20# dikişsiz çelik boru, GB3087-2008 “Düşük ve orta basınçlı kazanlar için dikişsiz çelik borular”da belirtilen malzeme kalitesidir. Çeşitli düşük basınçlı ve orta basınçlı kazanların imalatına uygun, yüksek kaliteli karbon yapısal çelik dikişsiz çelik borudur. Yaygın ve büyük hacimli bir çelik boru malzemesidir. Bir kazan ekipmanı üreticisi düşük sıcaklıklı yeniden ısıtıcı başlığı ürettiğinde, onlarca boru bağlantısının iç yüzeyinde ciddi enine çatlak kusurlarının olduğu tespit edildi. Boru bağlantı malzemesi Φ57mm×5mm spesifikasyonuna sahip 20 çeliktir. Çatlak çelik boruyu inceledik ve kusuru yeniden oluşturmak ve enine çatlağın nedenini bulmak için bir dizi test gerçekleştirdik.

1. Çatlak özellik analizi
Çatlak morfolojisi: Çelik borunun boyuna yönü boyunca dağılmış çok sayıda enine çatlağın olduğu görülebilir. Çatlaklar düzgün bir şekilde düzenlenmiştir. Her çatlağın dalgalı bir özelliği vardır, boyuna yönde hafif bir sapma vardır ve boyuna çizik yoktur. Çatlak ile çelik borunun yüzeyi arasında belli bir sapma açısı ve belli bir genişlik vardır. Çatlağın kenarında oksitler ve dekarbürizasyon vardır. Alt kısmı küt ve genişleme belirtisi yok. Matris yapısı bant halinde dağılmış ve tane büyüklüğü 8 olan normal ferrit + perlittir. Çatlağın nedeni çelik borunun iç çeperi ile iç kalıp arasındaki sürtünme ile ilgilidir. çelik boru.

Çatlağın makroskobik ve mikroskobik morfolojik özelliklerine göre, çatlağın çelik borunun son ısıl işleminden önce oluştuğu sonucu çıkarılabilir. Çelik boru Φ90mm yuvarlak boru kütüğü kullanır. Geçirdiği ana şekillendirme işlemleri sıcak delme, sıcak haddeleme ve çap küçültme ve iki soğuk çekmedir. Spesifik işlem, Φ90 mm yuvarlak boru kütüğünün Φ93 mm × 5,8 mm kaba bir boruya haddelenmesi ve ardından sıcak haddelenerek Φ72 mm × 6,2 mm'ye düşürülmesidir. Asitleme ve yağlamadan sonra ilk soğuk çekme gerçekleştirilir. Soğuk çekmeden sonraki spesifikasyon Φ65mm×5,5mm'dir. Ara tavlama, dekapaj ve yağlamadan sonra ikinci soğuk çekme gerçekleştirilir. Soğuk çekme sonrası spesifikasyon Φ57mm×5mm'dir.

Üretim süreci analizine göre, çelik borunun iç duvarı ile iç kalıp arasındaki sürtünmeyi etkileyen faktörler esas olarak yağlamanın kalitesidir ve aynı zamanda çelik borunun plastisitesi ile de ilgilidir. Çelik borunun plastisitesi zayıfsa, çatlak oluşma olasılığı büyük ölçüde artacaktır ve zayıf plastisite, ara gerilim giderme tavlama ısıl işlemiyle ilgilidir. Buna dayanarak çatlakların soğuk çekme işleminde oluşabileceği sonucuna varılmıştır. Ayrıca çatlakların büyük ölçüde açık olmaması ve belirgin bir genişleme belirtisinin olmaması, çatlakların oluştuktan sonra ikincil çekme deformasyonunun etkisine maruz kalmadığı anlamına gelir ve bu nedenle en olası sonuç şu şekildedir: Çatlakların oluşma zamanı ikinci soğuk çekme işlemi olmalıdır. En muhtemel etkileyen faktörler zayıf yağlama ve/veya zayıf gerilim giderme tavlamasıdır.

Çatlakların nedenini belirlemek için çelik boru üreticileriyle işbirliği yapılarak çatlak yeniden üretim testleri yapıldı. Yukarıdaki analize dayanarak aşağıdaki testler gerçekleştirildi: Delme ve sıcak haddeleme çapı küçültme işlemlerinin değişmemesi koşuluyla, yağlama ve/veya gerilim giderme tavlama ısıl işlem koşulları değiştirildi ve çekilen çelik borular, aynı kusurları yeniden üretmeye çalışın.

2. Test planı
Yağlama prosesi ve tavlama prosesi parametreleri değiştirilerek dokuz test planı önerilmiştir. Bunlar arasında normal fosfatlama ve yağlama süresi gereksinimi 40 dakika, normal ara gerilim giderme tavlama sıcaklığı gereksinimi 830°C ve normal yalıtım süresi gereksinimi 20 dakikadır. Test işleminde 30 tonluk bir soğuk çekme ünitesi ve silindir tabanlı bir ısıl işlem fırını kullanılır.

3. Test sonuçları
Yukarıdaki 9 şemayla üretilen çelik boruların incelenmesiyle, 3, 4, 5 ve 6 numaralı şemalar dışında diğer şemaların hepsinde değişen derecelerde sarsıntı veya enine çatlaklar olduğu tespit edildi. Bunlar arasında şema 1'in halka şeklinde bir adımı vardı; şema 2 ve 8'de enine çatlaklar vardı ve çatlak morfolojisi üretimde bulunana çok benziyordu; Şema 7 ve 9 sarsılmıştı ancak hiçbir enine çatlak bulunamadı.

4. Analiz ve tartışma
Bir dizi testle, çelik boruların soğuk çekme işlemi sırasında yağlamanın ve ara gerilim giderme tavlamasının, bitmiş çelik boruların kalitesi üzerinde hayati bir etkiye sahip olduğu tamamen doğrulandı. Özellikle şema 2 ve 8, yukarıdaki üretimde bulunan çelik borunun iç duvarındaki aynı kusurları yeniden oluşturdu.

Şema 1, fosfatlama ve yağlama işlemini gerçekleştirmeden, sıcak haddelenmiş çapı küçültülmüş ana boru üzerinde ilk soğuk çekmenin gerçekleştirilmesidir. Yağlama eksikliği nedeniyle soğuk çekme işlemi sırasında ihtiyaç duyulan yük, soğuk çekme makinesinin maksimum yüküne ulaşmıştır. Soğuk çekme işlemi oldukça zahmetlidir. Çelik borunun sallanması ve kalıpla sürtünmesi, borunun iç duvarında bariz adımlara neden olur; bu, ana borunun plastisitesi iyi olduğunda, yağlanmamış çekmenin olumsuz bir etkiye sahip olmasına rağmen, buna neden olmanın kolay olmadığını gösterir. enine çatlaklar. Şema 2'de, fosfatlama ve yağlamanın zayıf olduğu çelik boru, ara gerilim giderme tavlaması yapılmadan sürekli olarak soğuk çekilir, bu da benzer enine çatlaklara neden olur. Bununla birlikte, Şema 3'te, ara gerilim giderme tavlaması olmadan iyi fosfatlama ve yağlama ile çelik borunun sürekli soğuk çekilmesinde hiçbir kusur bulunmadı; bu, ilk olarak zayıf yağlamanın enine çatlakların ana nedeni olduğunu gösterir. Şemalar 4 ila 6, iyi yağlama sağlarken ısıl işlem sürecini değiştirmektedir ve bunun sonucunda herhangi bir çekme kusuru meydana gelmemiştir; bu, ara gerilim giderme tavlamasının, enine çatlakların oluşmasına yol açan baskın faktör olmadığını göstermektedir. 7'den 9'a kadar olan şemalar ısıl işlem sürecini değiştirirken fosfatlama ve yağlama süresini yarı yarıya kısaltır. Sonuç olarak Şema 7 ve 9'daki çelik borular sallanma çizgilerine sahiptir ve Şema 8 benzer enine çatlaklar üretir.

Yukarıdaki karşılaştırmalı analiz, zayıf yağlama + ara tavlamanın olmaması ve zayıf yağlama + düşük ara tavlama sıcaklığı durumlarının her ikisinde de enine çatlakların meydana geleceğini göstermektedir. Kötü yağlama + iyi ara tavlama, iyi yağlama + ara tavlamanın olmaması ve iyi yağlama + düşük ara tavlama sıcaklığı durumlarında sallama hattı kusurları oluşsa da çelik borunun iç cidarında enine çatlaklar oluşmayacaktır. Enine çatlakların ana nedeni zayıf yağlamadır ve ara gerilim giderme tavlamasının zayıf olması da yardımcı nedendir.

Çelik borunun çekme gerilimi sürtünme kuvveti ile orantılı olduğundan, zayıf yağlama çekme kuvvetinin artmasına ve çekme oranının azalmasına yol açacaktır. Çelik boru ilk çekildiğinde hız düşüktür. Hız belirli bir değerin altındaysa, yani çatallanma noktasına ulaşırsa, mandrel kendi kendine uyarılan titreşim üretecek ve bu da sarsıntı çizgilerine neden olacaktır. Yetersiz yağlama durumunda, çekme sırasında yüzey (özellikle iç yüzey) metal ile kalıp arasındaki eksenel sürtünme büyük ölçüde artar ve iş sertleşmesine neden olur. Çelik borunun daha sonraki gerilim giderme tavlama ısıl işlem sıcaklığı yetersizse (testte yaklaşık 630 ° C'ye ayarlanmış gibi) veya tavlama yapılmazsa, yüzey çatlaklarına neden olmak kolaydır.

Teorik hesaplamalara göre (en düşük yeniden kristalleşme sıcaklığı ≈ 0,4×1350°C), 20# çeliğin yeniden kristalleşme sıcaklığı yaklaşık 610°C'dir. Tavlama sıcaklığı yeniden kristalleşme sıcaklığına yakınsa, çelik boru tamamen yeniden kristalleşemez ve iş sertleşmesi ortadan kaldırılmaz, bu da zayıf malzeme plastisitesine neden olur, sürtünme sırasında metal akışı engellenir ve metalin iç ve dış katmanları ciddi şekilde bozulur. dengesiz bir şekilde deforme olur, böylece büyük bir eksenel ek gerilim oluşur. Sonuç olarak çelik borunun iç yüzeyindeki metalin eksenel gerilimi sınırını aşar ve böylece çatlaklar oluşur.

5. Sonuç
20# dikişsiz çelik borunun iç duvarında enine çatlakların oluşması, çekme sırasında zayıf yağlamanın ve yetersiz ara gerilim giderme tavlama ısıl işleminin (veya tavlama yapılmamasının) birleşik etkisinden kaynaklanır. Bunların arasında ana neden zayıf yağlamadır ve ara gerilim giderme tavlamasının zayıf olması (veya tavlamanın olmaması) yardımcı nedendir. Benzer kusurlardan kaçınmak için üreticiler, atölye operatörlerinin üretimdeki yağlama ve ısıl işlem prosesiyle ilgili teknik düzenlemelere sıkı sıkıya uymalarını talep etmelidir. Ayrıca silindir tabanlı sürekli tav fırını sürekli tav fırını olduğundan, yükleme ve boşaltması uygun ve hızlı olmasına rağmen, fırın içindeki farklı özellik ve boyutlardaki malzemelerin sıcaklığının ve hızının kontrol edilmesi zordur. Düzenlemelere göre sıkı bir şekilde uygulanmazsa, eşit olmayan tavlama sıcaklığına veya çok kısa bir süreye neden olmak kolaydır, bu da yetersiz yeniden kristalleşmeyle sonuçlanarak sonraki üretimde kusurlara yol açar. Bu nedenle, ısıl işlem için silindir tabanlı sürekli tavlama fırınlarını kullanan imalatçıların, ısıl işlemin çeşitli gerekliliklerini ve fiili operasyonlarını kontrol etmesi gerekir.