20# бешавна челична цев је класа материјала наведена у ГБ3087-2008 „Бешавне челичне цеви за котлове ниског и средњег притиска“. То је висококвалитетна бешавна челична цев од угљеничног конструкцијског челика погодна за производњу различитих котлова ниског и средњег притиска. То је уобичајени материјал за челичне цеви велике запремине. Када је произвођач котловске опреме производио нискотемпературни забојник за догревање, откривено је да постоје озбиљни попречни дефекти напрслина на унутрашњој површини десетина спојева цеви. Материјал за спајање цеви био је челик 20 са спецификацијом Φ57мм×5мм. Прегледали смо напуклу челичну цев и спровели низ тестова да бисмо репродуковали дефект и открили узрок попречне пукотине.

1. Анализа карактеристика пукотине
Морфологија пукотине: Може се видети да има много попречних пукотина распоређених дуж уздужног правца челичне цеви. Пукотине су уредно распоређене. Свака пукотина има таласасту карактеристику, са благим отклоном у уздужном правцу и без уздужних огреботина. Између пукотине и површине челичне цеви постоји одређени угао отклона и одређена ширина. На ивици пукотине постоје оксиди и декарбонизација. Дно је тупо и нема знакова ширења. Структура матрице је нормалан ферит + перлит, који је распоређен у траку и има величину зрна 8. Узрок пукотине је повезан са трењем између унутрашњег зида челичне цеви и унутрашњег калупа током производње. челична цев.

Према макроскопским и микроскопским морфолошким карактеристикама пукотине, може се закључити да је пукотина настала пре завршне термичке обраде челичне цеви. Челична цев користи округлу цев од Φ90 мм. Главни процеси обликовања којима се подвргава су врућа перфорација, вруће ваљање и смањење пречника, и два хладна извлачења. Специфичан процес је да се округла цев од Φ90 мм умота у грубу цев Φ93 мм × 5,8 мм, а затим се топло ваља и редукује на Φ72 мм × 6,2 мм. Након кисељења и подмазивања, врши се прво хладно извлачење. Спецификација након хладног извлачења је Φ65мм×5.5мм. После средњег жарења, кисељења и подмазивања, врши се друго хладно извлачење. Спецификација након хладног извлачења је Φ57мм×5мм.

Према анализи производног процеса, фактори који утичу на трење између унутрашњег зида челичне цеви и унутрашњег калупа су углавном квалитет подмазивања и такође су повезани са пластичношћу челичне цеви. Ако је пластичност челичне цеви лоша, могућност повлачења пукотина ће се увелико повећати, а лоша пластичност је повезана са топлотном обрадом средњег напона жарења. На основу овога се закључује да пукотине могу настати у процесу хладног извлачења. Осим тога, пошто пукотине нису у великој мери отворене и нема очигледних знакова ширења, то значи да пукотине након формирања нису доживеле утицај секундарне деформације вучења, па се даље закључује да је највероватније време за стварање пукотина треба да буде други процес хладног извлачења. Највероватнији фактори утицаја су лоше подмазивање и/или лоше жарење за ублажавање напрезања.

Да би се утврдио узрок настанка пукотина, у сарадњи са произвођачима челичних цеви извршена су испитивања репродукције пукотина. На основу горње анализе, извршена су следећа испитивања: Под условом да процеси редукције пречника перфорације и врућег ваљања остану непромењени, промењени су услови термичке обраде подмазивања и/или растерећења жарења, а извучене челичне цеви су прегледане на покушајте да репродукујете исте недостатке.

2. План тестирања
Предложено је девет планова испитивања променом процеса подмазивања и параметара процеса жарења. Међу њима, нормално време фосфатирања и подмазивања је 40 минута, нормална температура за жарење за ублажавање напрезања је 830 ℃, а нормално време изолације је 20 минута. Процес испитивања користи јединицу за хладно извлачење од 30т и пећ за топлотну обраду са ваљком.

3. Резултати испитивања
Прегледом челичних цеви произведених по горњих 9 шема, установљено је да осим шема 3, 4, 5 и 6, све друге шеме имају треперење или попречне пукотине различитог степена. Међу њима, шема 1 је имала прстенасти корак; шеме 2 и 8 су имале попречне пукотине, а морфологија пукотина је била веома слична оној пронађеној у производњи; шеме 7 и 9 су се потресле, али нису пронађене попречне пукотине.

4. Анализа и дискусија
Кроз низ тестова, у потпуности је потврђено да подмазивање и жарење средњег напрезања током процеса хладног извлачења челичних цеви имају витални утицај на квалитет готових челичних цеви. Конкретно, шеме 2 и 8 су репродуковале исте недостатке на унутрашњем зиду челичне цеви пронађене у горњој производњи.

Шема 1 је да се изврши прво хладно извлачење топловаљане матичне цеви смањеног пречника без извођења процеса фосфатирања и подмазивања. Због недостатка подмазивања, оптерећење потребно током процеса хладног извлачења достигло је максимално оптерећење машине за хладно извлачење. Процес хладног цртања је веома напоран. Тресење челичне цеви и трење са калупом изазивају очигледне кораке на унутрашњем зиду цеви, што указује да када је пластичност матичне цеви добра, иако неподмазан цртеж има негативан ефекат, није лако изазвати попречне пукотине. У шеми 2, челична цев са лошим фосфатирањем и подмазивањем је континуирано хладно вучена без средњег жарења за ублажавање напона, што доводи до сличних попречних пукотина. Међутим, у шеми 3 нису нађени дефекти у континуираном хладном извлачењу челичне цеви са добрим фосфатирањем и подмазивањем без средњег жарења за ублажавање напона, што прелиминарно указује да је лоше подмазивање главни узрок попречних пукотина. Шеме 4 до 6 су да се промени процес термичке обраде уз обезбеђивање доброг подмазивања, а као резултат тога није дошло до дефекта вучења, што указује на то да жарење средњег напона није доминантан фактор који доводи до појаве попречних пукотина. Шеме 7 до 9 мењају процес топлотне обраде док скраћују време фосфатирања и подмазивања за половину. Као резултат тога, челичне цеви на шемама 7 и 9 имају линије потреса, а шема 8 производи сличне попречне пукотине.

Горња упоредна анализа показује да ће се попречне пукотине појавити у оба случаја лошег подмазивања + без средњег жарења и лошег подмазивања + ниске средње температуре жарења. У случајевима лошег подмазивања + доброг средњег жарења, доброг подмазивања + без средњег жарења и доброг подмазивања + ниске међутемпературе жарења, иако ће се појавити дефекти на линији тресања, попречне пукотине се неће појавити на унутрашњем зиду челичне цеви. Лоше подмазивање је главни узрок попречних пукотина, а лоше жарење за ублажавање средњег напона је помоћни узрок.

Пошто је напон вучења челичне цеви пропорционалан сили трења, лоше подмазивање ће довести до повећања силе вучења и смањења брзине вучења. Брзина је мала када се челична цев први пут извуче. Ако је брзина мања од одређене вредности, односно достигне тачку бифуркације, трн ће произвести самопобуђену вибрацију, што ће резултирати линијама потреса. У случају недовољног подмазивања, аксијално трење између површине (посебно унутрашње површине) метала и матрице током извлачења је значајно повећано, што резултира радним очвршћавањем. Ако је накнадна температура топлотне обраде челичне цеви за ублажавање напона недовољна (као што је око 630℃ постављена у тесту) или нема жарења, лако је изазвати површинске пукотине.

Према теоријским прорачунима (најнижа температура рекристализације ≈ 0,4×1350℃), температура рекристализације челика 20# је око 610℃. Ако је температура жарења близу температуре рекристализације, челична цев не успева да се потпуно рекристалише, а радно очвршћавање се не елиминише, што резултира лошом пластичношћу материјала, проток метала је блокиран током трења, а унутрашњи и спољашњи слојеви метала су озбиљно неравномерно деформисан, чиме се ствара велики аксијални додатни напон. Као резултат, аксијални напон метала унутрашње површине челичне цеви прелази своју границу, стварајући на тај начин пукотине.

5. Закључак
Генерисање попречних пукотина на унутрашњем зиду бешавне челичне цеви од 20# је узроковано комбинованим ефектом лошег подмазивања током извлачења и недовољног међунапонског растерећења жарења топлотне обраде (или без жарења). Међу њима, лоше подмазивање је главни узрок, а лоше жарење за ублажавање напрезања (или без жарења) је помоћни узрок. Да би избегли сличне недостатке, произвођачи би требало да захтевају од оператера радионица да стриктно поштују релевантне техничке прописе процеса подмазивања и термичке обраде у производњи. Поред тога, пошто је пећ за континуирано жарење са ваљком на дну пећ за континуирано жарење, иако је погодна и брза за пуњење и истовар, тешко је контролисати температуру и брзину материјала различитих спецификација и величина у пећи. Ако се не спроводи стриктно у складу са прописима, лако је изазвати неуједначену температуру жарења или прекратко време, што резултира недовољном рекристализацијом, што доводи до кварова у накнадној производњи. Стога, произвођачи који користе пећи за континуирано жарење са ваљком за топлотну обраду треба да контролишу различите захтеве и стварне операције топлотне обраде.