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關(guān)于大口徑螺旋鋼管的熱變形加工問題

日期:2019-12-27

最近瑞通螺旋鋼管廠家遇到一個客戶常見的問題,就是螺旋鋼管預(yù)熱后變形再加工的問題,今天為大家科普一下:

螺旋鋼管加熱溫度較低時,變形大口徑螺旋鋼管發(fā)生回復(fù)過程,此時原子的活動能力不大,變形金屬的顯微組織不發(fā)生顯著的變化,加工硬化后的強度和硬度基本上不變,但塑性略有回升,第二類殘余內(nèi)應(yīng)力基本消除,物理、化學(xué)性能基本恢復(fù)到變形前的情況。

關(guān)于大口徑螺旋鋼管的熱變形加工問題

因此,工業(yè)上可利用低溫加熱的回復(fù)過程,在保持變形金屬很高強度的同時降低它的內(nèi)應(yīng)力,這種處理工藝稱為低溫去應(yīng)力退火變形金屬中內(nèi)能的增加,往往表現(xiàn)為空位濃度和位錯密度等的增大。

當(dāng)金屬低溫加熱時,空位即開始移動,或與其他缺陷相遇合并,或擴散到表面、晶界和位錯等處消失,因而減少了晶格畸變?;貜?fù)過程中位錯也會發(fā)生遷移而重新分布和組合,形成新的亞晶粒使位錯之間作用力減少,因而使品體過渡為較穩(wěn)定的狀態(tài)。

加熱溫度較高時,變形大口徑螺旋鋼管的顯微組織發(fā)生顯著的變化,破碎的、被拉長壓扁的晶粒全部轉(zhuǎn)變成均勻細小的等軸晶粒,這一過程類似結(jié)晶過程,也是通過形核和長大的方式完成的,被稱為再結(jié)品。

再結(jié)晶的形核和長大過程,實際上是回復(fù)過程中形成的亞晶的合并長大或晶界向畸變能高的晶粒擴散移動。再結(jié)晶前后晶粒的晶格類型不變,化學(xué)成分不變,只改變晶粒形狀,因此再結(jié)晶不是相變。

從金屬學(xué)的觀點看,熱變形加工與冷變形加工是以再結(jié)晶溫度來劃分的。在再結(jié)晶溫度以上的塑性變形屬于熱變形加工;而在再結(jié)晶溫度以下的塑性變形稱作冷變形加工。變形加工溫度的高低不是區(qū)分冷熱變形加工的標(biāo)志。

例如,鎢的***再結(jié)晶溫度約為1200℃,在100℃的變形加工稱為冷變形加工;鉛、錫等低熔點金屬的再結(jié)晶溫度低于室溫,所以它們在室溫下的變形已屬于熱變形加工在實際生產(chǎn)中,冷變形加工過程中不會發(fā)生再結(jié)晶,必然會產(chǎn)生加工硬化。在熱變形加工過程(例如熱鍛、熱軋等)中,如果工件溫度不夠高,變形速度又大,則再結(jié)晶的軟化作用來不及消除加工硬化的影響。

因此生產(chǎn)中金屬材料的熱變形加工開始溫度要遠遠高于其再結(jié)晶溫度。這樣塑性變形的加工硬化隨即被再結(jié)晶的軟化所抵消,因此可將熱變形加工看作為冷變形和再結(jié)晶過程相重迭的結(jié)果由于金屬在熱變形加工時較易發(fā)生表面氧化現(xiàn)象,大口徑螺旋鋼管表面質(zhì)量和尺寸精度不如冷變形加工,而冷變形加工適于截面尺寸較小、加工尺寸和表面質(zhì)量要求較高的金屬制品。

熱變形加工時,金屬中的夾雜物和枝晶偏析沿金屬的流動方向被拉長和破碎,在隨即發(fā)生的再見試樣上,可見到沿變形方向的一條條細線,這就是熱加工纖維組織或稱流線。流線使結(jié)晶過程中這些夾雜物不會改變纖維狀分布,因此,在材料或工件的縱向宏金屬的性能出現(xiàn)各向異性。沿流線方向的強度、塑性和韌性顯著大于垂直方向上的相應(yīng)性能。因此,熱變形加工時應(yīng)使工件具有合理的流線分布。鍛造曲軸和軋材切削加工曲軸的流線分布,很明顯,切削加工的曲軸的流線分布不合理,它易沿軸肩發(fā)生斷裂。熱變形加工可使鑄錠中的組織缺陷得到明顯改善,如氣泡縮孔焊合、縮松壓實,使金屬材料的密度增加。

鑄態(tài)時粗大的柱狀晶通過熱變形加工后能夠變成較細的等軸晶粒;某些合金鋼中的大塊碳化物可被打碎并較均勻地分布。由于在一定溫度和壓力下擴散速度增快,因而偏析可部分地消除,使成分比較均勻。多相合金中的不同組織,在熱變形加工時沿著變形方向呈交替相間的條帶狀分布,這種組織稱為帶狀組織。例如,在緩冷的熱軋低碳鋼中會出現(xiàn)先析鐵素體和珠光體交替相間J帶狀顯微組織。帶狀組織使金屬材料的力學(xué)性能產(chǎn)生方向性,特別是橫向的塑性和韌性明顯下降,并使材料的切削加工性能惡化。

對于在高溫下能獲得單相組織的材料,帶織有時可用正火來消除,但嚴重的磷偏析引起的帶狀組織很難消除,需通過高溫擴散退火及隨后的正火來改善由此可見,通過正常的熱變形加工可使鑄態(tài)金屬的組織和性能得到明顯改善,因此工業(yè)中受力復(fù)雜、載荷較大的重要工件,大多要采用熱變形加工的方法來制造。

但是,應(yīng)強調(diào)的是,必須采用正確的熱變形加工工藝規(guī)范才能改善組織和性能。例如,若熱變形加工終止溫度過高,就有可能使金屬得到粗大晶粒;反之,終止溫度過低,則不僅會引起加工硬化現(xiàn)象,在金屬中造成殘余應(yīng)力,甚至?xí)l(fā)生裂紋。在鍛造拔長變形量較大時,為減弱金屬中纖維組織各向異性,在鍛造中應(yīng)增加鐓粗工序。

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