1. Defectos de calidad de los lingotes tubulares y su prevención.
Las palanquillas utilizadas para producir tubos de acero sin soldadura pueden ser palanquillas redondas de colada continua, palanquillas redondas laminadas (forjadas), palanquillas redondas huecas de colada centrífuga o lingotes de acero. En el proceso de producción, se utilizan principalmente palanquillas redondas de colada continua debido a su bajo costo y buena calidad superficial.
1.1 Defectos de forma, apariencia y calidad de la superficie de los tochos tubulares.
1.1.1 Defectos de forma: En el caso de tochos tubulares redondos, los defectos de forma incluyen principalmente el diámetro y la ovalidad, la tolerancia del bisel de corte de la cara final, etc. En el caso de lingotes de acero, los defectos de forma incluyen principalmente la forma incorrecta del lingote debido al desgaste del molde, etc.
Desviaciones en el diámetro y la ovalidad de tubos redondos: En la práctica, se considera que, al perforar un tubo, la tasa de reducción de presión antes del cabezal de perforación es proporcional al grado de plegamiento hacia adentro del tubo. Cuanto mayor sea esta tasa, mayor será la probabilidad de que se forme prematuramente la cavidad del orificio y de que el tubo presente fisuras en su superficie interna. En la producción normal, los parámetros de la máquina perforadora se determinan según el diámetro nominal del tubo, su diámetro exterior y el espesor de pared del tubo. Al ajustar el tipo de orificio, si el diámetro exterior del tubo excede la tolerancia positiva, la tasa de reducción de presión antes del cabezal aumenta, lo que provoca un defecto de plegamiento hacia adentro. Si, por el contrario, excede la tolerancia negativa, la tasa de reducción de presión disminuye y el punto de contacto inicial se desplaza hacia la garganta del tubo, dificultando así el proceso de perforación. Incumplimiento de la tolerancia de ovalidad: Cuando la ovalidad del tubo es irregular, este girará de forma inestable tras entrar en la zona de deformación por perforación, y el rodillo rayará su superficie, generando defectos superficiales en el tubo en bruto. Incumplimiento de la tolerancia del bisel de la cara frontal del tubo redondo: El espesor de la pared del extremo del tubo en bruto perforado es irregular. La razón principal es que, al no tener el tubo un orificio de centrado, el tapón entra en contacto con la cara frontal durante el proceso de perforación. Debido al pronunciado bisel en dicha cara, la punta del tapón no se centra fácilmente en el tubo, lo que resulta en un espesor de pared irregular en la cara frontal del tubo en bruto.
1.1.2 Defectos de calidad superficial (cocción continua de tochos de tubo redondo): grietas en la superficie del tocho: grietas longitudinales, grietas transversales, grietas de malla. Causas de las grietas longitudinales:
A. El flujo desviado causado por la desalineación de la boquilla y el cristalizador erosiona la capa solidificada del lingote tubular. B. La escoria protectora presenta una baja capacidad de fusión, lo que provoca que la capa de escoria líquida sea demasiado gruesa o demasiado delgada, resultando en un espesor irregular de la película de escoria y, por consiguiente, en una capa solidificada localmente demasiado delgada del lingote tubular. C. Fluctuación del nivel del líquido de cristalización (cuando la fluctuación del nivel del líquido es ≥ ± 10 mm, la tasa de aparición de grietas es de aproximadamente el 30%). D. Contenido de P y S en el acero (P ≥ 0,017%, S ≥ 0,027%, las grietas longitudinales tienden a aumentar). E. Cuando el contenido de C en el acero se encuentra entre el 0,12% y el 0,17%, las grietas longitudinales tienden a aumentar.
Medidas preventivas: A. Asegurar la alineación de la boquilla y el cristalizador; B. Mantener estable el nivel del líquido de cristalización; C. Utilizar un cono de cristalización adecuado; D. Seleccionar una escoria protectora de excelente rendimiento; E. Utilizar un cristalizador de superficie caliente.
Causas de grietas transversales: A. Las marcas de vibración demasiado profundas son la principal causa de grietas transversales; B. El aumento del contenido de niobio y aluminio en el acero es la causa inductora; C. El enderezado del tocho tubular se realiza a una temperatura de 900-700 °C; D. La intensidad del enfriamiento secundario es excesiva.
Medidas preventivas:
A. El cristalizador emplea alta frecuencia y baja amplitud para reducir la profundidad de las marcas de vibración en la superficie interna del lingote. B. La zona de enfriamiento secundario utiliza un sistema de enfriamiento débil y estable para garantizar que la temperatura superficial sea superior a 900 grados durante el enderezado. C. Se mantiene estable la superficie del líquido de cristalización. D. Se utiliza escoria protectora con buena lubricación y baja viscosidad.
Causas de las grietas en la red superficial: A. El lingote de alta temperatura absorbe el cobre del cristalizador, y el cobre se licua y luego se filtra a lo largo del límite del grano de austenita; B. Los elementos residuales del acero (como cobre, estaño, etc.) permanecen en la superficie del tubo y se filtran a lo largo del límite del grano;
Medidas preventivas: A. Cromado de la superficie del cristalizador para aumentar la dureza superficial; B. Utilizar un volumen adecuado de agua de refrigeración secundaria; C. Controlar los elementos residuales en el acero; D. Controlar la relación Mn/S para asegurar que sea > 40. Generalmente se considera que cuando la profundidad de la grieta superficial del tubo no supera los 0,5 mm, esta se oxidará durante el proceso de calentamiento y no provocará grietas superficiales en la tubería de acero. Dado que las grietas en la superficie del tocho tubular se oxidan severamente durante el proceso de calentamiento, suelen ir acompañadas de partículas de óxido y descarburación tras el laminado.
Cicatrices por fleje tubular y piel gruesa:
Causas: La temperatura del acero fundido es demasiado baja, el acero fundido es demasiado viscoso, la boquilla está obstruida, el flujo de inyección está desviado, etc. El plegamiento externo de la tubería de acero causado por el desgaste superficial y la gruesa capa superficial de la palanquilla es diferente de los defectos de desgaste y plegamiento externo del tubo en bruto producidos durante el laminado. Presenta características de oxidación muy evidentes, acompañadas de partículas de óxido y una descarburación severa, y se observa óxido ferroso en el defecto.
Poros en la palanquilla tubular: Generalmente, se forman pequeños poros en la superficie de la palanquilla tubular debido a la ruptura de burbujas subcutáneas durante la colada del acero fundido. Tras el laminado de la palanquilla, se forma una fina película superficial en el tubo de acero.
fosas y ranuras en los lingotes tubulares:
Causas de picaduras y surcos en el lingote tubular: Por un lado, pueden generarse durante el proceso de cristalización de la fundición, debido a la gran conicidad del cristalizador o al enfriamiento desigual de la zona de enfriamiento secundario; por otro lado, pueden deberse a daños mecánicos o rayaduras en la superficie del lingote cuando este no se ha enfriado por completo. Tras la perforación, se forman pliegues o marcas (picaduras) y grandes pliegues externos (surcos) en la superficie rugosa del tubo.
Las "orejas" en la palanquilla tubular se deben principalmente a que la abertura entre los rodillos (el rodillo enderezador de la máquina de colada continua y el rodillo de laminación del tren de laminación) no está cerrada. Al enderezar o laminar la palanquilla, la presión sobre el rodillo enderezador o el rodillo de laminación puede ser excesiva o la abertura demasiado pequeña. Esto provoca que un exceso de metal ancho penetre en la abertura. Tras la perforación, se genera un pliegue espiral externo en la superficie del tubo rugoso. Independientemente del tipo de defecto superficial de la palanquilla, es posible que se formen defectos en la superficie del tubo de acero durante el proceso de laminación. En casos graves, el tubo laminado se desecha. Por lo tanto, es necesario reforzar el control de calidad superficial de la palanquilla y la eliminación de defectos superficiales. Solo las palanquillas que cumplen con los requisitos estándar pueden utilizarse en la producción de tubos laminados.
1.2 Defectos organizativos de baja potencia en lingotes tubulares:
Burbujas subcutáneas visibles en palanquillas tubulares: Su formación se debe a la desoxidación insuficiente del acero fundido y al contenido de gas (especialmente hidrógeno) en el mismo, lo que también contribuye significativamente a la aparición de burbujas subcutáneas en las palanquillas. Este defecto forma una película superficial irregular en la superficie exterior del tubo de acero tras la perforación o el laminado, con forma similar a uñas. En casos graves, puede llegar a cubrir toda la superficie exterior del tubo. Este tipo de defecto es pequeño y superficial, y puede eliminarse mediante esmerilado.
Fisuras subsuperficiales en palanquillas tubulares: Su formación se debe principalmente a las variaciones de temperatura en la capa superficial de la palanquilla tubular redonda de colada continua, que se produce tras múltiples cambios de fase. Generalmente, no se generan defectos, o si los hay, se trata de un ligero pliegue externo.
Fisuras centrales y medias en palanquillas tubulares: Las fisuras centrales y medias en las palanquillas tubulares redondas de colada continua son la principal causa del plegamiento interno de la tubería de acero sin soldadura. Las causas de estas fisuras son muy complejas e incluyen los efectos de la transferencia de calor durante la solidificación, la penetración y la tensión en la palanquilla; sin embargo, en general, están controladas por el proceso de solidificación de la palanquilla en la zona de enfriamiento secundario.
Porosidades y defectos de contracción en palanquillas tubulares: Debido principalmente al efecto de grano avanzado de la palanquilla durante el proceso de solidificación, el movimiento del metal líquido se basa en la contracción causada por el enfriamiento en la dirección de solidificación. Si la palanquilla tubular redonda de colada continua presenta porosidades y defectos de contracción, esto no afectará significativamente la calidad del tubo en bruto después del laminado oblicuo y la perforación.
1.3 Defectos microestructurales del lingote tubular: alta magnificación o microscopio electrónico
Cuando la composición y la estructura de la palanquilla tubular son irregulares y se produce una segregación severa, el tubo de acero laminado presentará una estructura bandeada pronunciada, lo que afectará sus propiedades mecánicas y de corrosión, impidiendo que su rendimiento cumpla con los requisitos. Un contenido excesivo de inclusiones en la palanquilla tubular no solo afectará el rendimiento del tubo, sino que también puede provocar fisuras durante el proceso de producción.
Factores: elementos nocivos en el acero, composición y segregación del tocho tubular, e inclusiones no metálicas en el tocho tubular.
2. Defectos de calentamiento en la palanquilla: En la producción de tubos de acero sin soldadura laminados en caliente, generalmente se requieren dos calentamientos desde la palanquilla hasta el tubo terminado: un calentamiento previo a la perforación y un recalentamiento del tubo en bruto después del laminado, antes del calibrado. En la producción de tubos de acero laminados en frío, se requiere un recocido intermedio para eliminar la tensión residual. Si bien el propósito de cada calentamiento es diferente y el horno puede variar, si los parámetros del proceso y el control del calentamiento son inadecuados, la palanquilla (tubo de acero) presentará defectos de calentamiento que afectarán la calidad del tubo. El objetivo del calentamiento de la palanquilla antes de la perforación es mejorar la plasticidad del acero, reducir su resistencia a la deformación y proporcionar una buena estructura metalográfica al tubo laminado. Los hornos utilizados son: anulares, de viga móvil, de fondo inclinado y de fondo móvil. El objetivo del recalentamiento del tubo en bruto antes del dimensionamiento es aumentar y uniformizar su temperatura, mejorar la plasticidad, controlar la estructura metalográfica y garantizar las propiedades mecánicas del tubo de acero. Los hornos de recalentamiento incluyen principalmente hornos de viga móvil, hornos de rodillos continuos de fondo plano, hornos de fondo inclinado y hornos de inducción eléctrica. El tratamiento térmico de recocido del tubo de acero durante el proceso de laminación en frío tiene como objetivo eliminar el endurecimiento por deformación causado por el procesamiento en frío, reducir la resistencia a la deformación del acero y crear las condiciones para el procesamiento posterior del tubo. Los hornos de recalentamiento utilizados para este tratamiento incluyen principalmente hornos de viga móvil, hornos de rodillos continuos de fondo plano y hornos de fondo plano con carro. Los defectos comunes en el calentamiento de palanquillas tubulares incluyen el calentamiento desigual (conocido como superficie yin-yang), oxidación, descarburación, fisuras por calentamiento, sobrecalentamiento y sobrecalentamiento. Los principales factores que afectan la calidad del calentamiento de las palanquillas tubulares son: la temperatura de calentamiento, la velocidad de calentamiento, el tiempo de calentamiento y mantenimiento, y la atmósfera del horno.
Temperatura de calentamiento de la palanquilla tubular: se manifiesta principalmente por una temperatura demasiado baja, demasiado alta o irregular. Una temperatura demasiado baja aumenta la resistencia a la deformación del acero y reduce su plasticidad. Especialmente si la temperatura de calentamiento no garantiza la transformación completa de la estructura metalográfica del acero en granos de austenita, la tendencia al agrietamiento de la palanquilla tubular aumenta durante el laminado en caliente. Si la temperatura es demasiado alta, la superficie de la palanquilla tubular sufre una oxidación severa, descarburación e incluso sobrecalentamiento o sobrecalentamiento por combustión.
Velocidad de calentamiento del lingote tubular: La velocidad de calentamiento del lingote tubular está estrechamente relacionada con la aparición de fisuras por calentamiento. Si la velocidad de calentamiento es demasiado alta, es fácil que se produzcan fisuras. La razón principal es que, al aumentar la temperatura de la superficie del lingote, se genera una diferencia de temperatura entre el metal del interior y el de la superficie, lo que provoca una dilatación térmica desigual y tensiones térmicas. Cuando estas tensiones térmicas superan la tensión de fractura del material, se producen fisuras, que pueden aparecer tanto en la superficie como en el interior del lingote. Al perforar un lingote con fisuras por calentamiento, es fácil que se formen grietas o pliegues en las superficies interna y externa del tubo. Prevención: Cuando el lingote aún está a baja temperatura al entrar en el horno, se debe utilizar una velocidad de calentamiento baja. A medida que aumenta la temperatura del lingote, se puede incrementar la velocidad de calentamiento proporcionalmente.
Tiempo de calentamiento y mantenimiento de la palanquilla tubular: La duración del calentamiento y del mantenimiento de la palanquilla tubular influye en los defectos producidos durante el proceso (oxidación superficial, descarburación, grano grueso, sobrecalentamiento e incluso sobrecalentamiento por combustión, etc.). En general, cuanto mayor sea el tiempo de calentamiento a alta temperatura, mayor será la probabilidad de sufrir oxidación severa, descarburación, sobrecalentamiento e incluso sobrecalentamiento superficial, lo que en casos graves puede provocar el desecho del tubo de acero. Medidas preventivas: A. Asegurar un calentamiento uniforme y una transformación completa del tubo a austenita; B. Disolver los carburos en los granos de austenita; C. Evitar el grano grueso y la presencia de cristales mixtos; D. No sobrecalentar ni sobrecalentar el tubo tras el calentamiento.
En resumen, para mejorar la calidad del calentamiento del tubo y prevenir defectos, al formular los parámetros del proceso de calentamiento se suelen seguir los siguientes requisitos: A. Temperatura de calentamiento precisa para asegurar que la perforación se realice dentro del rango de temperatura con la mejor permeabilidad del tubo; B. Temperatura de calentamiento uniforme, procurando que la diferencia de temperatura a lo largo del tubo, en las direcciones longitudinal y transversal, no supere los ±10 °C; C. Minimizar la pérdida de metal durante el calentamiento y evitar la sobreoxidación, las grietas superficiales y la adherencia del tubo; D. Un sistema de calentamiento adecuado, con una coordinación óptima de la temperatura, la velocidad y el tiempo de calentamiento (tiempo de mantenimiento) para evitar el sobrecalentamiento o incluso la quema del tubo.
Fecha de publicación: 29 de septiembre de 2024