Анализ причин растрескивания стальной трубы 45 при холодной прокатке

1. Физический и химический контроль и анализ.

1.1 Макрообследование и микроскопическое наблюдение морфологии: Для наблюдения макроскопических характеристик был выбран участок треснувшей трубы с типичными трещинами. Трещины были локально распространены вдоль продольного направления тела трубы, длиной 60-70 мм и углом около 15° к оси трубы. На поверхности корпуса трубки явных царапин не было. Трещины проникли в стенку трубы и образовали сквозную трещину. Морфологию трещины наблюдали под немецким сканирующим электронным микроскопом EVO18 ZEISS. Поверхности множественных изломов заподлицо с морфологией излома стальной трубы имели характеристики раскола и очевидные характеристики хрупкого разрушения.

1.2 Испытание на состав материала: Образцы были вырезаны из круглых стальных заготовок и треснутых трубок, химический состав двух образцов был определен с помощью спектрометра прямого считывания Bruker Q4170. Результаты показаны в таблице 1. По сравнению с GB/T1591-2008 «Низколегированная высокопрочная конструкционная сталь», можно видеть, что содержание углерода в двух образцах близко к верхнему пределу содержания углерода в соответствии с национальным стандартом. и другие компоненты сплава находятся в пределах диапазона, требуемого национальным стандартом.

1.3 Проверка микроструктуры: В поперечном и продольном сечениях были отобраны образцы круглой стали и труб с трещинами. После шлифовки, полировки и коррозии организацию наблюдали под металлографическим микроскопом Leica DM4000M. Структура круглых стальных и треснутых трубок – ферритная и перлитная. По количественному соотношению феррита и перлита в круглых стальных и треснувших трубах видно, что содержание углерода в них находится на верхнем пределе содержания углерода в обычной стали 45, что согласуется с результатами испытаний химического состава материала. Организация круглой стали перлитная и небольшое количество феррита распределены сетчато-игольчатой ​​формы, с небольшим обезуглероженным слоем на поверхности. Структура трубки с трещинами представляет собой пластинчатый перлит и феррит, распределенные в форме белых сеток, игл и блоков. На поверхности имеется небольшой обезуглероженный слой, а внутри структуры трещины.

1.4 Испытание на твердость. Для определения изменения твердости конструкции трубы после нагрева, перфорации и холодной прокатки круглой стали используется микротвердомер МН-6 для определения микротвердости феррита и перлита в стальных круглых трубах и фитингах с трещинами. . Чтобы сравнить общее изменение твердости круглой стали и треснувшей трубы, используется цифровой твердомер по Бринеллю для определения средней твердости.

2. Анализ и обсуждение

2.1 Морфология трещин и анализ причин: Проверяется химический состав круглой стали и трубы с трещиной, и известно, что содержание углерода находится на верхнем пределе содержания углерода в стали 45 национального стандарта. Увеличение содержания углерода приводит к избыточному перлиту в организации, что снижает хрупкую прочность стали на излом и увеличивает склонность стали к растрескиванию. При макроскопическом наблюдении трещина представляет собой проникающую трещину, которая представляет собой перелом сдвига, вызванный пластической деформацией металлического элемента после воздействия сложного разнонаправленного напряжения и превышения предела прочности трубы. Деформация коробления на краю и в конце трещины вызвана остаточным растягивающим напряжением. Наблюдение за морфологией под микроскопом и исследование микроструктуры показали, что излом имел характеристики скола и трещины, проходящие через перлитную структуру внутри структуры, что представляло собой очевидный транскристаллитный излом. После перфорации и холодной прокатки стальная труба имела большую пластическую деформацию, сильное искажение решетки и резкое увеличение дислокаций внутри зерен. После образования большого количества шероховатостей и резидентных полос скольжения прочность самих зерен снижается, и трещины легко зарождаются изнутри зерен, превращаясь, таким образом, в трансзеренные изломы. По результатам испытания на твердость, по данным таблиц 2 и 3, видно, что твердость арматуры с трещинами на 132,3HBW выше, чем у круглой стали, а твердость перлита в арматуре с трещинами составляет 95,6HV0,1. выше, чем у круглой стали, а твердость феррита существенно не изменилась. Наклеп, вызванный пластической деформацией, увеличивает твердость стальной трубы при одновременном снижении пластичности и ударной вязкости.

2.2 Анализ процесса прокатки. Из металлургических знаний видно, что предел прочности на разрыв в 3,5 раза превышает твердость по Бринеллю. В литературе показано, что функциональная кривая наклепа холоднокатаной стали 45 имеет вид: S=660,39x0,7528, где: S — предел прочности, х — коэффициент удлинения, х=1/(1-Z), Z — холодная прокатка. усадка секции. Согласно приведенному выше соотношению, характеристики перфорированной необработанной трубы в этом испытании составляют 51 мм × 5,5 мм, а характеристики холоднокатаной трубы — 24,5 мм × 4,6 мм. Видно, что усадка секции холодной прокатки составляет Z=63,4%, коэффициент удлинения x=2,732, предел прочности S=1406,63 МПа, а теоретическая твердость стальной трубы после прокатки составляет 401,7HBW, а твердость Обнаруженная трещина на трубе составляет 326,3HBW. Это показывает, что деформация, указанная компанией, слишком велика, что создает большое внутреннее напряжение в стальной трубе, что приводит к растрескиванию во время прокатки.

3. Меры и эффекты по улучшению

3.1 Меры по улучшению: Для устранения влияния наклепа после перфорации применяется процесс рекристаллизационного отжига. Поскольку содержание углерода в этой партии стали близко к верхнему пределу национального стандарта для стали 45, перлит относительно богат, а твердость стали высока. Поскольку твердость перлита связана с его межпластинчатым расстоянием, чем больше межпластинчатое расстояние, тем ниже твердость. Чем медленнее скорость охлаждения при отжиге, тем больше межпластинчатое расстояние перлита. Поэтому процесс рекристаллизационного отжига перед прокаткой применяют для повышения пластичности и вязкости стали, а также устранения влияния наклепа. Температура рекристаллизационного отжига составляет 730 ℃, его охлаждают до 160 ℃ со скоростью 80-100 ℃/ч, а затем охлаждают на воздухе из печи. При условии соответствия прочности и твердости стальной трубы для расчета разумной величины деформации используется кривая функции деформационного упрочнения холоднокатаной стали 45: S = 660,39x0,7528. Большая величина деформации сделает прочность и твердость стальной трубы слишком высокими, и в стальной трубе будет создаваться большое внутреннее напряжение, вызывающее растрескивание во время прокатки или правки, что также не способствует обработке и использованию.

3.2 Эффект от реализации: Благодаря приведенному выше анализу причин растрескивания 45 стальных бесшовных стальных труб перфорированная шероховатая труба размером 40×5,5 мм была раскатана в готовую трубу со спецификациями 24,5×4,6 мм. В это время степень поперечной усадки стальной трубы Z = 51,7%, что на 12 процентных пунктов меньше, чем деформация готовой трубы, прокатанной с перфорированной трубой 51 мм × 5,5 мм, а необработанная труба была подвергнута вышеупомянутый процесс рекристаллизационного отжига перед холодной прокаткой. После отслеживания последующего производства 45 стальных бесшовных стальных труб материал тела трубы был улучшен, твердость готовой трубы составила около 256HB, а растрескивание тела трубы не наблюдалось, что доказало эффективность мер по улучшению.

4. Заключение

1) Содержание углерода в стальной трубе близко к верхнему пределу национального стандарта, слишком много перлита, серьезное искажение решетки, трещины возникают изнутри зерна, образуя транскристаллитный излом, и разрушение хрупкий. Общая твердость стальной трубы достигла 326,3HBW, а перлитная твердость в организации - 325,0HV0,1.

2) Явление наклепа круглой стали марки 45 после перфорации и прокатки снижает ударную вязкость и пластичность стали. При этом деформация прокатки стальной трубы слишком велика, достигая 64,3%, что вызывает большие внутренние напряжения внутри стальной трубы и вызывает образование трещин при прокатке.

3) Чтобы исключить явление деформационного упрочнения стальной трубы, применяется процесс рекристаллизационного отжига: температура 730 ℃, охлаждение до 160 ℃ со скоростью 80-100 ℃/ч и охлаждение на воздухе после извлечения из трубы. печь. Для прокатки используется перфорированная шероховатая труба размером 40×5,5 мм, что снижает деформацию прокатки. В ходе последующего производства качество корпуса стальной трубы было улучшено, и растрескиваний при прокатке не произошло.