Análisis del motivo del agrietamiento por laminación en frío del tubo de acero 45.

1. Inspección y análisis físicos y químicos.

1.1 Inspección macro y observación de morfología microscópica: Se seleccionó una sección de tubo agrietado con grietas típicas para observar las características macroscópicas. Las grietas se distribuyeron localmente a lo largo de la dirección longitudinal del cuerpo del tubo, con una longitud de 60-70 mm y un ángulo de aproximadamente 15° con el eje del tubo. No hubo rayones obvios en la superficie del cuerpo del tubo. Las grietas penetraron la pared del tubo para formar una grieta penetrante. La morfología de la grieta se observó bajo el microscopio electrónico de barrido alemán ZEISS EVO18. Las múltiples superficies de fractura al ras de la morfología de fractura de la tubería de acero tenían características de escisión y características obvias de fractura frágil.

1. 2 Prueba de composición del material: Se cortaron muestras de palanquillas redondas de acero y tubos agrietados, y la composición química de las dos muestras se detectó mediante el espectrómetro de lectura directa Bruker Q4170. Los resultados se muestran en la Tabla 1. En comparación con GB/T1591-2008 'Acero estructural de baja aleación y alta resistencia', se puede ver que el contenido de carbono de las dos muestras está cerca del límite superior del contenido de carbono estándar nacional. y otros componentes de aleación están dentro del rango requerido por la norma nacional.

1.3 Inspección de microestructura: se tomaron muestras de acero redondo y tubos agrietados a lo largo de las secciones transversales y longitudinales. Después del esmerilado, pulido y corrosión, se observó la organización bajo un microscopio metalográfico Leica DM4000M. La organización de acero redondo y tubos agrietados es ferrita y perlita. Según la proporción cuantitativa de ferrita y perlita en acero redondo y tubos agrietados, se puede ver que su contenido de carbono está en el límite superior del contenido de carbono del acero 45 ordinario, lo que concuerda con los resultados de la prueba de composición química del material. La organización del acero redondo es de perlita y una pequeña cantidad de ferrita está distribuida en forma de red y en forma de aguja, con una ligera capa descarburada en la superficie. La estructura del tubo agrietado es perlita laminar y ferrita distribuida en forma de malla blanca, aguja y bloque. Hay una ligera capa de descarburación en la superficie y grietas en el interior de la estructura.

1.4 Prueba de dureza: para detectar el cambio de dureza de la estructura del tubo después de calentar, perforar y laminar en frío el acero redondo, se utiliza el probador de microdureza MH-6 para detectar la microdureza de la ferrita y la perlita en el acero redondo y los accesorios de tubería agrietados. . Para comparar el cambio general de dureza del acero redondo y del tubo agrietado, se utiliza el durómetro Brinell digital para detectar la dureza promedio.

2. Análisis y discusión

2.1 Morfología de grietas y análisis de causa: se prueba la composición química del acero redondo y el tubo agrietado, y se sabe que el contenido de carbono está en el límite superior del contenido de carbono del acero estándar nacional 45. El aumento del contenido de carbono conduce a un exceso de perlita en la organización, lo que reduce la resistencia a la fractura frágil del acero y aumenta la tendencia del acero a agrietarse. Desde la observación macroscópica, la grieta es una grieta penetrante, que es una fractura por cizallamiento causada por la deformación plástica de la unidad metálica después de haber sido sometida a tensiones multidireccionales complejas y exceder el límite de resistencia de la tubería. La deformación por alabeo en el borde y el final de la grieta es causada por tensiones de tracción residuales. La observación microscópica de la morfología y la inspección de la microestructura revelaron que la fractura tenía características de escisión y grietas que atravesaban la estructura de perlita dentro de la estructura, que era una fractura transgranular obvia. Después de la perforación y el laminado en frío, la tubería de acero produjo una gran cantidad de deformación plástica, una severa distorsión de la red y un fuerte aumento de las dislocaciones dentro de los granos. Después de que se formó una gran cantidad de rugosidades y bandas de deslizamiento residentes, la resistencia de los propios granos disminuyó y las grietas se iniciaron fácilmente desde el interior de los granos, convirtiéndose así en fracturas transgranulares. De la prueba de dureza, se puede ver en los datos de las Tablas 2 y 3 que la dureza de los accesorios de tubería agrietados es 132,3HBW mayor que la del acero redondo, y la dureza de la perlita en los accesorios de tubería agrietados es 95,6HV0,1 mayor que la del acero redondo y la dureza de la ferrita no ha cambiado significativamente. El endurecimiento por trabajo causado por la deformación plástica aumenta la dureza de la tubería de acero al tiempo que reduce la plasticidad y la tenacidad.

2.2 Análisis del proceso de laminación: A partir del conocimiento metalúrgico, se puede observar que la resistencia a la tracción es igual a 3,5 veces la dureza Brinell. La literatura muestra que la curva de función del endurecimiento por trabajo del acero 45 laminado en frío es: S=660,39x0,7528, donde: S—resistencia a la tracción, x—coeficiente de alargamiento, x=1/(1-Z), Z—laminación en frío contracción de la sección. De acuerdo con la relación anterior, las especificaciones del tubo perforado en bruto en esta prueba son 51 mm × 5,5 mm, y las especificaciones del tubo laminado en frío son 24,5 mm × 4,6 mm. Se puede observar que la contracción de la sección de laminación en frío es Z=63,4%, el coeficiente de alargamiento es x=2,732, la resistencia a la tracción S=1406,63MPa y la dureza teórica del tubo de acero después del laminado es 401,7HBW, mientras que la dureza de la tubería fisurada detectada es de 326,3HBW. Esto demuestra que la deformación especificada por la empresa es demasiado grande, lo que produce una gran tensión interna en la tubería de acero, lo que resulta en grietas durante el laminado.

3. Medidas de mejora y efectos

3.1 Medidas de mejora: Para eliminar la influencia del endurecimiento por trabajo después de la perforación, se adopta un proceso de recocido por recristalización. Dado que el contenido de carbono de este lote de acero está cerca del límite superior del estándar nacional para el acero 45, la perlita es relativamente abundante y la dureza del acero es alta. Debido a que la dureza de la perlita está relacionada con su espacio interlamelar, cuanto mayor es el espacio interlamelar, menor es la dureza. Cuanto más lenta sea la velocidad de enfriamiento durante el recocido, mayor será el espacio interlamelar de la perlita. Por lo tanto, el proceso de recocido por recristalización se utiliza antes del laminado para mejorar la plasticidad y tenacidad del acero y eliminar la influencia del endurecimiento por trabajo. La temperatura de recocido de recristalización es de 730 ℃, y se enfría a 160 ℃ a una velocidad de 80-100 ℃/h y luego se enfría con aire fuera del horno. Bajo la premisa de cumplir con la resistencia y dureza de la tubería de acero, se utiliza la curva de función de endurecimiento por trabajo del acero laminado en frío 45: S = 660,39 x 0,7528 para diseñar una cantidad de deformación razonable. Una gran cantidad de deformación hará que la resistencia y dureza de la tubería de acero sean demasiado altas, y se generará una gran tensión interna en la tubería de acero, lo que provocará grietas durante el laminado o el enderezamiento, lo que tampoco favorece el procesamiento y el uso.

3. 2 Efecto de implementación: A través del análisis anterior de las causas del agrietamiento por laminación de 45 tubos de acero sin costura, el tubo perforado en bruto de 40 mm × 5,5 mm se laminó hasta obtener un tubo terminado con una especificación de 24,5 mm × 4,6 mm. En ese momento, la tasa de contracción de la sección transversal del tubo de acero Z=51,7%, que era 12 puntos porcentuales menor que la deformación del tubo terminado laminado con un tubo perforado de 51 mm × 5,5 mm, y el tubo en bruto fue sometido a la proceso de recocido por recristalización antes mencionado antes del laminado en frío. Después de realizar un seguimiento de la producción posterior de 45 tubos de acero sin costura, se mejoró el material del cuerpo de la tubería, la dureza de la tubería terminada fue de aproximadamente 256 HB y no hubo grietas por rodadura en el cuerpo de la tubería, lo que demostró que las medidas de mejora fueron efectivas.

4. Conclusión

1) El contenido de carbono de la tubería de acero está cerca del límite superior de la norma nacional y hay demasiada perlita, la distorsión de la red es grave, las grietas se inician desde el interior del grano para formar una fractura transgranular y la fractura es frágil. La dureza total de la tubería de acero alcanzó 326,3HBW y la dureza de la perlita en la organización alcanzó 325,0HV0,1.

2) El fenómeno de endurecimiento por trabajo del acero redondo 45 después de la perforación y el laminado reduce la tenacidad y plasticidad del acero. Al mismo tiempo, la deformación por rodadura de la tubería de acero es demasiado grande, alcanzando el 64,3%, lo que provoca una gran tensión interna dentro de la tubería de acero y provoca grietas durante la laminación.

3) Para eliminar el fenómeno de endurecimiento por trabajo de la tubería de acero, se adopta el proceso de recocido por recristalización: la temperatura es de 730 ℃, se enfría a 160 ℃ a una velocidad de 80-100 ℃/h y se enfría con aire después de sacarlo de el horno. El tubo rugoso perforado con un tamaño de 40 mm × 5,5 mm se utiliza para laminación, lo que reduce la deformación por laminación. La calidad del cuerpo de la tubería de acero se mejoró en la producción posterior y no se produjeron grietas por rodadura.