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关于大口径螺旋钢管的热变形加工问题

日期:2019-12-27

最近瑞通螺旋钢管厂家遇到一个客户常见的问题,就是螺旋钢管预热后变形再加工的问题,今天为大家科普一下:

螺旋钢管加热温度较低时,变形大口径螺旋钢管发生回复过程,此时原子的活动能力不大,变形金属的显微组织不发生显著的变化,加工硬化后的强度和硬度基本上不变,但塑性略有回升,第二类残余内应力基本消除,物理、化学性能基本恢复到变形前的情况。

关于大口径螺旋钢管的热变形加工问题

因此,工业上可利用低温加热的回复过程,在保持变形金属很高强度的同时降低它的内应力,这种处理工艺称为低温去应力退火变形金属中内能的增加,往往表现为空位浓度和位错密度等的增大。

当金属低温加热时,空位即开始移动,或与其他缺陷相遇合并,或扩散到表面、晶界和位错等处消失,因而减少了晶格畸变。回复过程中位错也会发生迁移而重新分布和组合,形成新的亚晶粒使位错之间作用力减少,因而使品体过渡为较稳定的状态。

加热温度较高时,变形大口径螺旋钢管的显微组织发生显著的变化,破碎的、被拉长压扁的晶粒全部转变成均匀细小的等轴晶粒,这一过程类似结晶过程,也是通过形核和长大的方式完成的,被称为再结品。

再结晶的形核和长大过程,实际上是回复过程中形成的亚晶的合并长大或晶界向畸变能高的晶粒扩散移动。再结晶前后晶粒的晶格类型不变,化学成分不变,只改变晶粒形状,因此再结晶不是相变。

从金属学的观点看,热变形加工与冷变形加工是以再结晶温度来划分的。在再结晶温度以上的塑性变形属于热变形加工;而在再结晶温度以下的塑性变形称作冷变形加工。变形加工温度的高低不是区分冷热变形加工的标志。

例如,钨的***再结晶温度约为1200℃,在100℃的变形加工称为冷变形加工;铅、锡等低熔点金属的再结晶温度低于室温,所以它们在室温下的变形已属于热变形加工在实际生产中,冷变形加工过程中不会发生再结晶,必然会产生加工硬化。在热变形加工过程(例如热锻、热轧等)中,如果工件温度不够高,变形速度又大,则再结晶的软化作用来不及消除加工硬化的影响。

因此生产中金属材料的热变形加工开始温度要远远高于其再结晶温度。这样塑性变形的加工硬化随即被再结晶的软化所抵消,因此可将热变形加工看作为冷变形和再结晶过程相重迭的结果由于金属在热变形加工时较易发生表面氧化现象,大口径螺旋钢管表面质量和尺寸精度不如冷变形加工,而冷变形加工适于截面尺寸较小、加工尺寸和表面质量要求较高的金属制品。

热变形加工时,金属中的夹杂物和枝晶偏析沿金属的流动方向被拉长和破碎,在随即发生的再见试样上,可见到沿变形方向的一条条细线,这就是热加工纤维组织或称流线。流线使结晶过程中这些夹杂物不会改变纤维状分布,因此,在材料或工件的纵向宏金属的性能出现各向异性。沿流线方向的强度、塑性和韧性显著大于垂直方向上的相应性能。因此,热变形加工时应使工件具有合理的流线分布。锻造曲轴和轧材切削加工曲轴的流线分布,很明显,切削加工的曲轴的流线分布不合理,它易沿轴肩发生断裂。热变形加工可使铸锭中的组织缺陷得到明显改善,如气泡缩孔焊合、缩松压实,使金属材料的密度增加。

铸态时粗大的柱状晶通过热变形加工后能够变成较细的等轴晶粒;某些合金钢中的大块碳化物可被打碎并较均匀地分布。由于在一定温度和压力下扩散速度增快,因而偏析可部分地消除,使成分比较均匀。多相合金中的不同组织,在热变形加工时沿着变形方向呈交替相间的条带状分布,这种组织称为带状组织。例如,在缓冷的热轧低碳钢中会出现先析铁素体和珠光体交替相间J带状显微组织。带状组织使金属材料的力学性能产生方向性,特别是横向的塑性和韧性明显下降,并使材料的切削加工性能恶化。

对于在高温下能获得单相组织的材料,带织有时可用正火来消除,但严重的磷偏析引起的带状组织很难消除,需通过高温扩散退火及随后的正火来改善由此可见,通过正常的热变形加工可使铸态金属的组织和性能得到明显改善,因此工业中受力复杂、载荷较大的重要工件,大多要采用热变形加工的方法来制造。

但是,应强调的是,必须采用正确的热变形加工工艺规范才能改善组织和性能。例如,若热变形加工终止温度过高,就有可能使金属得到粗大晶粒;反之,终止温度过低,则不仅会引起加工硬化现象,在金属中造成残余应力,甚至会发生裂纹。在锻造拔长变形量较大时,为减弱金属中纤维组织各向异性,在锻造中应增加镦粗工序。