Os motivos, impactos e prevenção da estratificação de tarugos de tubos quadrados

A estratificação do tarugo refere-se ao fenômeno em que a separação-de metal semelhante à camada ocorre paralelamente à direção de laminação dentro do tarugo (para tubos quadrados sem costura, corresponde ao tarugo de tubo circular; para tubos quadrados-formados a frio e soldados, corresponde à placa de aço ou tarugo de tira). Este é um defeito interno oculto. As causas podem ser divididas em duas categorias principais:defeitos metalúrgicos inerentes e induzidos por processos subsequentes. Eventualmente, ele se expande em camadas macroscópicas durante o processo de deformação plástica.

• Agregação de materiais não-metálicosinclusões: Durante a fabricação do aço, a desoxidação incompleta e o sopro suave insuficiente no refino, bem como a formação de incrustações ou erosão de materiais refratários, podem resultar em inclusões duras de alto ponto de -fusão-, como Al₂O₃, sulfetos e aluminato de cálcio-permanecendo no aço fundido. Estas inclusões não possuem plasticidade e, durante a laminação, são alongadas em camadas finas e fracas, tornando-se o núcleo da interface para delaminação.
• Intedefeitos reais de tarugos de lingotamento contínuo: Durante o processo de lingotamento contínuo, porosidade central, cavidades de contração e bolhas subterrâneas podem permanecer se não forem completamente soldadas durante a laminação subsequente. Eles serão pressionados em lacunas em camadas; ao mesmo tempo, a segregação central do carbono e a estrutura em faixas podem causar propriedades mecânicas irregulares da seção-transversal, e a força de ligação da zona de segregação é muito menor que a da matriz, tornando-a propensa à separação sob tensão.

• Aquecimento inconsistente e temperatura inadequada:Se o tarugo do tubo não for completamente aquecido ou houver uma grande diferença de temperatura na seção-transversal (comumente conhecida como "superfície yin-yang"), isso resultará em plasticidade metálica irregular e, durante a deformação, a tensão de cisalhamento intercamada excederá a resistência de ligação, causando separação ao longo da superfície fraca; se a temperatura de aquecimento for muito baixa, a plasticidade geral será insuficiente e, durante a perfuração/laminação, os defeitos internos são mais propensos a serem separados.
• Incompatibilidade de parâmetros de perfuração/laminação (processo contínuo):  Durante a perfuração de laminação oblíqua, se a velocidade do rolo for muito alta e o ângulo de alimentação for muito pequeno, o tarugo do tubo será submetido a uma tensão de cisalhamento axial excessiva, fazendo com que pequenos defeitos internos sejam separados e se estendam ao longo da direção axial, formando uma camada paralela à parede do tubo; a redução excessiva-de passagem única e o desgaste excessivo da ferramenta também agravarão o fluxo irregular do metal, desencadeando camadas.
• Concentração de tensões na conformação por flexão a frio (processo de soldagem): A pequena camada interna existente na tira de aço se expandirá ao longo da direção da espessura sob a tensão de flexão repetida durante a conformação por flexão a frio; distribuição irracional de passes de formação e deformação excessiva de-passe único também causarão camadas de cisalhamento diretamente na direção da espessura.
• Unresfriamento pós{0}}controlado: Se a velocidade de resfriamento for muito rápida, gerará simultaneamente grande tensão térmica e tensão microestrutural, causando a formação de microfissuras na zona de segregação central; o resfriamento inadequado da pilha e o desempilhamento prematuro impedirão que o estresse seja totalmente liberado, eventualmente evoluindo para camadas macroscópicas.

O defeito de estratificação é caracterizado pela sua ocultação (a maior parte é invisível a olho nu) e pela sua expansividade. Isso enfraquece fundamentalmente o desempenho do material do tubo e representa riscos significativos à qualidade e à segurança de uso.

• Deterioração significativa das propriedades mecânicas: A estratificação fará com que a espessura efetiva da parede do rolamento do material do tubo diminua, e a resistência à tração na área em camadas cairá de 30% a 50%, a resistência ao impacto pode ser reduzida para menos de 10J, e a plasticidade (alongamento) e a resistência à fadiga também diminuirão simultaneamente; as bordas das camadas são pontos naturais de concentração de tensão e são propensas a rápida expansão sob força externa.
• Falha no desempenho do processo: Durante o processamento subsequente de dobra a frio, expansão, achatamento e dobra, a área de estratificação irá rachar diretamente; se houver camadas na ranhura da extremidade do tubo, a soldagem causará fusão incompleta e inclusão de escória durante a soldagem, resultando diretamente em uma junta de soldagem não qualificada.
• Falha em atender aos requisitos de teste padrão: Ao realizar testes ultrassônicos (UT) de acordo com padrões como GB/T 20490, as camadas mostrarão ondas de defeitos óbvias, que são os principais defeitos internos para determinar a não conformidade, levando diretamente ao downgrade ou sucateamento do produto.

• Risco de fratura de rolamento estrutural: Quando usado em cenários estruturais, como estruturas de grade de construção e suportes mecânicos, as camadas sob cargas estáticas se expandirão gradualmente, levando à fratura da seção; sob cargas alternadas, induzirá rapidamente fissuras por fadiga, causando fraturas frágeis repentinas e resultando em acidentes de segurança estrutural.
• Vazamento e ruptura da tubulação-com pressão: Quando usado para transporte de fluidos e tubulações de pressão, a expansão das camadas em direção à parede interna causará vazamento na parede do tubo. Sob condições de alta-pressão, ele pode estourar diretamente; se estiver transportando enxofre-contendo hidrogênio ou meio ácido, as lacunas nas camadas provocarão rachaduras-induzidas por hidrogênio (HIC) e corrosão em frestas, acelerando a falha do material do tubo.
• Durabilidade e deterioração da aparência: Depois que o meio corrosivo entra nas lacunas de estratificação, causará corrosão interna oculta, destruindo gradualmente o material do tubo de dentro para fora, encurtando significativamente a vida útil; camadas severas também farão com que a superfície do tubo fique saliente, desvios de tamanho e formação de bolhas e descascamento após galvanização ou revestimento.

• Melhorar a pureza do aço fundido e a qualidade da fundição contínua:

1. Fortalecer os processos de refino LF/VD para garantir a duração do sopro de argônio suave, promovendo a flotação e descarga de inclusões; usam tratamento com cálcio para modificar inclusões duras de Al₂O₃, convertendo-as em inclusões esféricas de baixo ponto de-ponto de fusão-, reduzindo a fonte de estratificação-em forma de folha.
2. Use uma agitação eletromagnética de molde + extremidade durante todo o processo de fundição contínua para reduzir a segregação central e a porosidade central; controle a velocidade de tração de forma constante para evitar escória de rolo e bolhas subterrâneas.

• Inspecione rigorosamente as matérias-primas ao entrar noofábrica: Para tarugos/placas que entram na fábrica, deve ser realizada 100% de pré-inspeção ultrassônica-para detectar estratificação interna, inclusões e defeitos de porosidade. Os boletos não qualificados devem ser rejeitados diretamente; simultaneamente, rachaduras e cicatrizes superficiais devem ser retificadas para evitar a extensão de defeitos superficiais durante a laminação.

• Padronize a preparação do aquecimento do tarugo: Com base no tipo de aço, formule curvas de aquecimento precisas, controle a taxa de aquecimento para garantir a penetração uniforme do calor; planeje com antecedência o carregamento centralizado de tarugos da mesma especificação e tipo de aço para evitar aquecimento desigual devido a diferenças de tamanho.

• Controle com precisão o processo de aquecimento: Garanta o tempo de retenção da seção de equalização, controle a diferença de temperatura da seção do tubo dentro da faixa permitida, elimine "faces duplas" e rolagem em baixa-temperatura; controlar rigorosamente o limite superior da temperatura de aquecimento para evitar a diminuição da força de ligação intergranular devido ao superaquecimento.

• Otimize os parâmetros de perfuração e laminação (processo contínuo):

1. Controle a velocidade do rolo abaixo da velocidade crítica de estratificação, aumente adequadamente o ângulo de alimentação, reduza a tensão de cisalhamento axial durante a perfuração e evite a geração de estratificação a partir do mecanismo de deformação.
2. Distribua razoavelmente a quantidade de redução de cada passe para evitar deformação excessiva em uma única passagem; verifique regularmente o desgaste dos rolos, placas guia e cabeçotes, substitua-os a tempo se o desgaste exceder o limite e garanta o fluxo uniforme do metal.

• Otimize o processo de dobra a frio e soldagem (processo de soldagem): Refinar os passes de formação, reduzir o ângulo de deformação do passe único, diminuir a tensão de cisalhamento na direção da espessura, evitar a expansão das camadas internas da tira; combine a potência de soldagem de alta-frequência e a quantidade de extrusão para garantir a qualidade da fusão da solda, evitando camadas da solda.

• Padronize o resfriamento-pós-lançamento e o resfriamento lento: 

1. Controle a velocidade de resfriamento pós{0}}rolamento a uma taxa estável de 3 a 5 graus/s, evite a formação de bainita frágil no núcleo de tarugos de paredes-espesas e reduza o estresse organizacional.
2. Implementar empilhamento-a temperatura constante e resfriamento lento: para espessuras menores ou iguais a 50 mm, o resfriamento lento deve ser maior ou igual a 12 horas; para espessuras > 50mm o resfriamento lento deverá ser maior ou igual a 24 horas.A temperatura inicial da pilha deve ser maior ou igual a 500 graus. Não permita o desempilhamento antecipado; para placas com comprimento e largura semelhantes, empilhe-as e, se necessário, envolva-as com pano de amianto para isolamento, para evitar que as bordas esfriem muito rapidamente. 

• Cobertura completa de testes não{0}}destrutivos para produtos acabados: Cumpra o padrão GB/T 20490 para realizar testes ultrassônicos automáticos, cobrindo toda a parede do tubo em 100%, localizando com precisão defeitos de estratificação; adicione reinspeção-manual na extremidade do tubo para evitar a liberação de produtos defeituosos.
• Tratamento térmico e verificação de desempenho: Tubos quadrados e retangulares de aço-de alta qualidade, com paredes-espessas passam por tratamento de normalização + revenimento para eliminar tensões residuais, homogeneizar a estrutura e melhorar a segregação para resistência; teste de processo de achatamento por pressão, expansão e dobra a frio para verificar se não há rachaduras nas camadas sob cargas de processamento.
• Rastreabilidade de defeitos e melhoria-de circuito fechado: Quando um defeito de estratificação for detectado, rastreie inversamente os parâmetros do processo de fabricação de aço, fundição e laminação com base no formato e distribuição do defeito, identifique a causa e ajuste prontamente o processo; camadas menores podem ter a seção defeituosa removida e rebaixada para uso, enquanto camadas severas resultam no descarte de toda a seção.