مشاكل الجودة في عملية إنتاج الأنابيب الفولاذية الملحومة - عيوب جودة قضبان الأنابيب والوقاية منها

1. عيوب جودة قضبان الأنابيب والوقاية منها.

يمكن استخدام قضبان الأنابيب المستخدمة في إنتاج أنابيب الصلب غير الملحومة إما قضبان أنابيب دائرية مصبوبة باستمرار، أو قضبان أنابيب دائرية مدرفلة (مطروقة)، أو قضبان أنابيب دائرية مجوفة مصبوبة بالطرد المركزي، أو سبائك فولاذية. في عملية الإنتاج الفعلية، تُستخدم قضبان الأنابيب الدائرية المصبوبة باستمرار بشكل رئيسي نظرًا لانخفاض تكلفتها وجودة سطحها.

1. 1 عيوب المظهر والشكل وجودة السطح لكتل ​​الأنابيب.
1. 1. 1 عيوب شكل المظهر: بالنسبة لكتل ​​الأنابيب المستديرة، فإن عيوب شكل مظهر كتل الأنابيب تشمل بشكل أساسي قطر وبيضاوي كتل الأنابيب، وتسامح شطبة قطع الوجه النهائي، وما إلى ذلك. بالنسبة لسبائك الفولاذ، فإن عيوب شكل مظهر كتل الأنابيب تشمل بشكل أساسي الشكل غير الصحيح للسبائك الفولاذية بسبب تآكل قالب السبائك الفولاذية، وما إلى ذلك.
عدم تسامح قطر الأنبوب الدائري والبيضاوي: يُعتقد عمومًا في الممارسة العملية أنه عند ثقب الأنبوب، فإن حجم معدل تخفيف الضغط قبل رأس الثقب يتناسب مع مقدار الطي الداخلي للأنبوب الخام المثقوب. كلما زاد معدل تخفيف ضغط الرأس، زاد احتمال تكوين تجويف ثقب الأنبوب قبل الأوان، وكان الأنبوب الخام عرضة للشقوق السطحية الداخلية. في الإنتاج العادي، يتم تحديد معلمات نوع الثقب لآلة الثقب وفقًا للقطر الاسمي للأنبوب والقطر الخارجي وسمك جدار الأنبوب الخام. عند ضبط نوع الثقب، إذا تجاوز القطر الخارجي للأنبوب التسامح الإيجابي، يزداد معدل تخفيف الضغط قبل الرأس، وينتج عن الأنبوب الخام المثقوب عيب طي داخلي؛ إذا تجاوز القطر الخارجي للأنبوب التسامح السلبي، ينخفض ​​معدل تخفيف الضغط قبل الرأس، وتتحرك نقطة العض الأولى للأنبوب إلى الحلق، مما يجعل عملية الثقب صعبة. عدم تسامح الشكل البيضاوي: عندما يكون الشكل البيضاوي للأنبوب غير متساوٍ، يدور الأنبوب بشكل غير مستقر بعد دخول منطقة تشوه الثقب، وستخدش الأسطوانة سطح الأنبوب، مما يؤدي إلى عيوب سطحية في الأنبوب الخام. يكون شطبة السطح النهائي لكتلة الأنبوب المستديرة خارج التسامح: سمك جدار الطرف الأمامي لأنبوب ثقب كتلة الأنبوب الخشن غير متساوٍ. والسبب الرئيسي هو أنه عندما لا تحتوي كتلة الأنبوب على ثقب مركزي، فإن السدادة تلتقي بالوجه النهائي لكتلة الأنبوب أثناء عملية التثقيب. ونظرًا للشطبة الكبيرة على الوجه النهائي لكتلة الأنبوب، فإن أنف السدادة ليس من السهل توسيط مركز كتلة الأنبوب، مما يؤدي إلى سمك جدار غير متساوٍ لوجه نهاية الأنبوب الخشن.
1. 1. 2 عيوب جودة السطح (سبائك الأنابيب المستديرة المصبوبة باستمرار): شقوق سطح سبيكة الأنابيب: شقوق طولية، شقوق عرضية، شقوق شبكية أسباب الشقوق الطولية:
أ. يؤدي التدفق المزاح الناتج عن عدم محاذاة الفوهة والمبلور إلى تآكل الغلاف الصلب لكتلة الأنبوب؛ ب. تكون خاصية ذوبان الخبث الواقي ضعيفة، وطبقة الخبث السائل سميكة جدًا أو رقيقة جدًا، مما يؤدي إلى سمك غير متساوٍ لغشاء الخبث، مما يجعل الغلاف الصلب الموضعي لكتلة الأنبوب رقيقًا جدًا. ج. تقلب مستوى سائل التبلور (عندما يكون تقلب مستوى السائل ﹥ ± 10 مم، يكون معدل حدوث الشقوق حوالي 30٪)؛ د. محتوى الفوسفور والكبريت في الفولاذ. (الفوسفور ﹥ 0.017٪، الكبريت ﹥ 0.027٪، تميل الشقوق الطولية إلى الزيادة)؛ هـ. عندما يكون الكربون في الفولاذ 0.12٪ - 0.17٪، تميل الشقوق الطولية إلى الزيادة.
الإجراءات الوقائية: أ. التأكد من محاذاة الفوهة وجهاز التبلور؛ ب. يجب أن يكون تذبذب مستوى سائل التبلور مستقرًا؛ ج. استخدام مخروط تبلور مناسب؛ د. اختيار خبث وقائي ذو أداء ممتاز؛ هـ. استخدام جهاز تبلور ساخن.
أسباب الشقوق العرضية: أ. علامات الاهتزاز العميقة جدًا هي السبب الرئيسي للشقوق العرضية؛ ب. زيادة محتوى (النيوبيوم، الألومنيوم) في الفولاذ هي السبب المُسبب. ج. استقامة كتلة الأنبوب عند درجة حرارة تتراوح بين 900 و700 درجة مئوية. د. شدة التبريد الثانوي عالية جدًا.
الإجراءات الوقائية:
أ. يعتمد جهاز التبلور على تردد عالٍ وسعة صغيرة لتقليل عمق علامات الاهتزاز على السطح الداخلي للقوس السبيكة؛ ب. تعتمد منطقة التبريد الثانوية على نظام تبريد ضعيف ومستقر لضمان أن تكون درجة حرارة السطح أعلى من 900 درجة أثناء التسوية. ج. يحافظ على استقرار سطح سائل التبلور؛ د. يُستخدم خبث واقي ذو تزييت جيد ولزوجة منخفضة.
أسباب تشققات الشبكة السطحية: أ. يمتص السبيكة عالية الحرارة نحاس المُبلور، فيتحول النحاس إلى سائل ثم يتسرب على طول حدود حبيبات الأوستينيت؛ ب. تبقى العناصر المتبقية في الفولاذ (مثل النحاس والقصدير وما إلى ذلك) على سطح الأنبوب وتتسرب على طول حدود الحبيبات؛
الإجراءات الوقائية: أ. طلاء سطح المُبلور بالكروم لزيادة صلابته؛ ب. استخدام كمية مناسبة من مياه التبريد الثانوي؛ ج. التحكم في العناصر المتبقية في الفولاذ. د. التحكم في قيمة Mn/S لضمان أن تكون Mn/S أكبر من 40. يُعتقد عمومًا أنه عندما لا يتجاوز عمق الشق السطحي للأنبوب 0.5 مم، سيتأكسد الشق أثناء عملية التسخين ولن يُسبب تشققات سطحية في الأنبوب الفولاذي. ونظرًا لأن الشقوق على سطح كتلة الأنبوب ستتأكسد بشدة أثناء عملية التسخين، فغالبًا ما تكون مصحوبة بجزيئات أكسدة وإزالة الكربون بعد الدرفلة.
ندبات أنبوب البليت والجلد الثقيل:
الأسباب: انخفاض درجة حرارة الفولاذ المنصهر، ولزوجته الزائدة، وانسداد الفوهة، وانحراف تدفق الحقن، وما إلى ذلك. يختلف الطي الخارجي للأنبوب الفولاذي الناتج عن ندوب السطح وسماكة غلاف الأنبوب عن عيوب الندوب والطي الخارجي للأنبوب الخشن الناتجة عن دحرجة الأنبوب. يتميز بخصائص أكسدة واضحة، مصحوبة بجزيئات أكسدة وإزالة كربونات شديدة، ويتواجد أكسيد الحديد في مكان العيب.
مسامّ أنبوب البليت: عادةً، تتشكل مسام صغيرة على سطح أنبوب البليت نتيجة تمزق الفقاعات تحت الجلد أثناء صبّ الفولاذ المنصهر. بعد دحرجة أنبوب البليت، يتشكل غشاء رقيق على سطح الأنبوب الفولاذي.
حفر وأخاديد قضبان الأنابيب:
أسباب ظهور الحفر والأخاديد في كتلة الأنبوب: من جهة، قد تنشأ أثناء عملية تبلور الصب، نتيجةً لكبر حجم جهاز التبلور أو التبريد غير المتساوي لمنطقة التبريد الثانوية؛ ومن جهة أخرى، قد تنجم عن تلف ميكانيكي أو خدوش على سطح كتلة الأنبوب عندما لا تبرد كتلة الصب تمامًا. بعد التثقيب، تتشكل طيات أو ندوب (حفر) وطيات خارجية كبيرة (أخاديد) على سطح الأنبوب الخشن.
"آذان" كتلة الأنبوب: يعود ذلك أساسًا إلى عدم إغلاق فجوة اللفة (أسطوانة تقويم آلة الصب المستمر وأسطوانة الدرفلة في مطحنة الدرفلة). عند تقويم كتلة الأنبوب أو دحرجتها، تُضغط أسطوانة التقويم أو أسطوانة الدرفلة بشدة أو تكون فجوة اللفة صغيرة جدًا. يؤدي هذا إلى دخول كمية كبيرة من المعدن العريض إلى فجوة اللفة. بعد التثقيب، تتكون طية خارجية حلزونية على سطح الأنبوب الخشن. بغض النظر عن نوع عيب سطح كتلة الأنبوب، من الممكن أن تتشكل عيوب على سطح الأنبوب الفولاذي أثناء عملية الدرفلة. في الحالات الشديدة، يتم التخلص من أنبوب الفولاذ المدرفل. لذلك، من الضروري تعزيز مراقبة جودة سطح كتلة الأنبوب وإزالة العيوب السطحية. لا يمكن استخدام سوى كتل الأنابيب التي تستوفي المتطلبات القياسية في إنتاج الدرفلة.
1.2 عيوب تنظيم الطاقة المنخفضة لقضبان الأنابيب:
فقاعات مرئية تحت الجلد في قضبان الأنابيب: يعود سبب تكوّنها إلى نقص إزالة الأكسدة في الفولاذ المصهور، ومحتوى الغاز (وخاصةً الهيدروجين) فيه، وهو أيضًا سبب مهم لتكوّن الفقاعات تحت الجلد في قضبان الأنابيب. يُشكّل هذا العيب طبقةً رقيقةً (بدون قواعد) على السطح الخارجي للأنبوب الفولاذي بعد التثقيب أو الدرفلة، ويكون شكلها مشابهًا لـ"أظافر الأصابع". في الحالات الشديدة، تُغطّي هذه الطبقة السطح الخارجي للأنبوب الفولاذي. هذا النوع من العيوب صغير وضحل، ويمكن إزالته بالطحن.
الشقوق تحت السطحية في قضبان الأنابيب: السبب الرئيسي لتكوينها هو تغير درجة حرارة الطبقة السطحية لقضبان الأنابيب المستديرة المصبوبة باستمرار بشكل متكرر، وتتشكل بعد تغيرات طورية متعددة. عادةً، لا تظهر أي عيوب، وإن وُجدت، فهي مجرد طيات خارجية طفيفة.
الشقوق الوسطى والوسطى في قضبان الأنابيب: تُعدّ الشقوق الوسطى والوسطى في قضبان الأنابيب الدائرية المصبوبة باستمرار السبب الرئيسي للثني الداخلي للأنابيب الفولاذية غير الملحومة. أسباب هذه الشقوق معقدة للغاية، وتشمل تأثيرات انتقال حرارة التصلب، والاختراق، وإجهاد القضيب، ولكن بشكل عام، يتم التحكم فيها من خلال عملية تصلب القضيب في منطقة التبريد الثانوية.
ثقوب الارتخاء والانكماش في قضبان الأنابيب: بسبب تأثير الحبوب المتقدمة للقضيب أثناء عملية التصلب، تعتمد حركة المعدن السائل على الانكماش الناتج عن التبريد في اتجاه التصلب. إذا كانت قضبان الأنابيب الدائرية المصبوبة باستمرار تحتوي على ثقوب ارتخاء وانكماش، فلن يكون لذلك تأثير كبير على جودة الأنبوب الخشن بعد الدرفلة المائلة والتثقيب.
1.3 عيوب البنية الدقيقة لقطعة الأنبوب: تكبير عالي أو مجهر إلكتروني
عندما يكون تركيب وبنية كتلة الأنبوب غير متساوٍ ويحدث فصل شديد، يُظهر الأنبوب الفولاذي بعد الدرفلة بنيةً مُتَشَكِّلةً بشدة، مما يؤثر على خصائصه الميكانيكية وخصائص تآكله، ويجعل أداءه غير مُطابق للمتطلبات. عندما تكون كمية الشوائب في كتلة الأنبوب كبيرة، فإنها لا تؤثر فقط على أداء الأنبوب الفولاذي، بل قد تُسبب أيضًا تشققات فيه أثناء عملية الإنتاج.
العوامل: العناصر الضارة في الفولاذ، وتكوين وفصل كتلة الأنبوب، والشوائب غير المعدنية في كتلة الأنبوب.

٢. عيوب تسخين كتلة الأنبوب: في إنتاج أنابيب الصلب غير الملحومة المدرفلة على الساخن، عادةً ما يتطلب الأمر تسخين كتلة الأنبوب حتى الأنبوب النهائي، وهما التسخين قبل ثقب كتلة الأنبوب وإعادة تسخين الأنبوب الخام بعد الدرفلة قبل تحديد الحجم. عند إنتاج أنابيب الصلب المدرفلة على البارد، يلزم التلدين المتوسط ​​لإزالة الإجهاد المتبقي من الأنبوب. على الرغم من اختلاف غرض كل عملية تسخين واختلاف فرن التسخين، إلا أنه في حال عدم دقة معايير العملية والتحكم في التسخين لكل عملية تسخين، فإن كتلة الأنبوب (الأنبوب الفولاذي) ستُسبب عيوب تسخين وتؤثر على جودة الأنبوب. الغرض من تسخين كتلة الأنبوب قبل الثقب هو تحسين لدونة الفولاذ، وتقليل مقاومته للتشوه، وتوفير بنية معدنية جيدة للأنبوب المدرفل. أفران التسخين المستخدمة هي أفران التسخين الحلقية، وأفران التسخين ذات العارضة المتحركة، وأفران التسخين ذات القاعدة المائلة، وأفران التسخين ذات القاعدة الدائرية. الغرض من إعادة تسخين الأنبوب الخشن قبل تحديد حجمه هو زيادة درجة حرارته وتسويتها، وتحسين لدونته، والتحكم في بنيته المعدنية، وضمان الخواص الميكانيكية للأنبوب الفولاذي. تشمل أفران التسخين بشكل رئيسي أفران إعادة تسخين العارضة المتحركة، وأفران إعادة تسخين قاع الأسطوانة المستمر، وأفران إعادة تسخين القاع المائل، وأفران إعادة تسخين الحث الكهربائي. تهدف المعالجة الحرارية لتليين أنابيب الصلب أثناء عملية الدرفلة الباردة إلى القضاء على ظاهرة التصلب الناتج عن المعالجة الباردة للأنبوب الفولاذي، وتقليل مقاومة تشوهه، وتهيئة الظروف المناسبة لاستمرار معالجته. تشمل أفران التسخين المستخدمة في المعالجة الحرارية للتليين بشكل رئيسي أفران تسخين العارضة المتحركة، وأفران تسخين قاع الأسطوانة المستمر، وأفران تسخين قاع السيارة. تشمل العيوب الشائعة في تسخين قضبان الأنابيب التسخين غير المتساوي لقضبان الأنابيب (الأنابيب الفولاذية) (المعروفة باسم سطح الين واليانغ)، والأكسدة، وإزالة الكربون، وشقوق التسخين، والسخونة الزائدة، والاحتراق الزائد. العوامل الرئيسية التي تؤثر على جودة تسخين كتلة الأنبوب: هي درجة حرارة التسخين، وسرعة التسخين، ووقت التسخين والاحتفاظ، وجو الفرن.
درجة حرارة تسخين كتلة الأنبوب: تتجلى بشكل رئيسي في درجات حرارة منخفضة جدًا أو مرتفعة جدًا أو غير متساوية. فالانخفاض الشديد في درجة الحرارة يزيد من مقاومة تشوه الفولاذ ويقلل من لدونته. خاصةً عندما لا تضمن درجة حرارة التسخين تحول الهيكل المعدني للفولاذ بالكامل إلى حبيبات أوستينيتية، يزداد احتمال تشقق كتلة الأنبوب أثناء الدرفلة على الساخن. عند ارتفاع درجة الحرارة بشكل كبير، يتعرض سطح كتلة الأنبوب لأكسدة شديدة، وإزالة كربونات، وحتى ارتفاع درجة الحرارة أو الاحتراق الزائد.
سرعة تسخين كتلة الأنبوب: يرتبط حجم سرعة تسخين كتلة الأنبوب ارتباطًا وثيقًا بتكوين شقوق التسخين فيها. عندما تكون سرعة التسخين سريعة جدًا، يسهل حدوث شقوق التسخين فيها. والسبب الرئيسي هو أنه عندما ترتفع درجة حرارة سطح كتلة الأنبوب، يتم إنشاء فرق درجة الحرارة بين المعدن داخل كتلة الأنبوب والمعدن الموجود على السطح، مما يؤدي إلى تمدد حراري غير متسق للمعدن وإجهاد حراري. بمجرد أن يتجاوز هذا الإجهاد الحراري إجهاد كسر المادة، ستحدث شقوق؛ قد توجد شقوق تسخين كتلة الأنبوب على سطح كتلة الأنبوب أو داخلها. عند ثقب كتلة الأنبوب ذات الشقوق الحرارية، من السهل تكوين شقوق أو طيات على الأسطح الداخلية والخارجية للأنبوب الخشن. الوقاية: عندما لا تزال كتلة الأنبوب عند درجة حرارة منخفضة بعد دخول فرن التسخين، يتم اعتماد سرعة تسخين أقل. مع زيادة درجة حرارة كتلة الأنبوب، يمكن زيادة سرعة التسخين وفقًا لذلك.
زمن تسخين ومدة تماسك كتلة الأنبوب: يرتبط طول زمن تسخين ومدة تماسك كتلة الأنبوب بعيوب التسخين (أكسدة السطح، إزالة الكربنة، حجم الحبيبات الخشن، ارتفاع درجة الحرارة أو حتى الاحتراق الزائد، إلخ). بشكل عام، كلما طالت مدة تسخين الأنبوب عند درجة حرارة عالية، زاد احتمال حدوث أكسدة شديدة، وإزالة كربنة، وارتفاع درجة الحرارة، وحتى الاحتراق الزائد على السطح، مما قد يؤدي إلى تلف الأنبوب الفولاذي في الحالات الشديدة. الإجراءات الوقائية: أ. تأكد من تسخين الأنبوب بالتساوي وتحويله بالكامل إلى هيكل أوستينيتي؛ ب. يجب إذابة الكربيدات في حبيبات أوستينيت؛ ج. يجب ألا تكون حبيبات الأوستينيت خشنة، ويجب ألا تظهر بلورات مختلطة؛ د. يجب ألا يسخن الأنبوب أو يحترق بعد التسخين.

باختصار، لتحسين جودة تسخين الأنبوب ومنع عيوب التسخين، يتم اتباع المتطلبات التالية بشكل عام عند صياغة معلمات عملية تسخين الأنبوب: أ. درجة حرارة تسخين دقيقة لضمان إجراء عملية التثقيب ضمن نطاق درجة الحرارة بأفضل نفاذية للأنبوب؛ ب. درجة حرارة تسخين موحدة، والسعي لجعل فرق درجة حرارة تسخين الأنبوب على طول الاتجاهين الطولي والعرضي لا يزيد عن ±10 درجة مئوية؛ ج. يوجد احتراق معدني أقل أثناء عملية التسخين، ويجب منع الأنبوب من الأكسدة الزائدة والشقوق السطحية والترابط. د. يجب أن يكون نظام التسخين معقولاً، ويجب تنسيق درجة حرارة التسخين وسرعة التسخين ووقت التسخين (وقت الإمساك) بشكل معقول لمنع فراغ الأنبوب من ارتفاع درجة الحرارة أو حتى الإفراط في الاحتراق.