1. Дефекты качества трубных заготовок и способы их предотвращения.
Для производства бесшовных стальных труб используются заготовки, полученные методом непрерывного литья, прокатанные (кованые) заготовки, заготовки из полых круглых труб, полученные методом центробежного литья, или стальные слитки. В реальном производственном процессе в основном используются заготовки из круглых труб, полученные методом непрерывного литья, из-за их низкой стоимости и хорошего качества поверхности.
1.1. Дефекты внешнего вида, формы и качества поверхности трубных заготовок.
1. 1. 1 Дефекты формы и внешнего вида: Для круглых трубных заготовок дефекты формы и внешнего вида в основном включают диаметр и овальность заготовок, допуск на фаску торцевой поверхности и т. д. Для стальных слитков дефекты формы и внешнего вида в основном включают неправильную форму стального слитка из-за износа литейной формы и т. д.
Выход за пределы допустимых отклонений диаметра и овальности круглой трубы: На практике принято считать, что при прокалывании трубы величина коэффициента снижения давления перед прокалывающей головкой пропорциональна степени внутреннего изгиба прокалываемой заготовки. Чем больше коэффициент снижения давления головкой, тем выше вероятность преждевременного образования полости отверстия в трубе и тем больше вероятность образования трещин на внутренней поверхности заготовки. В обычном производстве параметры типа отверстия прокалывающего станка определяются в соответствии с номинальным диаметром трубы, а также наружным диаметром и толщиной стенки заготовки. При настройке типа отверстия, если наружный диаметр трубы превышает положительный допуск, коэффициент снижения давления перед головкой увеличивается, и в прокалываемой заготовке образуется дефект в виде внутреннего изгиба; если наружный диаметр трубы превышает отрицательный допуск, коэффициент снижения давления перед головкой уменьшается, и первая точка захвата трубы смещается к горловине, что затрудняет процесс прокалывания. Выход за пределы допуска по овальности: При неравномерной овальности трубы она будет нестабильно вращаться после попадания в зону деформации при пробивке, а ролик будет царапать поверхность трубы, что приведет к дефектам поверхности заготовки. Выход за пределы допуска по скосу торцевой поверхности заготовки круглой трубы: Неравномерная толщина стенки переднего торца заготовки после перфорации. Основная причина заключается в том, что когда заготовка трубы не имеет центрирующего отверстия, пробка соприкасается с торцевой поверхностью заготовки в процессе перфорации. Из-за большого скоса на торцевой поверхности заготовки носик пробки с трудом центрируется относительно центра заготовки, что приводит к неравномерной толщине стенки торцевой поверхности заготовки.
1. 1. 2 Дефекты качества поверхности (круглые трубные заготовки непрерывного литья): трещины на поверхности трубной заготовки: продольные трещины, поперечные трещины, трещины сетки. Причины продольных трещин:
A. Смещение потока, вызванное несовпадением сопла и кристаллизатора, разрушает затвердевшую оболочку трубной заготовки; B. Плохие плавящие свойства защитного шлака, слой жидкого шлака слишком толстый или слишком тонкий, что приводит к неравномерной толщине шлаковой пленки и делает локальную затвердевшую оболочку трубной заготовки слишком тонкой; C. Колебания уровня кристаллизационной жидкости (при колебаниях уровня жидкости ± 10 мм частота образования трещин составляет около 30%); D. Содержание P и S в стали (P ≥ 0,017%, S ≥ 0,027%, продольные трещины имеют тенденцию к увеличению); E. При содержании C в стали 0,12%-0,17%, продольные трещины имеют тенденцию к увеличению.
Профилактические меры: А. Обеспечьте выравнивание сопла и кристаллизатора; Б. Уровень кристаллизационной жидкости должен быть стабильным; В. Используйте подходящий кристаллизационный конус; Г. Выберите защитный шлак с отличными характеристиками; Д. Используйте кристаллизатор с горячей верхней частью.
Причины поперечных трещин: А. Основная причина поперечных трещин — слишком глубокие следы вибрации; Б. Причиной является повышенное содержание (ниобия, алюминия) в стали; В. Трубная заготовка выпрямляется при температуре 900-700℃; Г. Интенсивность вторичного охлаждения слишком высока.
Профилактические меры:
A. В кристаллизаторе используется высокочастотный и малоамплитудный режим для уменьшения глубины следов вибрации на внутренней поверхности дуги слитка; B. Во вторичной зоне охлаждения используется стабильная система слабого охлаждения, обеспечивающая поддержание температуры поверхности выше 900 градусов во время выравнивания; C. Поддержание стабильной поверхности кристаллизационной жидкости; D. Использование защитного шлака с хорошими смазывающими свойствами и низкой вязкостью.
Причины образования поверхностных сетчатых трещин: А. Высокотемпературный слиток поглощает медь из кристаллизатора, медь переходит в жидкое состояние и затем просачивается вдоль границ зерен аустенита; Б. Остаточные элементы стали (такие как медь, олово и т. д.) остаются на поверхности трубы и просачиваются вдоль границ зерен;
Профилактические меры: А. Хромирование поверхности кристаллизатора для повышения твердости поверхности; Б. Использование соответствующего объема вторичной охлаждающей воды; В. Контроль остаточных элементов в стали. Г. Контроль значения Mn/S для обеспечения Mn/S ≥ 40. Принято считать, что если глубина поверхностных трещин трубы не превышает 0,5 мм, трещины окисляются в процессе нагрева и не вызывают поверхностных трещин на стальной трубе. Поскольку трещины на поверхности заготовки трубы сильно окисляются в процессе нагрева, после прокатки они часто сопровождаются частицами окисления и обезуглероживанием.
Рубцы от трубных заготовок и огрубевшая кожа:
Причины: слишком низкая температура расплавленной стали, слишком высокая вязкость расплавленной стали, засорение сопла, отклонение потока впрыска и т. д. Внешние складки стальной трубы, вызванные поверхностными царапинами и толстым слоем обшивки заготовки, отличаются от царапин и внешних складок шероховатой трубы, образующихся в процессе прокатки. Они имеют очень выраженные признаки окисления, сопровождаются наличием частиц окисления и сильным обезуглероживанием, а в месте дефекта присутствует оксид железа.
Поры в трубной заготовке: Как правило, на поверхности трубной заготовки образуются небольшие поры из-за разрыва подкожных пузырьков во время литья расплавленной стали. После прокатки трубной заготовки на поверхности стальной трубы образуется небольшой слой поверхностной пленки.
Выбоины и канавки в трубчатых заготовках:
Причины образования ямок и борозд на трубной заготовке: с одной стороны, они могут образовываться в процессе кристаллизации отливки, что связано с большим конусом кристаллизатора или неравномерным охлаждением вторичной зоны охлаждения; с другой стороны, они могут быть вызваны механическими повреждениями или царапинами на поверхности трубной заготовки, когда отливка не была полностью охлаждена. После перфорации на поверхности шероховатой трубы образуются складки или рубцы (ямки) и крупные внешние складки (бороздки).
«Уши» трубной заготовки: в основном из-за того, что зазор между валками (правильный валок непрерывного литья и валок прокатного стана) не закрыт. При выпрямлении или прокатке трубной заготовки правильный или валок слишком сильно сжимается, или зазор между валками слишком мал. Это приводит к попаданию слишком большого количества металла в зазор между валками. После перфорации на поверхности шероховатой трубы образуется спиральная внешняя складка. Независимо от типа дефекта поверхности трубной заготовки, в процессе прокатки стальной трубы могут образовываться дефекты на ее поверхности. В тяжелых случаях прокатанная стальная труба выбрасывается. Поэтому необходимо усилить контроль качества поверхности трубной заготовки и устранить поверхностные дефекты. В производство трубной прокатки могут быть допущены только трубные заготовки, соответствующие стандартным требованиям.
1.2 Дефекты организации трубных заготовок, проявляющиеся в низкой мощности:
Визуально видимые подкожные пузырьки в трубных заготовках: Причинами их образования являются недостаточное раскисление расплавленной стали и содержание газов (особенно водорода) в расплавленной стали, что также является важной причиной образования подкожных пузырьков в трубных заготовках. Этот дефект образует летучую плёнку (без правил) на внешней поверхности стальной трубы после перфорации или прокатки, имеющую форму, похожую на «ноготь». В тяжелых случаях она покрывает всю внешнюю поверхность стальной трубы. Этот тип дефекта невелик и неглубок, и может быть удален шлифованием.
Подповерхностные трещины в трубных заготовках: основная причина их образования заключается в том, что температура поверхностного слоя круглотрубной заготовки непрерывного литья многократно изменяется и формируется после многократных фазовых переходов. Как правило, дефектов не образуется, а если и образуются, то это незначительные внешние складки.
Трещины в центре и между заготовками труб: Трещины в центре и между заготовками круглых труб, полученными методом непрерывного литья, являются основной причиной внутреннего складывания бесшовных стальных труб. Причины образования трещин очень сложны и включают в себя воздействие теплопередачи при затвердении, проникновение и напряжение в заготовке, но, как правило, они контролируются процессом затвердевания заготовки во вторичной зоне охлаждения.
Рыхлость и усадочные отверстия в трубных заготовках: В основном это происходит из-за эффекта развития зерна в заготовке в процессе затвердевания, движение жидкого металла основано на усадке, вызванной охлаждением в направлении затвердевания. Если в круглотрубной заготовке непрерывного литья имеются рыхлость и усадочные отверстия, это не окажет существенного влияния на качество черновой трубы после косой прокатки и перфорации.
1.3 Микроструктурные дефекты трубной заготовки: при большом увеличении или с помощью электронного микроскопа
Когда состав и структура заготовки трубы неравномерны и происходит сильная сегрегация, стальная труба после прокатки приобретает выраженную полосчатую структуру, что влияет на механические и коррозионные свойства трубы и приводит к тому, что ее эксплуатационные характеристики не соответствуют требованиям. Слишком высокое содержание включений в заготовке трубы не только влияет на эксплуатационные характеристики трубы, но и может привести к образованию трещин в трубе в процессе производства.
Факторы: вредные элементы в стали, состав и сегрегация трубной заготовки, а также неметаллические включения в трубной заготовке.
2. Дефекты нагрева заготовки трубы: При производстве горячекатаных бесшовных стальных труб обычно требуется два нагрева от заготовки до готовой трубы: нагрев перед перфорацией заготовки и повторный нагрев черновой трубы после прокатки перед калибровкой. При производстве холоднокатаных стальных труб требуется промежуточный отжиг для устранения остаточных напряжений в стальной трубе. Хотя цель каждого нагрева различна, и нагревательная печь может быть разной, если параметры процесса и контроль нагрева на каждом этапе ненадлежащим образом настроены, заготовка трубы (стальная труба) будет иметь дефекты нагрева, что повлияет на качество стальной трубы. Цель нагрева заготовки трубы перед перфорацией заключается в улучшении пластичности стали, снижении сопротивления деформации стали и обеспечении хорошей металлографической структуры прокатанной трубы. Используются кольцевые нагревательные печи, печи с шагающей балкой, печи с наклонным дном и печи с дном вагона. Целью повторного нагрева черновой трубы перед калибровкой является повышение и выравнивание температуры черновой трубы, улучшение пластичности, контроль металлографической структуры и обеспечение механических свойств стальной трубы. К основным типам нагревательных печей относятся печи с шагающим валом, печи с непрерывным роликовым подогревом, печи с наклонным дном и электроиндукционные печи. Целью термообработки стальной трубы в процессе холодной прокатки является устранение явления упрочнения, вызванного холодной обработкой стальной трубы, снижение сопротивления деформации стали и создание условий для дальнейшей обработки стальной трубы. К основным типам нагревательных печей, используемых для термообработки, относятся печи с шагающим валом, печи с непрерывным роликовым подогревом и печи с роликовым подогревом. К распространенным дефектам нагрева трубной заготовки относятся неравномерный нагрев (поверхность типа «инь-ян»), окисление, обезуглероживание, трещины от нагрева, перегрев и перегорание. К основным факторам, влияющим на качество нагрева трубной заготовки, относятся температура нагрева, скорость нагрева, время нагрева и выдержки, а также атмосфера в печи.
Температура нагрева трубной заготовки: в основном проявляется в виде слишком низкой или слишком высокой температуры, либо неравномерного нагрева. Слишком низкая температура повышает сопротивление стали деформации и снижает пластичность. Особенно, если температура нагрева не обеспечивает полного преобразования металлографической структуры стали в аустенитные зерна, возрастает склонность трубной заготовки к растрескиванию во время горячей прокатки. При слишком высокой температуре поверхность трубной заготовки подвергается сильному окислению, обезуглероживанию и даже перегреву или перегоранию.
Скорость нагрева трубной заготовки: Величина скорости нагрева трубной заготовки тесно связана с образованием термических трещин. При слишком высокой скорости нагрева легко образуются термические трещины. Основная причина: при повышении температуры поверхности трубной заготовки возникает разница температур между металлом внутри заготовки и металлом на поверхности, что приводит к неравномерному тепловому расширению металла и термическим напряжениям. Как только это термическое напряжение превышает напряжение разрушения материала, образуются трещины; термические трещины могут существовать на поверхности или внутри заготовки. При прокалывании трубной заготовки с термическими трещинами легко образуются трещины или складки на внутренней и внешней поверхностях шероховатой трубы. Профилактика: Когда трубная заготовка после поступления в печь еще имеет низкую температуру, используется более низкая скорость нагрева. По мере повышения температуры трубной заготовки скорость нагрева может быть соответственно увеличена.
Время нагрева и выдержки трубной заготовки: Длительность нагрева и выдержки трубной заготовки связана с дефектами нагрева (окисление поверхности, обезуглероживание, крупнозернистая структура, перегрев или даже перегорание и т. д.). В целом, чем дольше труба нагревается при высокой температуре, тем выше вероятность сильного окисления, обезуглероживания, перегрева и даже перегорания на поверхности, что в тяжелых случаях может привести к браку стальной трубы. Профилактические меры: А. Обеспечить равномерный нагрев трубы и полное превращение ее в аустенитную структуру; Б. Карбиды должны растворяться в зернах аустенита; В. Зерна аустенита не должны быть крупными, и не должно быть смешанных кристаллов; Г. Труба не должна перегреваться или перегорать после нагрева.
Вкратце, для улучшения качества нагрева трубы и предотвращения дефектов нагрева при разработке параметров процесса нагрева обычно соблюдаются следующие требования: А. Точная температура нагрева, обеспечивающая проведение перфорации в температурном диапазоне с оптимальной проницаемостью трубы; Б. Равномерная температура нагрева, при этом разница температур нагрева трубы в продольном и поперечном направлениях не должна превышать ±10℃; В. Минимальное выгорание металла в процессе нагрева, предотвращение переокисления, образования поверхностных трещин и слипания. Г. Система нагрева должна быть рациональной, а температура нагрева, скорость нагрева и время нагрева (время выдержки) должны быть согласованы таким образом, чтобы предотвратить перегрев или даже перегорание заготовки трубы.
Дата публикации: 29 сентября 2024 г.