Типы и причины образования закалочных трещин в бесшовных стальных трубах

1. Трещины, возникающие при закалке из-за дефектов поверхности.
При прокатке конструкционных труб из сплава 26CrMo4s на внутренней стенке часто появляются небольшие закалевые трещины. Фотографии полированной микроморфологии показывают наличие множества поверхностных дефектов, таких как ямки и деформации, глубиной не более 0,2 мм. Эти дефектные участки создают концентрацию напряжений под действием закалочных напряжений и становятся причиной образования закалевых трещин. Закалевые трещины, вызванные поверхностными дефектами, чаще всего встречаются в тонкостенных стальных трубах малого диаметра. С одной стороны, удлинение при прокатке стальных труб малого диаметра велико, и исходные дефекты, такие как ямки и царапины, склонны к появлению на внутренней и внешней поверхностях трубы. В то же время, в процессе закалки и охлаждения тонкостенных стальных труб в местах дефектов возникает поверхностное растягивающее напряжение. Эффект концентрации напряжений более значителен, поэтому вероятность образования закалевых трещин, вызванных дефектами, высока.

2. Трещины, возникающие при закалке, вследствие образования термических трещин.
Трещинообразование под напряжением — распространённый тип закалочных трещин. Это дефект, возникающий из-за превышения поверхностного растягивающего напряжения над прочностью материала в процессе закалки и охлаждения. Поверхность корпуса трубы с трещинами, образовавшимися в результате закалки под напряжением, гладкая и ровная, без первоначальных дефектов, а микроструктура однородная и мелкозернистая. Трещины вызваны чрезмерным поверхностным растягивающим напряжением; трещины, образовавшиеся в результате закалки под напряжением, полностью перпендикулярны поверхности корпуса трубы. Распространение в направлении толщины стенки также свидетельствует о том, что этот тип трещин полностью вызван чрезмерным поверхностным растягивающим напряжением.

3. Поверхностные трещины закалки, вызванные науглероживанием.
При использовании среднеуглеродистой хромомолибденовой микролегированной стали с содержанием углерода около 0,30% для производства бесшовных стальных труб, на внешней поверхности трубы часто возникают закалочные трещины. Результаты микроскопического анализа показывают, что структура вокруг закалочной трещины имеет науглероживание, а глубина науглероживающего слоя составляет 0,5-2,0 мм. Причиной образования этой закалочной трещины является локальное науглероживание на внешней поверхности трубы, что приводит к чрезмерному напряжению в науглероживаемой части в процессе закалки, тем самым образуя закалочные трещины. Исходя из технологического процесса производства бесшовных стальных труб, предполагается, что процессом, который может вызывать увеличение содержания углерода на поверхности стальной трубы, является: прилипание высокоуглеродистого защитного шлака сталеплавильного производства к поверхности заготовки трубы и его проникновение в матрицу в процессе высокотемпературного нагрева в кольцевой печи, что приводит к локализации науглероживающей поверхности капиллярной трубки после завершения прокатки. Перед тем как стальная труба попадает в печь для термообработки, к её поверхности прилипают высокоуглеродистые посторонние вещества, такие как масляные пятна и древесные опилки. После высокотемпературной термообработки содержание углерода на поверхности становится выше, чем в матрице.

4. Закалочные трещины в чувствительных к растрескиванию типах стали
Некоторые высококачественные бесшовные стальные трубы имеют высокое содержание легирующих элементов и высокую прочность корпуса, поэтому коэффициент интенсивности напряжений высок. Это трещиночувствительные стали. Микроскопические дефекты на поверхности или внутри трубы очень легко расширяются под действием напряжений, образуя трещины. Морфология и структура поверхностных трещин закалки конструкционной трубы из легированной стали марки S135. Вероятность образования трещин закалки у этого типа бесшовных стальных труб значительно выше, чем у других типов стали. Поскольку этот тип стали содержит больше легирующих элементов Cr и Mo, прочность трубы выше, микроструктура трубы имеет плохую способность к координации пластической деформации, а способность к накоплению деформации низкая. Высвобождение происходит только через образование новых поверхностных трещин, поэтому это труба с высоким риском образования трещин закалки.