Em primeiro lugar, as normas de produção de tubos de aço sem costura:
1. Requisitos de qualidade para tubos de aço sem costura.
① Composição química do aço: A composição química do aço é o fator mais importante que afeta o desempenho de tubos de aço sem costura. É também a base principal para a formulação dos parâmetros de processo de laminação e tratamento térmico de tubos de aço. Na norma para tubos de aço sem costura, de acordo com os diferentes usos dos tubos, são estabelecidos requisitos correspondentes para a fundição do aço e os métodos de fabricação de tarugos de tubos, e regulamentações rigorosas são feitas sobre a composição química. Em particular, são estabelecidos requisitos para o teor de certos elementos químicos nocivos (arsênio, estanho, antimônio, chumbo, bismuto) e gases (nitrogênio, hidrogênio, oxigênio, etc.). Para melhorar a uniformidade da composição química do aço e a pureza do aço, reduzir as inclusões não metálicas nos tarugos de tubos e melhorar sua morfologia de distribuição, equipamentos de refino externos ao forno são frequentemente usados para refinar o aço fundido, e até mesmo fornos de eletroescória são usados para refundir e refinar os tarugos de tubos.
② Precisão dimensional geométrica e diâmetro externo de tubos de aço: precisão do diâmetro externo, espessura da parede, ovalização, comprimento, curvatura, inclinação de corte da face da extremidade, ângulo do entalhe na face da extremidade e borda romba, dimensões da seção transversal de tubos de aço com formatos especiais.
A. Precisão do diâmetro externo de tubos de aço: A precisão do diâmetro externo de tubos de aço sem costura depende do método de dimensionamento (redução) do diâmetro (incluindo redução por tensão), da operação do equipamento, do sistema de processo, etc. A precisão do diâmetro externo também está relacionada à precisão do processamento do furo na máquina de dimensionamento (redução) e à distribuição e ajuste da deformação de cada molde. A precisão do diâmetro externo de tubos de aço sem costura laminados a frio está relacionada à precisão da matriz ou do furo de laminação.
B. Espessura da parede: A precisão da espessura da parede de tubos de aço sem costura está relacionada à qualidade do aquecimento do tarugo do tubo, aos parâmetros de projeto e ajuste de cada etapa do processo de deformação, à qualidade da ferramenta e à qualidade da lubrificação. A distribuição irregular da espessura da parede do tubo de aço resulta em espessura transversal e longitudinal desiguais.
③ Qualidade da superfície de tubos de aço: A norma estipula os requisitos de “acabamento superficial” para tubos de aço. No entanto, existem até 10 tipos de defeitos superficiais em tubos de aço devido a vários motivos durante o processo de produção. Incluem-se trincas superficiais, fissuras capilares, dobras internas, dobras externas, perfurações, reentrâncias internas, reentrâncias externas, delaminação, cicatrizes, cavidades, convexidades, corrosão por pite, abrasões (riscos), espirais internas, espirais externas, linhas azuis, endireitamento, marcas de rolos, etc. As principais causas desses defeitos são defeitos superficiais ou internos do tubo bruto. Por outro lado, eles são gerados durante o processo de produção, ou seja, se os parâmetros do processo de laminação não forem projetados adequadamente, a superfície da ferramenta (molde) não for lisa, as condições de lubrificação não forem boas, o projeto e ajuste dos furos forem inadequados, etc., podem causar problemas de qualidade superficial no tubo de aço; Ou, se o tubo bruto (tubo de aço) for aquecido, laminado, tratado termicamente e endireitado, e a temperatura de aquecimento não for controlada adequadamente, a deformação for irregular, a velocidade de aquecimento e resfriamento for inadequada ou a deformação de endireitamento for excessiva, isso também pode causar rachaduras superficiais no tubo de aço.
④ Propriedades físico-químicas de tubos de aço: As propriedades físico-químicas de tubos de aço incluem propriedades mecânicas à temperatura ambiente, propriedades mecânicas a uma determinada temperatura (resistência térmica ou desempenho a baixas temperaturas) e resistência à corrosão (antioxidação, resistência à erosão hídrica, resistência a ácidos e álcalis, etc.). De modo geral, as propriedades físico-químicas de tubos de aço dependem principalmente da composição química, da estrutura organizacional, da pureza do aço e do método de tratamento térmico. Naturalmente, em alguns casos, a temperatura de laminação e o sistema de deformação dos tubos de aço também afetam seu desempenho.
⑤ Desempenho do processo de tubos de aço: O desempenho do processo de tubos de aço inclui o achatamento, alargamento, curvatura, dobra, tração de anéis e soldagem de tubos de aço.
⑥ Estrutura metalográfica de tubos de aço: A estrutura metalográfica de tubos de aço inclui estruturas de baixa e alta magnificação.
⑦ Requisitos especiais para tubos de aço: condições especiais exigidas pelos clientes.
Em segundo lugar, problemas de qualidade no processo de produção de tubos de aço sem costura – defeitos de qualidade nos tarugos dos tubos e sua prevenção.
1. Defeitos de qualidade em tarugos tubulares e sua prevenção: Os tarugos tubulares utilizados na produção de tubos de aço sem costura podem ser tarugos tubulares redondos de fundição contínua, tarugos tubulares redondos laminados (forjados), tarugos tubulares redondos ocos de fundição centrífuga ou lingotes de aço utilizados diretamente. No processo produtivo, os tarugos tubulares redondos de fundição contínua são os mais utilizados devido ao seu baixo custo e boa qualidade superficial.
1.1 Defeitos de aparência, forma e qualidade da superfície de tarugos tubulares
1.1.1 Defeitos de forma na aparência: Para tarugos tubulares redondos, os defeitos de forma na aparência incluem principalmente o diâmetro e a ovalização dos tarugos, a tolerância do chanfro de corte da face final, etc. Para lingotes de aço, os defeitos de forma na aparência incluem principalmente a forma incorreta do lingote devido ao desgaste do molde, etc.
① O diâmetro e a ovalização do tarugo de tubo redondo estão fora da tolerância: Na prática, geralmente se acredita que, ao perfurar o tarugo de tubo, a taxa de redução de pressão antes da cabeça de perfuração é proporcional à quantidade de dobramento interno do tubo bruto perfurado. Quanto maior a taxa de redução de pressão da cabeça, maior a probabilidade de formação prematura de cavidades no tarugo de tubo, e o tubo bruto fica propenso a rachaduras na superfície interna. Na produção normal, os parâmetros do tipo de furo da máquina de perfuração são determinados de acordo com o diâmetro nominal do tarugo de tubo e o diâmetro externo e a espessura da parede do tubo bruto. Ao ajustar o tipo de furo, se o diâmetro externo do tarugo de tubo exceder a tolerância positiva, a taxa de redução de pressão antes da cabeça aumenta e o tubo bruto perfurado apresenta um defeito de dobramento interno; se o diâmetro externo do tarugo de tubo for excessivamente negativo, a taxa de redução de pressão antes da cabeça diminui e o primeiro ponto de perfuração do tarugo de tubo se desloca em direção à garganta, o que dificulta o processo de perfuração. Ovalização fora da tolerância: Quando a ovalização do tarugo do tubo é irregular, o tarugo gira de forma instável após entrar na zona de deformação por perfuração, e o rolo arranha a superfície do tarugo, resultando em defeitos superficiais no tubo bruto.
② O chanfro da face final do tarugo de tubo redondo está fora da tolerância: A espessura da parede da extremidade frontal do tubo bruto perfurado do tarugo de tubo é irregular. A principal razão é que, quando o tarugo de tubo não possui furo de centragem, o tampão encontra a face final do tarugo de tubo durante o processo de perfuração. Devido à grande inclinação na face final do tarugo de tubo, a ponta do tampão não consegue se centralizar facilmente no centro do tarugo de tubo, resultando em espessura de parede irregular na face final bruta do tubo.
1.1.2 Defeitos de qualidade superficial (lingote tubular redondo de fundição contínua): Trincas superficiais no lingote tubular: trincas longitudinais, trincas transversais e trincas de malha. Causas de trincas longitudinais:
A. O fluxo desviado causado pelo desalinhamento do bocal e do cristalizador erode a casca solidificada do tarugo do tubo;
B. A propriedade de fusão da escória protetora é deficiente, e a camada de escória líquida é muito espessa ou muito fina, resultando em espessura irregular da película de escória, tornando a casca solidificada local do tarugo tubular muito fina.
C. Flutuação do nível do líquido de cristalização (quando a flutuação do nível do líquido é de ±10 mm, a taxa de ocorrência de fissuras é de cerca de 30%);
D. Teor de P e S no aço. (P﹥0,017%, S﹥0,027%, as fissuras longitudinais tendem a aumentar);
E. Quando o teor de C no aço é de 0,12% a 0,17%, as fissuras longitudinais tendem a aumentar.
Medidas preventivas: A. Certifique-se de que o bocal e o cristalizador estejam alinhados; B. A flutuação do nível do líquido de cristalização deve ser estável; C. Utilize um cone de cristalização adequado; D. Selecione escória protetora com excelente desempenho; E. Utilize um cristalizador de topo quente.
Causas de trincas transversais: A. Marcas de vibração muito profundas são a principal causa de trincas transversais; B. O aumento do teor de nióbio e alumínio no aço é a causa indutora; C. O tarugo tubular é endireitado a uma temperatura de 900-700 °C; D. A intensidade do resfriamento secundário é excessiva.
Medidas preventivas:
A. O cristalizador adota alta frequência e pequena amplitude para reduzir a profundidade das marcas de vibração na superfície interna do arco do tarugo;
B. A zona de resfriamento secundária adota um sistema de resfriamento fraco e estável para garantir que a temperatura da superfície seja superior a 900 graus durante o endireitamento.
C. Mantenha o nível do líquido de cristalização estável;
D. Utilize escória protetora com bom desempenho de lubrificação e baixa viscosidade.
Causas de fissuras em redes superficiais:
A. O lingote de alta temperatura absorve o cobre do cristalizador, e o cobre se torna líquido e então vaza ao longo do contorno do grão de austenita;
B. Elementos residuais no aço (como cobre, estanho, etc.) permanecem na superfície do tubo e vazam ao longo do limite do grão;
Medidas preventivas:
A. Revestimento de cromo na superfície do cristalizador para aumentar a dureza da superfície;
B. Utilize o volume adequado de água de resfriamento secundário;
C. Controlar os elementos residuais no aço.
D. Controle o valor de Mn/S para garantir que Mn/S > 40. Geralmente se acredita que, quando a profundidade da trinca superficial do tubo não excede 0,5 mm, a trinca será oxidada durante o processo de aquecimento e não causará trincas na superfície do tubo de aço. Como as trincas superficiais do tubo serão severamente oxidadas durante o processo de aquecimento, as trincas são frequentemente acompanhadas por partículas de oxidação e descarbonetação após a laminação.
Marcas e espessamento da superfície do tubo: a temperatura do aço fundido está muito baixa, o aço fundido está muito viscoso, o bico está obstruído, o fluxo de injeção está desviado, etc. Devido às marcas e ao espessamento da superfície do tarugo do tubo, a dobra do tubo de aço apresenta defeitos de dobramento diferentes dos defeitos de marcas e dobramento do tubo bruto produzido durante a laminação. Apresenta características de oxidação muito evidentes, acompanhadas de partículas de oxidação e descarbonetação severa, e óxido ferroso está presente nos defeitos.
Poros no tarugo tubular: Geralmente, alguns pequenos poros se formam na superfície do tarugo tubular devido à ruptura de bolhas subcutâneas durante a fundição do aço líquido. Após a laminação do tarugo tubular, pequenas rebarbas se formam na superfície do tubo de aço.
Causas de cavidades e sulcos no tarugo tubular: Por um lado, podem ser geradas durante o processo de cristalização do tarugo, o que está relacionado ao grande ângulo de inclinação do cristalizador ou ao resfriamento irregular da zona de resfriamento secundário; por outro lado, podem ser causadas por contusões ou arranhões mecânicos na superfície do tarugo tubular antes que este esteja completamente resfriado. Dobras ou cicatrizes (cavidades) e grandes dobras (sulcos) se formam na superfície áspera do tubo após a perfuração.
Orelhas em tarugos tubulares: principalmente devido ao vão entre os cilindros (o cilindro de endireitamento da máquina de lingotamento contínuo e o cilindro de laminação do laminador) não estar totalmente fechado. Quando o tarugo tubular é endireitado ou laminado, o cilindro de endireitamento ou o cilindro de laminação exerce pressão excessiva ou o vão entre os cilindros é muito pequeno. Isso faz com que uma quantidade excessiva de metal entre no vão. Após a perfuração, a superfície áspera do tubo apresenta dobras em espiral. Independentemente do tipo de defeito superficial do tarugo tubular, é possível que defeitos se formem na superfície do tubo de aço durante o processo de laminação. Em casos graves, o tubo de aço laminado será descartado. Portanto, é necessário reforçar o controle da qualidade superficial do tarugo tubular e a remoção de defeitos superficiais. Somente tarugos tubulares que atendam aos requisitos padrão podem ser utilizados na produção de tubos laminados.
1.2 Defeitos estruturais de baixa potência em tarugos tubulares:
Bolhas subcutâneas visíveis em tarugos tubulares: As causas da ocorrência são a desoxidação insuficiente do aço fundido e o teor de gases (especialmente hidrogênio) no aço fundido, que também é um fator importante para a formação de bolhas subcutâneas em tarugos tubulares. Esse defeito forma uma película superficial (sem padrão definido) na superfície externa do tubo de aço após a perfuração ou laminação. O formato é semelhante a "unhas". Em casos graves, pode cobrir toda a superfície externa do tubo de aço. Esse tipo de defeito é pequeno e superficial, podendo ser removido por retificação.
A principal causa das fissuras subcutâneas no tarugo tubular é a variação constante de temperatura na camada superficial do tarugo tubular redondo durante a fundição contínua, resultando em múltiplas mudanças de fase. Geralmente, não se observam defeitos, e quando ocorrem, são apenas pequenas dobras.
Trincas no meio e no centro de tarugos tubulares: Trincas no meio e no centro de tarugos tubulares redondos fundidos continuamente são as principais causas de curvatura interna em tubos de aço sem costura. As causas das trincas são muito complexas, envolvendo os efeitos da transferência de calor durante a solidificação, penetração e tensão no tarugo, mas, de modo geral, são controladas pelo processo de solidificação do tarugo na zona de resfriamento secundário.
A folga e a contração dos tarugos tubulares: devem-se principalmente ao efeito de grão avançado do tarugo durante o processo de solidificação, formando-se movimentos no metal líquido com base na resistência à contração causada pelo resfriamento na direção da solidificação. Se o tarugo tubular redondo de fundição contínua apresentar folga e contração, isso não afetará significativamente a qualidade do tubo bruto com laminação oblíqua e perfuração.
1.3 Defeitos microestruturais de tarugos de tubos: microscopia de alta magnificação ou microscopia eletrônica.
Quando a composição e a organização do tarugo para tubos são desiguais e ocorre segregação severa, o tubo de aço laminado apresentará uma estrutura em faixas acentuada, afetando suas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão, e comprometendo seu desempenho. Quando o teor de inclusões no tarugo é excessivo, isso não só afeta o desempenho do tubo de aço, como também pode causar trincas durante o processo de produção.
Fatores: elementos nocivos no aço, segregação na composição e organização dos tarugos tubulares e inclusões não metálicas nos tarugos tubulares.
2. Defeitos de aquecimento em tarugos de tubos.
Na produção de tubos de aço sem costura laminados a quente, geralmente são necessários dois processos de aquecimento, desde os tarugos até os tubos de aço acabados: o aquecimento dos tarugos antes da perfuração e o reaquecimento dos tubos brutos após a laminação, antes do dimensionamento. Na produção de tubos de aço laminados a frio, é necessário um recozimento intermediário para eliminar as tensões residuais. Embora o objetivo de cada aquecimento seja diferente e o forno utilizado também, se os parâmetros do processo e o controle de aquecimento em cada etapa forem inadequados, os tarugos (tubos de aço) apresentarão defeitos de aquecimento, afetando a qualidade dos tubos. O aquecimento dos tarugos antes da perfuração tem como objetivo melhorar a plasticidade do aço, reduzir a resistência à deformação e proporcionar uma boa estrutura metalográfica para a laminação dos tubos. Os fornos de aquecimento utilizados são anulares, de viga móvel, de fundo inclinado e de fundo móvel. O reaquecimento dos tubos brutos antes do dimensionamento tem como objetivo aumentar e uniformizar a temperatura dos tubos brutos, melhorar a plasticidade, controlar a estrutura metalográfica e garantir as propriedades mecânicas dos tubos de aço. Os fornos de aquecimento incluem principalmente fornos de reaquecimento com viga móvel, fornos de reaquecimento com rolos contínuos e fundo inclinado, fornos de reaquecimento com fundo inclinado e fornos de reaquecimento por indução elétrica. O objetivo do tratamento térmico de recozimento de tubos de aço durante a laminação a frio é eliminar o encruamento causado pelo processamento a frio, reduzir a resistência à deformação do aço e criar condições para a continuidade do processamento. Os fornos de aquecimento utilizados para o tratamento térmico de recozimento incluem principalmente fornos de aquecimento com viga móvel, fornos de aquecimento com rolos contínuos e fornos de aquecimento com fundo inclinado.
① Os defeitos comuns no aquecimento de tarugos tubulares incluem: aquecimento irregular do tarugo tubular (tubo de aço) (comumente conhecido como superfície yin e yang), oxidação, descarbonetação, fissuras de aquecimento, superaquecimento e queima excessiva.
② Os principais fatores que afetam a qualidade do aquecimento do tarugo tubular são: temperatura de aquecimento, velocidade de aquecimento, tempo de aquecimento e de manutenção da temperatura, e atmosfera do forno.
③ Temperatura de aquecimento do tarugo tubular: manifesta-se principalmente como temperatura muito baixa, muito alta ou irregular. Se a temperatura for muito baixa, aumentará a resistência à deformação do aço e reduzirá a plasticidade. Especialmente quando a temperatura de aquecimento não garante que a estrutura metalográfica do aço seja completamente transformada em grãos de austenita, a tendência de fissuras no tarugo tubular durante a laminação a quente aumentará. Quando a temperatura for muito alta, a superfície do tarugo tubular sofrerá oxidação severa, descarbonetação e até mesmo superaquecimento ou queima excessiva.
1. Velocidade de aquecimento do tarugo tubular: A velocidade de aquecimento do tarugo tubular está intimamente relacionada à geração de trincas de aquecimento. Quando a velocidade de aquecimento é muito alta, o tarugo tubular fica propenso a trincas de aquecimento. O principal motivo é que, quando a temperatura da superfície do tarugo tubular aumenta, há uma diferença de temperatura entre o metal no interior do tarugo e o metal na superfície, resultando em expansão térmica e tensão térmica inconsistentes. Quando essa tensão térmica excede a tensão de ruptura do material, ocorrem trincas; as trincas de aquecimento do tarugo tubular podem estar presentes na superfície ou no interior do tarugo. Quando o tarugo tubular com trincas de aquecimento é perfurado, é fácil formar trincas ou dobras nas superfícies interna e externa do tubo. Prevenção: Quando o tarugo tubular ainda estiver em baixa temperatura após entrar no forno de aquecimento, deve-se utilizar uma velocidade de aquecimento menor. À medida que a temperatura do tarugo tubular aumenta, a velocidade de aquecimento pode ser aumentada proporcionalmente.
Tempo de aquecimento e tempo de manutenção do tarugo tubular: A duração do aquecimento e do tempo de manutenção do tarugo tubular está relacionada a defeitos de aquecimento (oxidação superficial, descarbonetação, granulometria grosseira, superaquecimento ou mesmo queima excessiva, etc.). De modo geral, quanto maior o tempo de aquecimento do tarugo tubular em altas temperaturas, maior a probabilidade de ocorrer oxidação superficial severa, descarbonetação, superaquecimento ou mesmo queima excessiva, o que pode levar ao descarte do tubo de aço em casos graves. Medidas preventivas: A. Garantir que o tarugo tubular seja aquecido uniformemente e completamente transformado em uma estrutura austenítica; B. Os carbonetos devem ser dissolvidos nos grãos de austenita; C. Os grãos de austenita não podem ser grosseiros e cristais mistos não podem aparecer; D. O tarugo tubular não pode ser superaquecido ou queimado em excesso após o aquecimento.
Em resumo, para melhorar a qualidade do aquecimento do tarugo tubular e prevenir defeitos de aquecimento, os seguintes requisitos são geralmente observados ao formular os parâmetros do processo de aquecimento do tarugo tubular: A. Temperatura de aquecimento precisa para garantir que o processo de perfuração seja realizado dentro da faixa de temperatura com a melhor permeabilidade do tarugo tubular; B. Temperatura de aquecimento uniforme, buscando-se que a diferença de temperatura de aquecimento do tarugo tubular nas direções longitudinal e transversal não seja superior a ±10°C; C. Menor queima do metal, durante o processo de aquecimento, deve-se evitar que o tarugo tubular sofra superoxidação, trincas superficiais, aderência, etc.; D. Sistema de aquecimento adequado, a temperatura, a velocidade e o tempo de aquecimento (tempo de manutenção) devem ser adequadamente coordenados para evitar o superaquecimento ou mesmo a queima excessiva do tarugo tubular.
Data da publicação: 17/01/2025