranjem in mazanjem nenehno hladno vlečena brez vmesnega žarjenja za razbremenitev napetosti, kar ima za posledico podobne prečne razpoke. Vendar pa v shemi 3 ni bilo ugotovljenih nobenih napak pri neprekinjenem hladnem vlečenju jeklene cevi z dobrim fosfatiranjem in mazanjem brez vmesnega žarjenja za razbremenitev napetosti, kar predhodno nakazuje, da je slabo mazanje glavni vzrok prečnih razpok. Sheme 4 do 6 morajo spremeniti postopek toplotne obdelave ob zagotavljanju dobrega mazanja in zaradi tega ni prišlo do napak pri vlečenju, kar kaže, da žarjenje z vmesno razbremenitvijo napetosti ni prevladujoč dejavnik, ki vodi do pojava prečnih razpok. Sheme 7 do 9 spremenijo postopek toplotne obdelave, hkrati pa za polovico skrajšajo čas fosfatiranja in mazanja. Posledično imajo jeklene cevi shem 7 in 9 tresljaje, shema 8 pa povzroča podobne prečne razpoke.

Zgornja primerjalna analiza kaže, da se bodo prečne razpoke pojavile v obeh primerih slabega mazanja + brez vmesnega žarjenja in slabega mazanja + nizke temperature vmesnega žarjenja. V primerih slabega mazanja + dobrega vmesnega žarjenja, dobrega mazanja + brez vmesnega žarjenja in dobrega mazanja + nizke temperature vmesnega žarjenja, čeprav se bodo pojavile napake na liniji tresenja, se na notranji steni jeklene cevi ne bodo pojavile prečne razpoke. Slabo mazanje je glavni vzrok prečnih razpok, slabo žarjenje za razbremenitev vmesnih napetosti pa je pomožni vzrok.

Ker je napetost vlečenja jeklene cevi sorazmerna s silo trenja, bo slabo mazanje povzročilo povečanje sile vlečenja in zmanjšanje hitrosti vlečenja. Pri prvem vlečenju jeklene cevi je hitrost nizka. Če je hitrost nižja od določene vrednosti, to pomeni, da doseže bifurkacijsko točko, bo trn proizvedel samovzbujeno nihanje, kar bo povzročilo tresenje. V primeru nezadostnega mazanja se močno poveča aksialno trenje med površinsko (zlasti notranjo) kovino in matrico med vlečenjem, kar povzroči otrdelost. Če je poznejša temperatura toplotne obdelave jeklene cevi pri žarjenju za razbremenitev napetosti nezadostna (na primer približno 630 ℃, nastavljena v preskusu) ali ni žarjenja, je zlahka povzročiti površinske razpoke.

Po teoretičnih izračunih (najnižja temperatura rekristalizacije ≈ 0,4 × 1350 ℃) je temperatura rekristalizacije jekla 20 # približno 610 ℃. Če je temperatura žarjenja blizu rekristalizacijske temperature, jeklena cev ne uspe popolnoma rekristalizirati in delovna utrdba ni odpravljena, kar ima za posledico slabo plastičnost materiala, pretok kovine je med trenjem blokiran, notranja in zunanja plast kovine pa sta močno poškodovani. neenakomerno deformirana, kar povzroča veliko aksialno dodatno napetost. Posledično aksialna napetost kovine notranje površine jeklene cevi preseže svojo mejo, kar povzroči razpoke.

5. Zaključek
Nastanek prečnih razpok na notranji steni brezšivne jeklene cevi 20# je posledica skupnega učinka slabega mazanja med vlečenjem in nezadostne vmesne razbremenitve napetosti pri žarjenju toplotne obdelave (ali brez žarjenja). Med njimi je glavni vzrok slabo mazanje, pomožni vzrok pa je slabo vmesno žarjenje za razbremenitev napetosti (ali brez žarjenja). Da bi se izognili podobnim okvaram, morajo proizvajalci zahtevati od upravljavcev delavnic dosledno upoštevanje ustreznih tehničnih predpisov postopka mazanja in toplotne obdelave v proizvodnji. Poleg tega, ker je peč za neprekinjeno žarjenje z valjčnim dnom peč za neprekinjeno žarjenje, je težko nadzorovati temperaturo in hitrost materialov različnih specifikacij in velikosti v peči, čeprav je priročno in hitro za polnjenje in praznjenje. Če se ne izvaja dosledno v skladu s predpisi, je lahko povzročiti neenakomerno temperaturo žarjenja ali prekratek čas, kar ima za posledico nezadostno rekristalizacijo, kar povzroči napake v kasnejši proizvodnji. Zato morajo proizvajalci, ki za toplotno obdelavo uporabljajo peči za kontinuirano žarjenje z valjčnim dnom, nadzorovati različne zahteve in dejanske postopke toplotne obdelave.