Анализ причин образования трещин при холодной прокатке стальной трубы 45#

1. Физический и химический контроль и анализ.

1.1 Макрообследование и микроскопическое наблюдение морфологии

Для наблюдения макроскопических характеристик был выбран участок треснутой 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 трубы явных царапин не было. Трещины проникли в стенку трубы и образовали проникающую трещину. Морфологию трещины наблюдали под сканирующим электронным микроскопом. Поверхности множественных изломов заподлицо с морфологией излома стальной трубы имели характеристики раскола и очевидные характеристики хрупкого разрушения.

1.2 Испытание состава материала

Образцы были вырезаны из круглой стальной заготовки и треснутого тела трубы, а химический состав двух образцов был определен с помощью спектрометра прямого считывания. Сравнивая GB/T1591-2008 «Низколегированная высокопрочная конструкционная сталь», можно увидеть, что содержание углерода в двух образцах близко к верхнему пределу содержания углерода национального стандарта, а другие компоненты сплава находятся в пределах допустимого. диапазон, требуемый национальным стандартом.

1.3 Проверка микроструктуры

Отбор проб осуществлялся по поперечному и продольному сечениям круглых стальных и треснувших труб. После шлифовки, полировки и коррозии структуры наблюдали под металлографическим микроскопом. Структуры круглых стальных и треснутых труб являются как ферритными, так и перлитными. По соотношению количества феррита и перлита в круглых стальных и треснувших трубах содержание углерода в них находится на верхнем пределе содержания углерода обычной стали 45, что согласуется с результатами испытаний химического состава материалов. . Структура круглой стали перлитная и небольшое количество феррита в сетчатом распределении и небольшое количество игольчатого феррита, с небольшим слоем обезуглероживания на поверхности. Структура трубы с трещинами представляет собой пластинчатые перлит и феррит, распределенные в виде белой сетки, иглы и блоков, с небольшим слоем обезуглероживания на поверхности и трещинами внутри структуры.

1.4 Испытание на твердость

Для выявления изменения твердости конструкции в трубе после нагрева, перфорации и холодной прокатки круглой стали применяют микротвердомер для определения микротвердости феррита и перлита в круглой стали и трубной арматуре с трещинами. Для сравнения общих изменений твердости круглой стали и трубы с трещинами использовался цифровой твердомер по Бринеллю для определения их средней твердости.

2. Анализ и обсуждение

2.1 Морфология трещин и анализ причин

Был проверен химический состав круглой стали и труб с трещинами, и было обнаружено, что содержание углерода в них находится на верхнем пределе содержания углерода стали национального стандарта 45. Увеличение содержания углерода вызвало чрезмерный перлит в организации, что снизило хрупкую прочность стали на излом и увеличило склонность стали к растрескиванию. Макроскопическое наблюдение показало, что трещина представляла собой проникающую трещину, которая представляла собой разрушение металлического блока при сдвиге после того, как пластическая деформация превысила предел прочности трубы после воздействия сложного разнонаправленного напряжения. Деформация коробления на краю и в конце трещины была вызвана остаточным растягивающим напряжением. В результате микроскопического наблюдения за морфологией и исследования микроструктуры было обнаружено, что излом имел характеристики скола, и трещины проходили через перлитную организацию внутри этой организации, что представляло собой очевидный транскристаллитный излом. После перфорации и холодной прокатки стальная труба вызывает сильную 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 изнутри зерен легко зарождаются трещины, которые затем становятся транскристаллитными изломами. Из испытания на твердость видно, что твердость фитингов с трещинами на 132,3HBW выше, чем у круглой стали, а твердость перлита в фитингах с трещинами на 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 известно, что предел прочности на разрыв в 3,5 раза превышает твердость по Бринеллю. В литературе показано, что функциональная кривая деформационного упрочнения холоднокатаной стали 45 имеет вид: S=660,39x0,7528, где: S — предел прочности, х — коэффициент удлинения, х=1/(1-Z), Z— усадка профиля холодной прокатки. Согласно приведенному выше соотношению, характеристики перфорированной необработанной трубы в этом тесте составляют 51 мм X 5,5 мм, а характеристики холоднокатаной трубы — 24,5 мм X 4,6 мм. Видно, что степень поперечной усадки при холодной прокатке составляет Z=63,4%, коэффициент удлинения x=2,732, предел прочности S=1406,63МПа. Теоретически твердость стальной трубы после прокатки составляет 401,7HBW, тогда как твердость обнаруженной трубы с трещинами составляет 326,3HBW. Деформация слишком велика, и в стальной трубе возникает большое внутреннее напряжение, приводящее к растрескиванию при прокатке.

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 стали 45, то перлита относительно больше, а твердость стали выше. Поскольку твердость перлита связана с его межпластинчатым расстоянием, чем больше межпластинчатое расстояние, тем ниже твердость, тем медленнее скорость охлаждения во время отжига и 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 степень 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

В результате приведенного выше анализа причин растрескивания во время прокатки бесшовной стальной трубы марки 45 перфорированная шероховатая труба размером 40х5,5 мм была раскатана в готовую трубу со спецификациями 24,5х4,6 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 X 5,5 мм, а необработанная труба подверглась вышеуказанному воздействию. - упомянутый процесс рекристаллизационного отжига перед холодной прокаткой. После последующего отслеживания производства 45 стальных бесшовных стальных труб материал тела трубы был улучшен, твердость готовой трубы составила около 256HB, а во время прокатки тела трубы не было трещин, что доказало, что меры по улучшению были эффективными.

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 перелом хрупкий. Общая твердость стальной трубы достигла 326,3HBW, а твердость перлита в организации - 325,0HV0,1.

2) Явление наклепа круглой стали марки 45 после перфорации и прокатки снижает ударную вязкость и пластичность стали. В то же время 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 из печи. а для прокатки используется перфорированная шероховатая труба размером 40х5,5 мм, что снижает деформацию прокатки. Качество тела стальной трубы было улучшено в последующем производстве, и не произошло растрескивания при прокатке.