1. Defeitos de qualidade em tarugos de tubos e sua prevenção.
Os tarugos tubulares utilizados na produção de tubos de aço sem costura podem ser tarugos tubulares redondos de fundição contínua, tarugos tubulares redondos laminados (forjados), tarugos tubulares redondos ocos de fundição centrífuga ou lingotes de aço. No processo de produção, os tarugos tubulares redondos de fundição contínua são os mais utilizados devido ao seu baixo custo e boa qualidade superficial.
1.1 Defeitos de aparência, forma e qualidade da superfície de tarugos tubulares.
1.1.1 Defeitos de forma na aparência: Para tarugos tubulares redondos, os defeitos de forma na aparência incluem principalmente o diâmetro e a ovalização dos tarugos, a tolerância do chanfro de corte da face final, etc. Para lingotes de aço, os defeitos de forma na aparência dos tarugos tubulares incluem principalmente a forma incorreta do lingote devido ao desgaste do molde de lingotamento, etc.
Fora da tolerância do diâmetro e ovalização do tubo redondo: Na prática, geralmente se acredita que, ao perfurar o tubo, a taxa de redução de pressão antes da cabeça de perfuração é proporcional à quantidade de dobramento interno do tubo bruto perfurado. Quanto maior a taxa de redução de pressão da cabeça, maior a probabilidade de formação prematura da cavidade do furo no tubo, tornando-o propenso a rachaduras na superfície interna. Na produção normal, os parâmetros do tipo de furo da máquina de perfuração são determinados de acordo com o diâmetro nominal do tubo, o diâmetro externo e a espessura da parede do tubo bruto. Ao ajustar o tipo de furo, se o diâmetro externo do tubo exceder a tolerância positiva, a taxa de redução de pressão antes da cabeça aumenta e o tubo bruto perfurado apresenta um defeito de dobramento interno; se o diâmetro externo do tubo exceder a tolerância negativa, a taxa de redução de pressão antes da cabeça diminui e o primeiro ponto de perfuração do tubo se desloca para a garganta, dificultando o processo de perfuração. Ovalização fora da tolerância: Quando a ovalização do tubo é irregular, o tubo gira de forma instável após entrar na zona de deformação da perfuração, e o rolo arranha a superfície do tubo, resultando em defeitos superficiais no tubo bruto. Bisel da face final do tarugo de tubo redondo fora da tolerância: a espessura da parede da extremidade frontal do tarugo de tubo perfurado é irregular. A principal razão é que, quando o tarugo de tubo não possui um furo de centragem, o tampão encontra a face final do tarugo durante o processo de perfuração. Devido ao grande bisel na face final do tarugo, a ponta do tampão não consegue se centrar facilmente no centro do tarugo, resultando em espessura de parede irregular na face final do tubo bruto.
1.1.2 Defeitos de qualidade superficial (lingote tubular redondo de fundição contínua): trincas superficiais no lingote tubular: trincas longitudinais, trincas transversais, trincas na malha. Causas de trincas longitudinais:
A. O fluxo desalinhado causado pelo desalinhamento do bocal e do cristalizador erode a casca solidificada do tarugo tubular; B. A propriedade de fusão da escória protetora é deficiente, a camada de escória líquida é muito espessa ou muito fina, resultando em espessura irregular do filme de escória, tornando a casca solidificada local do tarugo tubular muito fina; C. Flutuação do nível do líquido de cristalização (quando a flutuação do nível do líquido é de ± 10 mm, a taxa de ocorrência de trincas é de cerca de 30%); D. Teor de P e S no aço (P > 0,017%, S > 0,027%, as trincas longitudinais tendem a aumentar); E. Quando o teor de C no aço é de 0,12% a 0,17%, as trincas longitudinais tendem a aumentar.
Medidas preventivas: A. Certifique-se de que o bocal e o cristalizador estejam alinhados; B. A flutuação do nível do líquido de cristalização deve ser estável; C. Utilize um cone de cristalização adequado; D. Selecione escória protetora com excelente desempenho; E. Utilize um cristalizador de topo quente.
Causas de trincas transversais: A. Marcas de vibração muito profundas são a principal causa de trincas transversais; B. Teor elevado de nióbio e alumínio no aço é a causa indutora; C. O tarugo tubular é endireitado a uma temperatura de 900-700 °C; D. A intensidade do resfriamento secundário é excessiva.
Medidas preventivas:
A. O cristalizador adota alta frequência e pequena amplitude para reduzir a profundidade das marcas de vibração na superfície interna do arco do lingote; B. A zona de resfriamento secundário adota um sistema de resfriamento fraco e estável para garantir que a temperatura da superfície seja superior a 900 graus durante o endireitamento; C. Manter a superfície do líquido de cristalização estável; D. Utilizar escória protetora com boa lubrificação e baixa viscosidade.
Causas de fissuras na rede superficial: A. O lingote de alta temperatura absorve o cobre do cristalizador, e o cobre se torna líquido e então infiltra-se ao longo do contorno de grão da austenita; B. Elementos residuais no aço (como cobre, estanho, etc.) permanecem na superfície do tubo e infiltram-se ao longo do contorno de grão;
Medidas preventivas: A. Cromagem na superfície do cristalizador para aumentar a dureza superficial; B. Utilização de volume adequado de água de resfriamento secundário; C. Controle dos elementos residuais no aço; D. Controle da relação Mn/S para garantir que Mn/S seja ≥ 40. Geralmente, acredita-se que, quando a profundidade da trinca superficial do tubo não excede 0,5 mm, a trinca será oxidada durante o processo de aquecimento e não causará trincas superficiais no tubo de aço. Como as trincas na superfície do tarugo tubular serão severamente oxidadas durante o processo de aquecimento, elas frequentemente são acompanhadas por partículas de oxidação e descarbonetação após a laminação.
Cicatrizes no tubo de alimentação e pele espessa:
Causas: A temperatura do aço fundido está muito baixa, o aço fundido está muito viscoso, o bocal está obstruído, o fluxo de injeção está desviado, etc. O dobramento externo do tubo de aço causado por marcas superficiais e excesso de material no tarugo é diferente dos defeitos de marcas e dobramento externo do tubo bruto produzido durante a laminação. Apresenta características de oxidação muito evidentes, acompanhadas de partículas de oxidação e descarbonetação severa, e óxido ferroso está presente no defeito.
Poros no tarugo tubular: Geralmente, alguns pequenos poros se formam na superfície do tarugo tubular devido à ruptura de bolhas subcutâneas durante a fundição do aço líquido. Após a laminação do tarugo tubular, uma pequena película superficial se forma na superfície do tubo de aço.
Buracos e sulcos no tarugo do tubo:
Causas de poros e sulcos no tarugo tubular: Por um lado, podem ser gerados durante o processo de cristalização da fundição, o que está relacionado ao grande ângulo de inclinação do cristalizador ou ao resfriamento irregular da zona de resfriamento secundário; por outro lado, podem ser causados por danos mecânicos ou arranhões na superfície do tarugo tubular quando a fundição não foi completamente resfriada. Após a perfuração, dobras ou cicatrizes (poros) e grandes dobras externas (sulcos) se formam na superfície áspera do tubo.
As "orelhas" do tarugo tubular são causadas principalmente pela abertura entre os cilindros (o cilindro de endireitamento da máquina de lingotamento contínuo e o cilindro de laminação do laminador) não estar totalmente fechada. Quando o tarugo tubular é endireitado ou laminado, o cilindro de endireitamento ou o cilindro de laminação exerce muita pressão ou a abertura entre os cilindros é muito pequena. Isso faz com que uma quantidade excessiva de metal entre na abertura. Após a perfuração, uma dobra espiral externa se forma na superfície do tubo bruto. Independentemente do tipo de defeito superficial do tarugo tubular, é possível que defeitos se formem na superfície do tubo de aço durante o processo de laminação. Em casos graves, o tubo de aço laminado é descartado. Portanto, é necessário reforçar o controle da qualidade superficial do tarugo tubular e a remoção de defeitos superficiais. Somente tarugos tubulares que atendam aos requisitos padrão podem ser utilizados na produção de tubos laminados.
1.2 Defeitos organizacionais de baixa potência em tarugos tubulares:
Bolhas subcutâneas visíveis em tarugos tubulares: As causas da formação dessas bolhas são a desoxidação insuficiente do aço fundido e o teor de gases (especialmente hidrogênio) no aço fundido, que também é um fator importante para a formação de bolhas subcutâneas em tarugos tubulares. Esse defeito forma uma película superficial (sem padrão definido) na superfície externa do tubo de aço após a perfuração ou laminação, com formato semelhante a "unhas". Em casos graves, pode cobrir toda a superfície externa do tubo de aço. Esse tipo de defeito é pequeno e superficial, podendo ser removido por retificação.
Trincas subsuperficiais em tarugos tubulares: A principal causa de sua formação é a variação constante de temperatura na camada superficial do tarugo tubular redondo durante a fundição contínua, resultando em múltiplas mudanças de fase. Geralmente, não geram defeitos, e quando ocorrem, são pequenas dobras externas.
Trincas intermediárias e trincas centrais em tarugos tubulares: As trincas intermediárias e as trincas centrais em tarugos tubulares redondos de lingotamento contínuo são as principais causas de dobramento interno em tubos de aço sem costura. As causas dessas trincas são complexas, envolvendo os efeitos da transferência de calor durante a solidificação, penetração e tensão no tarugo, mas, de modo geral, são controladas pelo processo de solidificação do tarugo na zona de resfriamento secundário.
Porosidade e porosidade em tarugos tubulares: Devido principalmente ao efeito de grão avançado do tarugo durante o processo de solidificação, o movimento do metal líquido é baseado na contração causada pelo resfriamento na direção da solidificação. Se o tarugo tubular redondo de fundição contínua apresentar porosidade e porosidade, isso não terá grande impacto na qualidade do tubo bruto após a laminação oblíqua e perfuração.
1.3 Defeitos microestruturais do tarugo tubular: microscopia de alta magnificação ou microscopia eletrônica.
Quando a composição e a estrutura do tarugo para tubos são irregulares e ocorre segregação severa, o tubo de aço após a laminação apresenta uma estrutura em faixas acentuada, o que afeta as propriedades mecânicas e de resistência à corrosão, comprometendo seu desempenho. Quando o teor de inclusões no tarugo é excessivo, além de afetar o desempenho do tubo, pode causar trincas durante o processo de produção.
Fatores: elementos nocivos no aço, composição e segregação do tarugo tubular e inclusões não metálicas no tarugo tubular.
2. Defeitos de aquecimento do tarugo tubular: Na produção de tubos de aço sem costura laminados a quente, geralmente são necessários dois aquecimentos do tarugo tubular até o tubo de aço acabado: o aquecimento antes da perfuração do tarugo e o reaquecimento do tubo bruto após a laminação, antes do dimensionamento. Na produção de tubos de aço laminados a frio, é necessário um recozimento intermediário para eliminar a tensão residual do tubo de aço. Embora o objetivo de cada aquecimento seja diferente e o forno de aquecimento possa variar, se os parâmetros do processo e o controle de aquecimento em cada etapa forem inadequados, o tarugo tubular (tubo de aço) apresentará defeitos de aquecimento, afetando a qualidade do tubo de aço. O objetivo do aquecimento do tarugo tubular antes da perfuração é melhorar a plasticidade do aço, reduzir a resistência à deformação e proporcionar uma boa estrutura metalográfica para o tubo laminado. Os fornos de aquecimento utilizados são anulares, de viga móvel, de fundo inclinado e de fundo móvel. O objetivo do reaquecimento do tubo bruto antes da laminação é aumentar e uniformizar a temperatura do tubo, melhorar a plasticidade, controlar a estrutura metalográfica e garantir as propriedades mecânicas do tubo de aço. Os fornos de reaquecimento incluem principalmente fornos de reaquecimento com viga móvel, fornos de reaquecimento com rolos contínuos e fornos de reaquecimento com fundo inclinado, além de fornos de reaquecimento por indução elétrica. O tratamento térmico de recozimento do tubo de aço durante o processo de laminação a frio tem como objetivo eliminar o encruamento causado pelo processamento a frio, reduzir a resistência à deformação do aço e criar condições para a continuidade do processamento. Os fornos de reaquecimento utilizados incluem principalmente fornos de aquecimento com viga móvel, fornos de aquecimento com rolos contínuos e fornos de aquecimento com fundo móvel. Defeitos comuns no aquecimento de tarugos tubulares incluem aquecimento irregular (conhecido como superfície yin e yang), oxidação, descarbonetação, trincas de aquecimento, superaquecimento e superaquecimento. Os principais fatores que afetam a qualidade do aquecimento de tarugos tubulares são: temperatura de aquecimento, velocidade de aquecimento, tempo de aquecimento e de manutenção da temperatura, e atmosfera do forno.
Temperatura de aquecimento do tarugo tubular: manifesta-se principalmente como temperatura muito baixa, muito alta ou irregular. Uma temperatura muito baixa aumenta a resistência à deformação do aço e reduz a plasticidade. Especialmente quando a temperatura de aquecimento não garante a transformação completa da estrutura metalográfica do aço em grãos de austenita, a tendência de fissuração do tarugo tubular durante a laminação a quente aumenta. Quando a temperatura é muito alta, a superfície do tarugo tubular sofre oxidação severa, descarbonetação e até mesmo superaquecimento ou queima excessiva.
Velocidade de aquecimento do tarugo tubular: A velocidade de aquecimento do tarugo tubular está intimamente relacionada à geração de trincas de aquecimento no tarugo. Quando a velocidade de aquecimento é muito alta, as trincas de aquecimento ocorrem com facilidade no tarugo tubular. A principal razão é que, quando a temperatura da superfície do tarugo tubular aumenta, gera-se uma diferença de temperatura entre o metal no interior do tarugo e o metal na superfície, resultando em expansão térmica desigual do metal e tensão térmica. Quando essa tensão térmica excede a tensão de ruptura do material, as trincas ocorrem; as trincas de aquecimento do tarugo tubular podem estar presentes na superfície ou no interior do tarugo. Quando o tarugo tubular com trincas de aquecimento é perfurado, é fácil formar trincas ou dobras nas superfícies interna e externa do tubo. Prevenção: Quando o tarugo tubular ainda estiver em baixa temperatura após entrar no forno de aquecimento, deve-se adotar uma velocidade de aquecimento menor. À medida que a temperatura do tarugo tubular aumenta, a velocidade de aquecimento pode ser aumentada proporcionalmente.
Tempo de aquecimento e tempo de permanência do tarugo tubular: A duração do aquecimento e do tempo de permanência do tarugo tubular está relacionada a defeitos de aquecimento (oxidação superficial, descarbonetação, granulometria grosseira, superaquecimento ou mesmo queima excessiva, etc.). De modo geral, quanto maior o tempo de aquecimento do tubo em alta temperatura, maior a probabilidade de ocorrer oxidação severa, descarbonetação, superaquecimento e até mesmo queima excessiva na superfície, o que pode levar ao descarte do tubo de aço em casos graves. Medidas preventivas: A. Garantir que o tubo seja aquecido uniformemente e completamente transformado em uma estrutura austenítica; B. Os carbonetos devem ser dissolvidos nos grãos de austenita; C. Os grãos de austenita não devem ser grosseiros e não devem aparecer cristais mistos; D. O tubo não deve ser superaquecido ou queimado em excesso após o aquecimento.
Em resumo, para melhorar a qualidade do aquecimento do tubo e prevenir defeitos, os seguintes requisitos são geralmente observados ao formular os parâmetros do processo de aquecimento: A. Temperatura de aquecimento precisa para garantir que o processo de perfuração seja realizado dentro da faixa de temperatura com a melhor permeabilidade do tubo; B. Temperatura de aquecimento uniforme, buscando-se que a diferença de temperatura entre as direções longitudinal e transversal do tubo não ultrapasse ±10℃; C. Minimizar a queima do metal durante o processo de aquecimento, evitando a sobreoxidação, fissuras superficiais e aderência do tubo; D. Sistema de aquecimento adequado, com temperatura, velocidade e tempo de aquecimento (tempo de manutenção) devidamente coordenados para evitar o superaquecimento ou mesmo a queima excessiva do tubo.
Data da publicação: 29/09/2024