تحليل أسباب التشقق أثناء الدرفلة على البارد لأنابيب الصلب 45#

1. الفحص والتحليل الفيزيائي والكيميائي

1.1 التفتيش الكلي ومراقبة التشكل المجهري

تم اختيار قسم من الأنابيب المتشققة ذات الشقوق النموذجية لمراقبة الخصائص العيانية. تم توزيع الشقوق موضعياً على طول الاتجاه الطولي لجسم الأنبوب بطول 60-70 ملم وبزاوية حوالي 15° مع ​​محور الأنبوب. لم تكن هناك خدوش واضحة على سطح جسم الأنبوب. اخترقت الشقوق جدار الأنبوب لتشكل صدعًا مخترقًا. وقد لوحظ شكل الشق تحت المجهر الإلكتروني الماسح. تتميز أسطح الكسر المتعددة في مورفولوجيا كسر الأنابيب الفولاذية بخصائص الانقسام وخصائص الكسر الهشة الواضحة.

1.2 اختبار تركيب المواد

تم قطع العينات من البليت الفولاذي المستدير وجسم الأنبوب المتصدع، وتم الكشف عن التركيب الكيميائي للعينتين بواسطة مطياف القراءة المباشرة. من خلال مقارنة GB/T1591-2008 'الفولاذ الإنشائي ذو السبائك المنخفضة والعالية القوة'، يمكن ملاحظة أن محتوى الكربون في العينتين قريب من الحد الأعلى لمحتوى الكربون القياسي الوطني، وأن مكونات السبائك الأخرى تقع ضمن الحد الأقصى النطاق المطلوب بواسطة المعيار الوطني.

1.3 فحص البنية المجهرية

تم أخذ العينات على طول المقاطع العرضية والطولية للأنابيب الفولاذية المستديرة والمشقوقة. وبعد الطحن والتلميع والتآكل، تمت ملاحظة الهياكل تحت المجهر الميتالوغرافي. إن هياكل الفولاذ المستدير والأنابيب المتشققة هي من الفريت والبرليت. وفقا لنسبة عدد الفريت والبرليت في الفولاذ الدائري والأنابيب المتشققة فإن محتواها من الكربون يكون عند الحد الأعلى لمحتوى الكربون في الفولاذ العادي 45، وهو ما يتوافق مع نتائج اختبار التركيب الكيميائي للمواد . هيكل الفولاذ المستدير عبارة عن بيرليت وكمية صغيرة من الفريت في شبكة توزيع وكمية صغيرة من الفريت على شكل إبرة، مع طبقة إزالة كربنة طفيفة على السطح. هيكل الأنبوب المتشقق عبارة عن صفائح من البرليت والفريت موزعة على شكل شبكة بيضاء وإبرة وكتلة، مع وجود طبقة إزالة كربنة طفيفة على السطح وشقوق داخل الهيكل.

1.4 اختبار الصلابة

للكشف عن تغير صلابة الهيكل في الأنبوب بعد تسخين الفولاذ المستدير وتثقيبه ولفه على البارد، يتم استخدام اختبار الصلابة الدقيقة للكشف عن الصلابة الدقيقة للفريت والبرليت في الفولاذ المستدير وتجهيزات الأنابيب المتشققة. لمقارنة التغيرات الشاملة في الصلابة للفولاذ المستدير والأنابيب المتشققة، تم استخدام جهاز اختبار صلابة برينل الرقمي للكشف عن متوسط ​​الصلابة.

2. التحليل والمناقشة

2.1 مورفولوجيا الكراك وتحليل الأسباب

تم اختبار التركيب الكيميائي للفولاذ المستدير والأنابيب المتشققة وتبين أن محتواها من الكربون كان عند الحد الأعلى لمحتوى الكربون في الفولاذ القياسي الوطني 45. أدت الزيادة في محتوى الكربون إلى زيادة البيرليت في المنظمة، مما أدى إلى تقليل قوة الكسر الهشة للصلب وزيادة ميل تشقق الفولاذ. ومن المشاهدة العيانية تبين أن الشق كان عبارة عن شرخ مخترق وهو عبارة عن كسر قصي للوحدة المعدنية بعد أن تجاوز التشوه البلاستيكي حد قوة الأنبوب بعد تعرضه لضغوط معقدة متعددة الاتجاهات. كان سبب تشوه الاعوجاج عند حافة الشق ونهايته هو إجهاد الشد المتبقي. من المراقبة المورفولوجية المجهرية وفحص البنية المجهرية، وجد أن الكسر كان له خصائص انقسام وكانت الشقوق تمر عبر التنظيم البرليتي داخل التنظيم، وهو كسر واضح عبر الحبيبات. بعد التثقيب والدرفلة على البارد، ينتج الأنبوب الفولاذي الكثير من التشوه البلاستيكي، والتشوه الشديد للشبكة، وزيادة حادة في الاضطرابات داخل الحبوب. بعد أن يتشكل عدد كبير من الخشونة والأشرطة الانزلاقية المقيمة، تقل قوة الحبيبات نفسها، وتبدأ الشقوق بسهولة من داخل الحبيبات، والتي تصبح بعد ذلك كسورًا عبر الحبيبات. من اختبار الصلابة، يمكن ملاحظة أن صلابة تجهيزات الأنابيب المتشققة أعلى بـ 132.3HBW من صلابة الفولاذ المستدير، وصلابة البرلايت في تجهيزات الأنابيب المتشققة أعلى بـ 95.6HV0.1 من صلابة الفولاذ المستدير، ولم تتغير صلابة الفريت بشكل ملحوظ. إن تصلب العمل الناتج عن تشوه البلاستيك يزيد من صلابة الأنابيب الفولاذية مع تقليل اللدونة والمتانة.

2.2 تحليل عملية المتداول

ومن المعروف من المعرفة المعدنية أن قوة الشد تساوي 3.5 مرة صلابة برينل. توضح الأدبيات أن منحنى الوظيفة لتصلب الفولاذ المدلفن على البارد 45 هو: S=660.39x0.7528، حيث: S — قوة الشد، x — معامل الاستطالة، x = 1/(1-Z)، Z — انكماش قسم الدرفلة الباردة. وفقا للعلاقة المذكورة أعلاه، فإن مواصفات الأنبوب الخام المثقب في هذا الاختبار هي 51 مم × 5.5 مم، ومواصفات الأنبوب المدرفل على البارد هي 24.5 مم × 4.6 مم. يمكن ملاحظة أن معدل انكماش المقطع العرضي للدرفلة على البارد هو Z=63.4%، ومعامل الاستطالة هو x=2.732، وقوة الشد هي S=1406.63MPa. من الناحية النظرية، صلابة الأنبوب الفولاذي بعد الدرفلة هي 401.7HBW، في حين أن صلابة الأنبوب المتصدع المكتشف هي 326.3HBW. التشوه كبير جدًا، ويتم إنشاء إجهاد داخلي كبير في الأنابيب الفولاذية، مما يؤدي إلى التشقق أثناء التدحرج.

3. تدابير وآثار التحسين

3.1 تدابير التحسين

للتخلص من تأثير تصلب العمل بعد التثقيب، يتم اعتماد عملية التلدين بإعادة البلورة. نظرًا لأن محتوى الكربون في هذه الدفعة من الفولاذ يقترب من الحد الأعلى للمعيار الوطني البالغ 45 فولاذًا، فإن البيرليت أكبر نسبيًا وصلابة الفولاذ أعلى. نظرًا لأن صلابة البرليت مرتبطة بالتباعد بين الطبقات، فكلما زاد التباعد بين الطبقات، انخفضت الصلابة، وكان معدل التبريد أبطأ أثناء التلدين، وكلما زاد التباعد بين الطبقات من البرليت. ولذلك، يتم استخدام عملية إعادة البلورة والتليين قبل الدرفلة لتحسين مرونة وصلابة الفولاذ والقضاء على تأثير تصلب العمل. درجة حرارة التلدين بإعادة البلورة هي 730 درجة مئوية، ويتم تبريده إلى 160 درجة مئوية بمعدل 80-100 درجة مئوية / ساعة ثم يتم تبريده بالهواء خارج الفرن. في إطار فرضية تلبية قوة وصلابة الأنابيب الفولاذية، يتم استخدام منحنى وظيفة تصلب الفولاذ المدرفل على البارد 45: S=660.39x0.7528 لتصميم كمية تشوه معقولة. إن كمية التشوه الكبيرة ستجعل قوة وصلابة الأنابيب الفولاذية عالية جدًا، وسيتم توليد ضغط داخلي كبير في الأنابيب الفولاذية، مما يتسبب في التشقق أثناء التدحرج أو الاستقامة، وهو أيضًا لا يفضي إلى المعالجة والاستخدام.

3.2 تأثير التنفيذ

من خلال التحليل أعلاه لأسباب التشقق أثناء درفلة الأنابيب الفولاذية غير الملحومة 45، تم دحرجة الأنبوب الخام المثقب 40mmX5.5mm إلى أنبوب نهائي بمواصفات 24.5mmX4.6mm. في هذا الوقت، كان معدل انكماش المقطع العرضي للأنبوب الفولاذي Z = 51.7%، وهو أقل بنسبة 12 نقطة مئوية من تشوه الأنبوب النهائي المدرفلة بأنبوب مثقوب مقاس 51 مم × 5.5 مم، وتعرض الأنبوب الخام لما سبق - عملية إعادة التبلور المذكورة قبل الدرفلة على البارد. بعد تتبع الإنتاج اللاحق لـ 45 أنبوبًا فولاذيًا غير ملحوم، تم تحسين مادة جسم الأنبوب، وكانت صلابة الأنبوب النهائي حوالي 256HB، ولم يكن هناك أي تشقق أثناء دحرجة جسم الأنبوب، مما أثبت أن إجراءات التحسين كانت فعالة.

4. الاستنتاج

1) محتوى الكربون في الأنابيب الفولاذية قريب من الحد الأعلى للمعيار الوطني ويوجد الكثير من البرليت، وتشويه الشبكة خطير، وتبدأ الشقوق من داخل الحبوب لتشكل كسرًا حبيبيًا، ويكون الكسر هش. وصلت الصلابة الإجمالية للأنبوب الفولاذي إلى 326.3HBW، ووصلت صلابة البرليت في المنظمة إلى 325.0HV0.1.

2) إن ظاهرة تصلب العمل لـ 45 فولاذًا مستديرًا بعد التثقيب والدرفلة تقلل من صلابة ومرونة الفولاذ. في الوقت نفسه، يكون التشوه المتداول للأنابيب الفولاذية كبيرًا جدًا، حيث يصل إلى 64.3٪، مما يسبب ضغطًا داخليًا كبيرًا داخل الأنابيب الفولاذية ويسبب التشقق أثناء التدحرج.

3) للقضاء على ظاهرة تصلب العمل للأنابيب الفولاذية، تم اعتماد عملية التلدين بإعادة البلورة: درجة الحرارة هي 730 درجة مئوية، يتم تبريدها إلى 160 درجة مئوية بسرعة 80-100 درجة مئوية / ساعة، ويتم تبريدها بالهواء خارج الفرن، ويتم استخدام أنبوب خشن مثقوب مقاس 40 مم × 5.5 مم للدلفنة، مما يقلل من تشوه اللف. لقد تم تحسين جودة هيكل الأنبوب الفولاذي في الإنتاج اللاحق، ولم يحدث أي تشقق متدحرج.