Rendimiento mecánico y requisitos de calidad de los tubos de acero sin costura
Indicadores de rendimiento mecánico
Las propiedades mecánicas del acero son indicadores importantes para garantizar su rendimiento final. Dependen de su composición química y del sistema de tratamiento térmico. En las normas para tubos de acero, las propiedades de tracción (resistencia a la tracción, límite elástico o punto de fluencia, elongación), dureza y tenacidad se especifican según los diferentes requisitos de uso, así como las propiedades a altas y bajas temperaturas requeridas por los usuarios.
1. Resistencia a la tracción (σb)
Durante el proceso de estiramiento, la fuerza máxima (Fb) que soporta la muestra al romperse se divide entre el área de la sección transversal original (So) de la muestra. La tensión (σ) se denomina resistencia a la tracción (σb). Su unidad es N/mm² (MPa). Representa la capacidad máxima de un material metálico para resistir daños bajo tensión.
2. Punto de fluencia (σs)
En materiales metálicos con fenómeno de fluencia, la tensión a la que la muestra puede continuar alargándose sin aumentar (manteniendo constante) la fuerza durante el proceso de estiramiento se denomina punto de fluencia. Si la fuerza disminuye, se deben distinguir los puntos de fluencia superior e inferior. La unidad del punto de fluencia es N/mm² (MPa).
Punto de fluencia superior (σsu): la tensión máxima antes de que la muestra cediera y la fuerza disminuyera por primera vez; Punto de fluencia inferior (σsl): la tensión mínima en la etapa de fluencia, sin considerar el efecto instantáneo inicial. La fórmula para calcular el punto de fluencia es:
En la fórmula: Fs = fuerza de fluencia (constante) durante el proceso de tracción de la muestra, N (Newton); So = área de la sección transversal original de la muestra, mm².
③Elongación tras la rotura (σ)
En el ensayo de tracción, el porcentaje del aumento de la longitud calibrada de la muestra tras la rotura hasta alcanzar la longitud calibrada original se denomina elongación. Expresado por σ, la unidad es %. La fórmula de cálculo es: σ = (Lh - Lo)/L0*100%
En la fórmula: Lh = longitud calibrada de la muestra tras la rotura, mm; L0 = longitud calibrada original de la muestra, mm.
④Contracción del área (ψ)
En el ensayo de tracción, el porcentaje de la reducción máxima del área de la sección transversal con el diámetro reducido tras la rotura de la muestra y el área de la sección transversal original se denomina reducción del área. Expresado por ψ, la unidad es %. Se calcula de la siguiente manera:
En la fórmula: S0 = área de la sección transversal original de la muestra, mm²; S1 = área de la sección transversal mínima en el diámetro reducido después de la rotura de la muestra, mm².
⑤ Índice de dureza
La capacidad de un material metálico para resistir la indentación de la superficie por objetos duros se denomina dureza. Según los diferentes métodos de ensayo y ámbito de aplicación, la dureza se puede dividir en dureza Brinell, dureza Rockwell, dureza Vickers, dureza Shore, microdureza y dureza a alta temperatura. Existen tres durezas comúnmente utilizadas para tuberías: Brinell, Rockwell y Vickers.
A. Dureza Brinell (HB)
Utilice una bola de acero o de carburo de un diámetro determinado para presionar la superficie de la muestra con la fuerza de ensayo especificada (F). Después del tiempo de retención especificado, retire la fuerza de ensayo y mida el diámetro de indentación (L) en la superficie de la muestra. El valor de dureza Brinell es el cociente que se obtiene dividiendo la fuerza de ensayo entre el área superficial de la esfera indentada. Expresada en HBS (bola de acero), la unidad es N/mm² (MPa).
La fórmula de cálculo es:
En la fórmula: F = fuerza de ensayo aplicada a la superficie de la muestra metálica (N); D = diámetro de la bola de acero de ensayo (mm); d = diámetro promedio de la indentación (mm).
La medición de la dureza Brinell es más precisa y fiable, pero generalmente la HBS solo es adecuada para materiales metálicos inferiores a 450 N/mm² (MPa) y no es adecuada para aceros más duros ni placas más delgadas. Entre las normas para tuberías de acero, la dureza Brinell es la más utilizada. El diámetro de indentación d se utiliza a menudo para expresar la dureza del material, lo cual resulta intuitivo y práctico. Ejemplo: 120HBS10/1000/30: Significa que el valor de dureza Brinell medido utilizando una bola de acero de 10 mm de diámetro bajo la fuerza de prueba de 1000 kgf (9,807 KN) y manteniéndola durante 30 s (segundos) es 120 N/mm2 (MPa).
Requisitos de calidad
①Composición química del acero: La composición química del acero es uno de los factores más importantes que afectan el rendimiento de los tubos de acero sin costura. También es la base principal para la formulación de los parámetros del proceso de laminado de tubos y del proceso de tratamiento térmico de tubos de acero.
a. Elementos de aleación: añadidos intencionalmente, según el propósito
b. Elementos residuales: procedentes de la siderurgia, debidamente controlados
c. Elementos nocivos: estrictamente controlados (As, Sn, Sb, Bi, Pb), gases (N, H, O)
Refinado fuera del horno o refundición por electroescoria: mejora la uniformidad de la composición química y la pureza del acero, reduce las inclusiones no metálicas en el tubo y mejora su distribución.
②Precisión geométrica del tamaño y la forma de los tubos de acero
a. Precisión del diámetro exterior de la tubería de acero: depende del método de determinación (reducción) del diámetro, las condiciones de operación del equipo, el sistema de proceso, etc.
Desviación admisible del diámetro exterior δ = (D-Di)/Di ×100 % D: Diámetro exterior máximo o mínimo (mm)
Di: Diámetro exterior nominal (mm)
b. Precisión del espesor de pared de la tubería de acero: está relacionada con la calidad del calentamiento de la pieza bruta del tubo, los parámetros de diseño del proceso y los parámetros de ajuste de cada proceso de deformación, la calidad de la herramienta y su lubricación, etc.
Desviación admisible del espesor de pared: ρ = (S-Si)/Si × 100 % S: Espesor de pared máximo o mínimo en la sección transversal
Si: Espesor de pared nominal (mm)
C. Ovalidad de la tubería de acero: indica el grado de ovalidad de la tubería de acero.
d. Longitud de la tubería de acero: longitud normal, longitud fija (múltiple) de la regla, tolerancia de longitud.
e. Curvatura de la tubería de acero: indica la curvatura de la tubería de acero: curvatura por metro de longitud de la tubería de acero, curvatura de toda la longitud de la tubería de acero.
f. Inclinación de la cara del extremo del tubo de acero: Indica el grado de inclinación entre la cara del extremo del tubo de acero y la sección transversal del tubo de acero.
g. Ángulo de bisel y borde romo del extremo del tubo de acero.
Calidad de la superficie de los tubos de acero: Requisitos de suavidad superficial
a. Defectos peligrosos: grietas, pliegues internos, pliegues externos, roturas por laminación, delaminación, cicatrices, abolladuras, protuberancias convexas, etc.
b. Defectos generales: marcas de picaduras, líneas verdes, arañazos, magulladuras, ligeras líneas rectas internas y externas, marcas de rodillos, etc.
Causa:
1. Causados por defectos superficiales o internos del tubo en bruto.
2. Causados durante el proceso de producción, como un diseño incorrecto de los parámetros del proceso de laminación, una superficie irregular del molde, malas condiciones de lubricación y un diseño y ajuste de pasadas inadecuados.
3. Durante el proceso de calentamiento, laminación, tratamiento térmico y enderezamiento del tubo en bruto (tubo de acero), si se genera una tensión residual excesiva debido a un control inadecuado de la temperatura de calentamiento, deformación irregular, velocidad de calentamiento y enfriamiento inadecuada o deformación excesiva durante el enderezamiento, también pueden producirse grietas superficiales en los tubos de acero.
1. Propiedades de gestión del acero: propiedades mecánicas a temperatura normal, propiedades mecánicas a alta temperatura, propiedades a baja temperatura, resistencia a la corrosión. Las propiedades físicas y químicas de las tuberías de acero dependen principalmente de la composición química, la estructura organizativa y la pureza del acero, así como del método de tratamiento térmico.
2. Rendimiento del proceso de las tuberías de acero: aplanado, abocardado, curvado, doblado, soldadura, etc.
3. Estructura metalúrgica de las tuberías de acero: estructura de bajo aumento (macro), estructura de alto aumento (micro) M, B, P, F, A, S
4. Requisitos especiales para tuberías de acero: anexos contractuales y acuerdos técnicos.
Métodos de inspección de calidad de tubos de acero sin costura:
1. Análisis de la composición química: método de análisis químico, método de análisis instrumental (instrumento infrarrojo C-S, espectrómetro de lectura directa, zcP, etc.).
1. Medidor infrarrojo C-S: Análisis de ferroaleaciones, materias primas siderúrgicas y elementos C y S en el acero.
2. Espectrómetro de lectura directa: C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, Ni, Cn, Al, W, V, Ti, B, Nb, As, Sn, Sb, Pb, Bi en muestras a granel.
3. Medidor N-O: Análisis del contenido de gases N, O.
2. Inspección de las dimensiones geométricas y la apariencia de los tubos de acero:
1. Inspección del espesor de la pared de los tubos de acero: micrómetro, medidor de espesores ultrasónico; se registrarán al menos 8 puntos en ambos extremos.
2. Inspección del diámetro exterior y la ovalidad de los tubos de acero: calibre, pie de rey, calibre de anillo; medición de los puntos máximo y mínimo. 3. Inspección de la longitud de tubos de acero: Cinta métrica de acero, medición de longitud manual y automática.
4. Inspección de la curvatura de tubos de acero: Utilice una regla, un nivel (1 m), una galga de espesores y un alambre delgado para medir la curvatura por metro y la curvatura total.
5. Inspección del ángulo de bisel y el borde romo del extremo del tubo de acero: Escuadra y placa de sujeción.
3. Inspección de la calidad superficial de los tubos de acero: 100%
1. Inspección visual manual: Condiciones de iluminación, normas, experiencia, marcas y rotación del tubo de acero.
2. Inspección de ensayos no destructivos:
a. Detección ultrasónica de defectos (UT):
Sensible a defectos superficiales y de grietas internas en materiales uniformes de diversos materiales.
Norma: GB/T 5777-1996 Nivel: C5
b. Detección de defectos por corrientes de Foucault (ET): (inducción electromagnética)
Principalmente sensible a defectos puntuales (con forma de agujero). Norma: GB/T 7735-2004
Nivel: B
c. Inspección de fugas de flujo magnético y MT por partículas magnéticas:
La detección de defectos magnéticos es adecuada para detectar defectos superficiales y cercanos a la superficie en materiales ferromagnéticos.
Norma: GB/T 12606-1999 Nivel: C4
d. Detección de defectos por ultrasonidos electromagnéticos:
No requiere medio de acoplamiento y puede utilizarse para la detección de defectos superficiales en tuberías de acero rugosas de alta temperatura y alta velocidad.
e. Inspección por líquidos penetrantes:
Fluorescencia, coloración y detección de defectos superficiales en tuberías de acero.
4. Inspección del rendimiento de la gestión del acero:
① Ensayo de tracción: medición de la tensión y la deformación, y determinación de la resistencia (YS, TS) y el índice de plasticidad (A, Z) del material.
Probetas longitudinales y transversales, secciones de tubería, probetas arqueadas y circulares (￠10, ￠12,5).
Tuberías de acero de pared delgada de diámetro pequeño, tuberías de acero de pared gruesa de diámetro grande, con longitud de referencia fija. Nota: La elongación de la muestra tras la rotura está relacionada con su tamaño GB/T 1760.
② Prueba de impacto: CVN, tipo C con entalla, tipo V, valor de trabajo J (J/cm²)
Muestra estándar: 10 × 10 × 55 (mm) Muestra no estándar: 5 × 10 × 55 (mm)
③ Prueba de dureza: Dureza Brinell HB, dureza Rockwell HRC, dureza Vickers HV, etc.
④ Prueba hidráulica: Presión de prueba, tiempo de estabilización de la presión, p = 2Sδ/D
5. Proceso de inspección del rendimiento del proceso de tuberías de acero:
① Prueba de aplanamiento: muestra redonda en forma de C (S/D mayor que 0,15) H = (1 + 2) S/(∝ + S/D)
L = 40 ～ 100 mm Coeficiente de deformación unitario Longitud = 0,07 ～ 0,08
② Prueba de tracción de anillo: L = 15 mm, sin grietas, cumple con los requisitos
③ Prueba de expansión y curvatura: conicidad central superior de 30°, 40° y 60°
④ Prueba de flexión: puede sustituir la prueba de aplanamiento (para tuberías de gran diámetro)
6. Análisis metalúrgico de tuberías de acero:
① Inspección de alta potencia (análisis microscópico): inclusiones no metálicas 100x GB/T 10561. Tamaño de grano: grado, diferencia de grado
Organización: M, B, S, T, P, F, A-S
Capa de descarburación: interna y externa.
Clasificación del método A: Clase A - sulfuro, Clase B - óxido, Clase C - silicato, D - oxidación esférica, Clase DS.
② Prueba de bajo aumento (análisis macroscópico): a simple vista, lupa de 10x o menos.
a. Método de prueba de grabado ácido. b. La inspección del blanco del tubo mediante el método de inspección por impresión de azufre muestra una estructura deficiente del cultivo y defectos como soltura, segregación, burbujas subcutáneas, formación de costras, manchas blancas, inclusiones, etc.
c. Método de inspección de líneas capilares en forma de torre: Verificar el número, la longitud y la distribución de las líneas capilares.
En BAOWI Steel, nos enorgullecemos de ofrecer tubos de acero sin costura de alta precisión que cumplen o superan estándares globales como ASTM, API, EN y GB. Con líneas de producción avanzadas, rigurosos sistemas de control de calidad y exhaustivos procedimientos de inspección, que incluyen pruebas ultrasónicas, pruebas de corrientes de Foucault y pruebas hidráulicas, garantizamos que cada tubo que sale de nuestra fábrica tenga un rendimiento y una fiabilidad impecables.
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