Análise da razão de fissuração por laminação a frio do tubo de aço 45

1. Inspeção e análise física e química

1. 1 Inspeção macro e observação microscópica da morfologia: Uma seção de tubo fissurado com fissuras típicas foi selecionada para observar as características macroscópicas. As fissuras foram distribuídas localmente ao longo da direção longitudinal do corpo do tubo, com comprimento de 60-70 mm e ângulo de cerca de 15° com o eixo do tubo. Não havia arranhões óbvios na superfície do corpo do tubo. As rachaduras penetraram na parede do tubo para formar uma rachadura penetrante. A morfologia da fissura foi observada no microscópio eletrônico de varredura alemão ZEISS EVO18. As múltiplas superfícies de fratura nivelada da morfologia da fratura do tubo de aço tinham características de clivagem e características óbvias de fratura frágil.

1.2 Teste de composição do material: As amostras foram cortadas de tarugos de aço redondos e tubos rachados, e a composição química das duas amostras foi detectada pelo espectrômetro de leitura direta Bruker Q4170. Os resultados são mostrados na Tabela 1. Comparado com GB/T1591-2008 'Aço estrutural de baixa liga e alta resistência', pode-se observar que o teor de carbono das duas amostras está próximo do limite superior do teor de carbono do padrão nacional , e outros componentes de liga estão dentro da faixa exigida pelo padrão nacional.

1. 3 Inspeção da microestrutura: Aço redondo e tubos rachados foram amostrados ao longo das seções transversais e longitudinais. Após lixamento, polimento e corrosão, a organização foi observada em microscópio metalográfico Leica DM4000M. A organização do aço redondo e dos tubos rachados é a ferrita e a perlita. De acordo com a proporção quantitativa de ferrita e perlita em aço redondo e tubos rachados, pode-se observar que seu teor de carbono está no limite superior do teor de carbono do aço 45 comum, o que é consistente com os resultados dos testes de composição química do material. A organização do aço redondo é a perlita e uma pequena quantidade de ferrita é distribuída em rede e em formato de agulha, com leve camada descarbonetada na superfície. A estrutura do tubo rachado é perlita lamelar e ferrita distribuída em malha branca, agulha e formato de bloco. Existe uma ligeira camada de descarbonetação na superfície e fissuras no interior da estrutura.

1.4 Teste de dureza: Para detectar a mudança de dureza da estrutura do tubo após o aço redondo ser aquecido, perfurado e laminado a frio, o testador de microdureza MH-6 é usado para detectar a microdureza da ferrita e perlita no aço redondo e nos acessórios para tubos rachados . Para comparar a mudança geral de dureza do aço redondo e do tubo rachado, o testador de dureza Brinell digital é usado para detectar a dureza média.

2. Análise e discussão

2.1 Morfologia de fissuras e análise de causas: A composição química do aço redondo e do tubo fissurado é testada, e sabe-se que o teor de carbono está no limite superior do teor de carbono do aço padrão nacional 45. O aumento no teor de carbono leva ao excesso de perlita na organização, o que reduz a resistência à fratura frágil do aço e aumenta a tendência do aço à trinca. A partir da observação macroscópica, a trinca é uma trinca penetrante, que é uma fratura por cisalhamento causada pela deformação plástica da unidade metálica após ser submetida a tensões multidirecionais complexas e exceder o limite de resistência do tubo. A deformação por empenamento na borda e no final da fissura é causada pela tensão de tração residual. A observação microscópica da morfologia e a inspeção da microestrutura revelaram que a fratura apresentava características de clivagem e fissuras passando pela estrutura perlita no interior da estrutura, o que era uma fratura transgranular óbvia. Após a perfuração e laminação a frio, o tubo de aço produziu uma grande deformação plástica, severa distorção da rede e um aumento acentuado nos deslocamentos dentro dos grãos. Após a formação de um grande número de rugosidades e bandas de deslizamento residentes, a resistência dos próprios grãos diminuiu e as fissuras iniciaram-se facilmente no interior dos grãos, tornando-se assim fraturas transgranulares. A partir do teste de dureza, pode-se observar pelos dados das Tabelas 2 e 3 que a dureza dos acessórios para tubos rachados é 132,3HBW superior à do aço redondo, e a dureza da perlita nos acessórios para tubos rachados é 95,6HV0,1 superior ao do aço redondo, e a dureza da ferrita não mudou significativamente. O endurecimento causado pela deformação plástica aumenta a dureza do tubo de aço enquanto reduz a plasticidade e a tenacidade.

2.2 Análise do processo de laminação: A partir do conhecimento metalúrgico, percebe-se que a resistência à tração é igual a 3,5 vezes a dureza Brinell. A literatura mostra que a curva funcional do endurecimento do aço 45 laminado a frio é: S = 660,39x0,7528, onde: S - resistência à tração, x - coeficiente de alongamento, x = 1/(1-Z), Z - laminação a frio encolhimento da seção. De acordo com a relação acima, as especificações do tubo áspero perfurado neste teste são 51 mm × 5,5 mm, e as especificações do tubo laminado a frio são 24,5 mm × 4,6 mm. Pode-se observar que o encolhimento da seção de laminação a frio é Z=63,4%, o coeficiente de alongamento é x=2,732, a resistência à tração S=1406,63MPa e a dureza teórica do tubo de aço após a laminação é 401,7HBW, enquanto a dureza de o tubo rachado detectado é 326,3 HBW. Isso mostra que a deformação especificada pela empresa é muito grande, o que produz uma grande tensão interna no tubo de aço, resultando em trincas durante a laminação.

3. Medidas e efeitos de melhoria

3. 1 Medidas de melhoria: Para eliminar a influência do endurecimento após a perfuração, é adotado um processo de recozimento por recristalização. Como o teor de carbono deste lote de aço está próximo do limite superior do padrão nacional para o aço 45, a perlita é relativamente abundante e a dureza do aço é alta. Como a dureza da perlita está relacionada ao seu espaçamento interlamelar, quanto maior o espaçamento interlamelar, menor será a dureza. Quanto mais lenta for a taxa de resfriamento durante o recozimento, maior será o espaçamento interlamelar da perlita. Portanto, o processo de recozimento por recristalização é utilizado antes da laminação para melhorar a plasticidade e tenacidade do aço e eliminar a influência do endurecimento por trabalho. A temperatura de recozimento de recristalização é de 730 ℃ e é resfriada a 160 ℃ a uma taxa de 80-100 ℃/h e depois resfriada a ar fora do forno. Sob a premissa de atender à resistência e dureza do tubo de aço, a curva de função de endurecimento de aço laminado a frio 45: S=660,39x0,7528 é usada para projetar uma quantidade de deformação razoável. Uma grande quantidade de deformação tornará a resistência e a dureza do tubo de aço muito altas, e uma grande tensão interna será gerada no tubo de aço, causando rachaduras durante a laminação ou endireitamento, o que também não favorece o processamento e o uso.

3. 2 Efeito de implementação: Através da análise acima das causas de rachaduras por laminação de 45 tubos de aço sem costura, o tubo áspero perfurado de 40 mm × 5,5 mm foi enrolado em um tubo acabado com uma especificação de 24,5 mm × 4,6 mm. Neste momento, a taxa de encolhimento transversal do tubo de aço Z = 51,7%, que foi 12 pontos percentuais menor que a deformação do tubo acabado enrolado com um tubo perfurado de 51 mm × 5,5 mm, e o tubo bruto foi submetido ao processo de recozimento de recristalização mencionado acima antes da laminação a frio. Depois de rastrear a produção subsequente de 45 tubos de aço sem costura, o material do corpo do tubo foi melhorado, a dureza do tubo acabado era de cerca de 256HB e não houve rachaduras no corpo do tubo, o que provou que as medidas de melhoria foram eficazes.

4. Conclusão

1) O teor de carbono do tubo de aço está próximo do limite superior do padrão nacional e há muita perlita, a distorção da rede é grave, as rachaduras iniciam no interior do grão para formar fratura transgranular, e a fratura é frágil. A dureza geral do tubo de aço atingiu 326,3HBW, e a dureza da perlita na organização atingiu 325,0HV0,1.

2) O fenômeno de endurecimento por trabalho do aço redondo de aço 45 após perfuração e laminação reduz a tenacidade e a plasticidade do aço. Ao mesmo tempo, a deformação de laminação do tubo de aço é muito grande, chegando a 64,3%, o que causa grande tensão interna no interior do tubo de aço e causa trincas durante a laminação.

3) Para eliminar o fenômeno de endurecimento por trabalho do tubo de aço, o processo de recozimento por recristalização é adotado: a temperatura é de 730°C, resfriada a 160°C a uma velocidade de 80-100°C/h e resfriada a ar após ser retirada do a fornalha. O tubo áspero perfurado com tamanho de 40 mm × 5,5 mm é usado para laminação, o que reduz a deformação de laminação. A qualidade do corpo do tubo de aço foi melhorada na produção subsequente e nenhuma trinca por laminação ocorreu.