ท่อเหล็กไร้ตะเข็บ 20# เป็นเกรดวัสดุที่ระบุใน GB3087-2008 “ท่อเหล็กไร้ตะเข็บสำหรับหม้อไอน้ำแรงดันต่ำและปานกลาง” เป็นท่อเหล็กไร้ตะเข็บโครงสร้างเหล็กคาร์บอนคุณภาพสูง เหมาะสำหรับการผลิตหม้อไอน้ำแรงดันต่ำและแรงดันปานกลางต่างๆ เป็นวัสดุท่อเหล็กทั่วไปและมีปริมาณมาก เมื่อผู้ผลิตอุปกรณ์หม้อไอน้ำกำลังผลิตส่วนหัวของเครื่องทำความร้อนอุณหภูมิต่ำ พบว่ามีข้อบกพร่องรอยแตกตามขวางอย่างรุนแรงบนพื้นผิวด้านในของข้อต่อท่อหลายสิบจุด วัสดุข้อต่อท่อเป็นเหล็ก 20 โดยมีสเปค Φ57มม.×5มม. เราตรวจสอบท่อเหล็กที่ร้าวและทำการทดสอบหลายชุดเพื่อสร้างข้อบกพร่องและค้นหาสาเหตุของการแตกร้าวตามขวาง

1. การวิเคราะห์คุณสมบัติแคร็ก
สัณฐานวิทยาการแตกร้าว: จะเห็นได้ว่ามีรอยแตกตามขวางจำนวนมากกระจายไปตามทิศทางตามยาวของท่อเหล็ก รอยแตกร้าวถูกจัดเรียงอย่างเรียบร้อย รอยแตกแต่ละอันมีลักษณะเป็นคลื่น โดยมีการโก่งตัวเล็กน้อยในทิศทางตามยาว และไม่มีรอยขีดข่วนตามยาว มีมุมโก่งตัวระหว่างรอยแตกกับพื้นผิวของท่อเหล็กและความกว้างที่แน่นอน มีออกไซด์และการสลายตัวของคาร์บอนที่ขอบรอยแตกร้าว ก้นทื่อและไม่มีร่องรอยการขยายตัว โครงสร้างเมทริกซ์เป็นเฟอร์ไรต์ปกติ + เพิร์ลไลท์ ซึ่งกระจายตัวเป็นวงและมีเกรนขนาด 8 สาเหตุของการแตกร้าวสัมพันธ์กับการเสียดสีระหว่างผนังด้านในของท่อเหล็กกับแม่พิมพ์ด้านในระหว่างการผลิต ท่อเหล็ก

จากลักษณะทางสัณฐานวิทยาขนาดมหภาคและด้วยกล้องจุลทรรศน์ของรอยแตกร้าว สามารถอนุมานได้ว่ารอยแตกนั้นเกิดขึ้นก่อนการอบชุบด้วยความร้อนขั้นสุดท้ายของท่อเหล็ก ท่อเหล็กใช้เหล็กแท่งกลมขนาด Φ90 มม. กระบวนการขึ้นรูปหลักที่ดำเนินการคือการเจาะรูร้อน การรีดร้อนและการลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง และการเขียนแบบเย็นสองแบบ กระบวนการเฉพาะคือเหล็กแท่งกลมขนาด Φ90 มม. ถูกรีดเป็นท่อหยาบ Φ93 มม. × 5.8 มม. จากนั้นจึงรีดร้อนและลดลงเหลือ Φ72 มม. × 6.2 มม. หลังจากการดองและการหล่อลื่น จะมีการดึงเย็นครั้งแรก ข้อมูลจำเพาะหลังการวาดแบบเย็นคือ Φ65มม. × 5.5 มม. หลังจากการหลอม การดอง และการหล่อลื่นระดับกลาง การวาดภาพเย็นครั้งที่สองจะดำเนินการ ข้อกำหนดหลังการวาดแบบเย็นคือ Φ57มม.×5มม.

จากการวิเคราะห์กระบวนการผลิต ปัจจัยที่มีผลต่อแรงเสียดทานระหว่างผนังด้านในของท่อเหล็กและแม่พิมพ์ด้านในส่วนใหญ่เป็นคุณภาพของการหล่อลื่น และยังสัมพันธ์กับความเป็นพลาสติกของท่อเหล็กด้วย หากความเป็นพลาสติกของท่อเหล็กไม่ดี ความเป็นไปได้ของการเกิดรอยแตกร้าวจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และความเป็นพลาสติกที่ไม่ดีนั้นเกี่ยวข้องกับการบรรเทาความเครียดระดับกลางด้วยการอบอ่อนด้วยความร้อน จากข้อมูลนี้ จึงอนุมานได้ว่ารอยแตกร้าวอาจเกิดขึ้นได้ในกระบวนการวาดแบบเย็น นอกจากนี้ เนื่องจากรอยแตกไม่เปิดในวงกว้างและไม่มีสัญญาณของการขยายตัวที่ชัดเจน หมายความว่ารอยแตกนั้นไม่ได้รับอิทธิพลจากการเปลี่ยนรูปแบบการดึงแบบทุติยภูมิหลังจากที่เกิดขึ้น ดังนั้นจึงอนุมานต่อไปว่ามีโอกาสมากที่สุด เวลาที่ทำให้เกิดรอยแตกร้าวควรเป็นกระบวนการดึงเย็นครั้งที่สอง ปัจจัยที่มีอิทธิพลมากที่สุดคือการหล่อลื่นที่ไม่ดีและ/หรือการหลอมบรรเทาความเครียดที่ไม่ดี

เพื่อหาสาเหตุของรอยแตกร้าว ได้ทำการทดสอบการแตกร้าวโดยความร่วมมือกับผู้ผลิตท่อเหล็ก จากการวิเคราะห์ข้างต้น การทดสอบต่อไปนี้ได้ดำเนินการ: ภายใต้เงื่อนไขว่ากระบวนการเจาะและการลดเส้นผ่านศูนย์กลางการรีดร้อนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เงื่อนไขการหล่อลื่นและ/หรือการบรรเทาความเครียดจากการอบอ่อนจะเปลี่ยนไป และท่อเหล็กที่ดึงออกมาจะถูกตรวจสอบเพื่อ พยายามสร้างข้อบกพร่องเดียวกันขึ้นมาใหม่

2. แผนการทดสอบ
มีการเสนอแผนการทดสอบเก้าแผนโดยการเปลี่ยนกระบวนการหล่อลื่นและพารามิเตอร์กระบวนการอบอ่อน ความต้องการเวลาฟอสเฟตและการหล่อลื่นปกติคือ 40 นาที ข้อกำหนดอุณหภูมิการหลอมบรรเทาความเครียดระดับกลางปกติคือ 830 ℃ และข้อกำหนดเวลาฉนวนปกติคือ 20 นาที กระบวนการทดสอบใช้หน่วยวาดภาพเย็น 30 ตันและเตาบำบัดความร้อนด้านล่างแบบลูกกลิ้ง

3. ผลการทดสอบ
จากการตรวจสอบท่อเหล็กที่ผลิตโดย 9 โครงการข้างต้น พบว่ายกเว้นโครงการ 3, 4, 5 และ 6 โครงการอื่นๆ ทั้งหมดมีการสั่นไหวหรือรอยแตกตามขวางในระดับที่แตกต่างกัน ในหมู่พวกเขา โครงการที่ 1 มีขั้นตอนเป็นรูปวงแหวน รูปแบบที่ 2 และ 8 มีรอยแตกตามขวาง และรูปร่างของรอยแตกมีความคล้ายคลึงกับที่พบในการผลิตมาก แผนการที่ 7 และ 9 สั่นคลอน แต่ไม่พบรอยแตกตามขวาง

4. การวิเคราะห์และการอภิปราย
ผ่านการทดสอบหลายชุด ทำให้ได้รับการตรวจสอบอย่างเต็มที่ว่าการหล่อลื่นและการบรรเทาความเครียดขั้นกลางระหว่างกระบวนการรีดเย็นของท่อเหล็กมีผลกระทบสำคัญต่อคุณภาพของท่อเหล็กสำเร็จรูป โดยเฉพาะอย่างยิ่ง รูปแบบที่ 2 และ 8 ทำให้เกิดข้อบกพร่องแบบเดียวกันที่ผนังด้านในของท่อเหล็กที่พบในการผลิตข้างต้น

โครงการที่ 1 คือการดำเนินการวาดเย็นครั้งแรกบนท่อแม่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางลดรีดร้อน โดยไม่ต้องดำเนินการกระบวนการฟอสเฟตและการหล่อลื่น เนื่องจากขาดการหล่อลื่น โหลดที่ต้องการในระหว่างกระบวนการวาดแบบเย็นจึงถึงโหลดสูงสุดของเครื่องวาดแบบเย็น กระบวนการวาดแบบเย็นนั้นลำบากมาก การสั่นของท่อเหล็กและการเสียดสีกับแม่พิมพ์ทำให้เกิดขั้นตอนที่ชัดเจนบนผนังด้านในของท่อ ซึ่งบ่งชี้ว่าเมื่อความเป็นพลาสติกของท่อแม่ดี แม้ว่าการวาดภาพที่ไม่มีการหล่อลื่นจะส่งผลเสีย แต่ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะทำให้เกิด รอยแตกตามขวาง ในโครงการที่ 2 ท่อเหล็กที่มีฟอสเฟตและการหล่อลื่นไม่ดีจะถูกดึงเย็นอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีการอบอ่อนเพื่อบรรเทาความเครียดระดับกลาง ส่งผลให้เกิดรอยแตกตามขวางที่คล้ายกัน อย่างไรก็ตาม ในโครงการที่ 3 ไม่พบข้อบกพร่องในการดึงเย็นอย่างต่อเนื่องของท่อเหล็กที่มีฟอสเฟตและการหล่อลื่นที่ดี โดยไม่มีการอบอ่อนเพื่อบรรเทาความเครียดระดับกลาง ซึ่งบ่งชี้เบื้องต้นว่าการหล่อลื่นที่ไม่ดีเป็นสาเหตุหลักของรอยแตกตามขวาง แผนงาน 4 ถึง 6 คือการเปลี่ยนกระบวนการบำบัดความร้อนในขณะที่รับประกันการหล่อลื่นที่ดี และไม่มีข้อบกพร่องในการดึงเกิดขึ้น บ่งชี้ว่าการหลอมบรรเทาความเครียดระดับกลางไม่ใช่ปัจจัยหลักที่นำไปสู่การเกิดรอยแตกตามขวาง แบบแผน 7 ถึง 9 เปลี่ยนกระบวนการบำบัดความร้อนในขณะที่ลดระยะเวลาฟอสเฟตและการหล่อลื่นลงครึ่งหนึ่ง เป็นผลให้ท่อเหล็กของแผน 7 และ 9 มีเส้นสั่นและโครงการ 8 ทำให้เกิดรอยแตกตามขวางที่คล้ายกัน

การวิเคราะห์เปรียบเทียบข้างต้นแสดงให้เห็นว่ารอยแตกตามขวางจะเกิดขึ้นในทั้งสองกรณีที่มีการหล่อลื่นไม่ดี + ไม่มีการหลอมปานกลางและการหล่อลื่นไม่ดี + อุณหภูมิการหลอมปานกลางต่ำ ในกรณีที่การหล่อลื่นไม่ดี + การหลอมปานกลางที่ดี การหล่อลื่นที่ดี + ไม่มีการหลอมปานกลาง และการหล่อลื่นที่ดี + อุณหภูมิการหลอมปานกลางต่ำ แม้ว่าข้อบกพร่องของเส้นสั่นจะเกิดขึ้น แต่รอยแตกตามขวางจะไม่เกิดขึ้นที่ผนังด้านในของท่อเหล็ก การหล่อลื่นที่ไม่ดีเป็นสาเหตุหลักของรอยแตกตามขวาง และการหลอมบรรเทาความเครียดระดับกลางที่ไม่ดีก็เป็นสาเหตุเสริม

เนื่องจากความเครียดในการดึงของท่อเหล็กเป็นสัดส่วนกับแรงเสียดทาน การหล่อลื่นที่ไม่ดีจะส่งผลให้แรงดึงเพิ่มขึ้นและอัตราการดึงลดลง ความเร็วต่ำเมื่อดึงท่อเหล็กครั้งแรก หากความเร็วต่ำกว่าค่าที่กำหนด กล่าวคือ ความเร็วถึงจุดแยกไปสองทาง แมนเดรลจะทำให้เกิดการสั่นแบบตื่นเต้นในตัวเอง ส่งผลให้เกิดเส้นการสั่น ในกรณีที่การหล่อลื่นไม่เพียงพอ แรงเสียดทานในแนวแกนระหว่างโลหะพื้นผิว (โดยเฉพาะพื้นผิวด้านใน) และแม่พิมพ์ในระหว่างการวาดจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้งานแข็งตัวขึ้น หากอุณหภูมิการอบอ่อนด้วยความร้อนจากการอบอ่อนภายหลังของท่อเหล็กไม่เพียงพอ (เช่น ตั้งค่าไว้ประมาณ 630°C ในการทดสอบ) หรือไม่มีการอบอ่อน ก็อาจทำให้เกิดรอยแตกที่พื้นผิวได้ง่าย

ตามการคำนวณทางทฤษฎี (อุณหภูมิการตกผลึกซ้ำต่ำสุด 0.4×1350°C) อุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของเหล็ก 20# อยู่ที่ประมาณ 610°C หากอุณหภูมิการหลอมอยู่ใกล้กับอุณหภูมิการตกผลึกซ้ำ ท่อเหล็กจะไม่สามารถตกผลึกใหม่ได้อย่างสมบูรณ์ และงานชุบแข็งจะไม่ถูกกำจัด ส่งผลให้วัสดุมีความเป็นพลาสติกไม่ดี การไหลของโลหะจะถูกปิดกั้นในระหว่างการเสียดสี และชั้นในและชั้นนอกของโลหะมีความรุนแรง มีรูปร่างผิดปกติไม่สม่ำเสมอ จึงทำให้เกิดความเค้นเพิ่มเติมในแนวแกนขนาดใหญ่ เป็นผลให้ความเค้นตามแนวแกนของโลหะพื้นผิวด้านในของท่อเหล็กเกินขีดจำกัด จึงทำให้เกิดรอยแตกร้าว

5. บทสรุป
การสร้างรอยแตกตามขวางบนผนังด้านในของท่อเหล็กไร้ตะเข็บขนาด 20# เกิดจากการหล่อลื่นที่ไม่ดีในระหว่างการวาดและการอบอ่อนด้วยความร้อนในการบรรเทาความเครียดระดับกลางที่ไม่เพียงพอ (หรือไม่มีการอบอ่อน) การหล่อลื่นที่ไม่ดีเป็นสาเหตุหลัก และการบรรเทาความเครียดขั้นกลางที่ไม่ดี (หรือไม่มีการหลอม) เป็นสาเหตุเสริม เพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องที่คล้ายกัน ผู้ผลิตควรกำหนดให้ผู้ปฏิบัติงานในโรงงานปฏิบัติตามกฎระเบียบทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องของกระบวนการหล่อลื่นและการบำบัดความร้อนในการผลิตอย่างเคร่งครัด นอกจากนี้ เนื่องจากเตาหลอมแบบต่อเนื่องด้านล่างลูกกลิ้งเป็นเตาหลอมแบบต่อเนื่อง แม้ว่าจะสะดวกและรวดเร็วในการโหลดและขนถ่าย แต่ก็เป็นการยากที่จะควบคุมอุณหภูมิและความเร็วของวัสดุที่มีข้อกำหนดและขนาดต่างกันในเตาเผา หากไม่ปฏิบัติตามกฎระเบียบอย่างเคร่งครัด อาจทำให้อุณหภูมิการอบอ่อนไม่สม่ำเสมอหรือใช้เวลาสั้นเกินไปได้ง่าย ส่งผลให้เกิดการตกผลึกซ้ำไม่เพียงพอ นำไปสู่ข้อบกพร่องในการผลิตในภายหลัง ดังนั้นผู้ผลิตที่ใช้เตาหลอมแบบต่อเนื่องด้านล่างแบบลูกกลิ้งสำหรับการบำบัดความร้อนควรควบคุมข้อกำหนดต่างๆ และการทำงานจริงของการบำบัดความร้อน