¿Por qué los tubos de acero sin costura se doblan hacia adentro?

El plegado hacia adentro es un problema de calidad común en la producción de tubos de acero sin costura. Se trata de una distribución irregular de pliegues escamosos y espirales en la superficie interior del tubo de acero, con bordes generalmente irregulares. Existen dos causas principales de los defectos de plegado interno: la calidad de las piezas brutas de los tubos de colada continua (factores internos) y el sistema de perforación (factores externos).

Además, un funcionamiento incorrecto también puede provocar que la tubería de acero se pliegue hacia adentro. Las principales formas de pliegue hacia adentro durante el funcionamiento incluyen malla, punta, lámina, espiral, etc. Los defectos de espiral regulares generalmente se deben al desgaste severo del tapón o mandril. Además de su distribución regular, estos defectos también presentan bordes más limpios que los defectos del acero. Los defectos de pliegue interno, como malla irregular, puntos y láminas, generalmente se deben a las siguientes razones:

1) La depresión delante de la parte superior es demasiado grande, lo que provoca que la pieza bruta del tubo forme una cavidad prematuramente al perforarse, lo que provoca que se pliegue hacia adentro.
2) La pieza bruta del tubo se calienta de forma desigual y la temperatura de calentamiento es demasiado alta, lo que puede provocar fácilmente pliegues hacia adentro.
3) La parte de rebose después de la perforación no se corta. Al preperforar el mandril, esta parte se inserta en el tubo capilar, provocando que se pliegue hacia adentro.

Las razones específicas del plegado interno durante la perforación son las siguientes:

1) Influencia de los parámetros de deformación de la perforación en los pliegues internos
La configuración de los parámetros del proceso de perforación y el diseño de las herramientas influyen en el plegado. El desgarro en la zona central del tubo no solo está relacionado con la reducción total en el rodillo y la reducción total antes de la parte superior, sino también con la zona local cuando el tubo gira media vuelta. La depresión también está relacionada.

2) Efecto de la temperatura de perforación en el plegado interno
Si la temperatura es demasiado alta, el tiempo de calentamiento es demasiado largo y la temperatura de perforación aumenta demasiado rápido, se producirán numerosos defectos de plegado interno de color marrón amarillento, similares a escamas de pescado; si la temperatura es demasiado baja y el tiempo de calentamiento es demasiado corto, se reducirá la plasticidad del metal, lo que dificultará su mordida. Durante la perforación, el centro del tubo de colada continua se agrieta con facilidad y forma defectos de plegado. Si la temperatura es demasiado baja, el tubo capilar producirá pequeños defectos de plegado interno escamosos. La mayoría de los aceros de mayor calidad son propensos a pequeños defectos de plegado interno, relacionados con la dificultad relativa de la mordida.

3) Influencia de los orificios de centrado en el plegado interno
El orificio de centrado es demasiado pequeño, está demasiado descentrado o no es liso. Al entrar en contacto con el tapón, se produce fricción local y una media vuelta o anillo de capilares se pliega sobre la cabeza. Si la presión del centrador es demasiado alta y la cabeza del tubo en bruto de colada continua no se puede aplanar, también será difícil penetrar y perforar en una sola mordida, lo que provoca que la cabeza se pliegue hacia adentro en línea recta.

Para mejorar la calidad de la superficie interna de las tuberías de acero y reducir la aparición de defectos de plegado interno, se deben utilizar los siguientes métodos:

1. Asegurar la uniformidad de la estructura durante la colada, reducir la segregación y evitar la concentración excesiva de inclusiones no metálicas;
2. Utilizar la temperatura óptima de colada para aumentar la reducción crítica;
3. Antes de la perforación, asegurar la temperatura de calentamiento del material no deseado y reducir la compresión previa.
¿Por qué las tuberías sin costura sufren fractura por fragilización por hidrógeno?

La fragilización por hidrógeno suele manifestarse como una disminución significativa de la plasticidad del acero, un aumento brusco de la fragilidad y una tendencia a agrietarse tras la aplicación de una carga estática (a menudo inferior al σb del material) durante un tiempo.

En general, existen tres factores principales que afectan la fractura por fragilización por hidrógeno en las tuberías sin costura:

1) Factores ambientales
Cuando el acero se encuentra en un entorno con alto contenido de hidrógeno, como agua, ácido, hidrógeno, etc., este se difunde por adsorción en la superficie del acero, lo que provoca su fragilización. Al mismo tiempo, la presión parcial de hidrógeno tiene un impacto significativo en la velocidad de crecimiento de las grietas por hidrógeno, y un aumento de la presión parcial de hidrógeno aumentará la susceptibilidad a la fragilización por hidrógeno.

2) Coeficiente de resistencia
En general, cuanto más resistente es el acero, mayor es su susceptibilidad a la fragilización por hidrógeno. Algunos países estipulan explícitamente que "no se permite el decapado del acero de alta resistencia" para prevenir la fragilización por hidrógeno. La composición química afecta la fractura del acero por fragilización por hidrógeno a través de la resistencia. Esto se debe a que la segregación de hidrógeno, S, P y otros átomos en los límites de grano debilita la fuerza de unión de estos, promoviendo así la primera fractura a lo largo de ellos.

3) Tratamiento térmico
La fragilización por hidrógeno del acero está estrechamente relacionada con su microestructura y el tratamiento térmico. Experimentos y datos demuestran que cuanto peor es la estabilidad termodinámica de la estructura, mayor es la susceptibilidad a la fragilización por hidrógeno. Por ejemplo, la tendencia a la fragilización por hidrógeno de la perlita y la ferrita es mucho menor que la de la martensita, y la martensita con alto contenido de carbono distribuida en red es la más sensible.

Medidas para prevenir la fragilización por hidrógeno

Estudios han demostrado que las mediciones electroquímicas directas de la permeación de hidrógeno en condiciones de decapado son un método viable para estudiar el comportamiento de la permeación de hidrógeno durante el decapado. Para reducir la penetración de hidrógeno en las piezas de acero, se pueden tomar las siguientes medidas.

1) Implementar un inhibidor de corrosión lento multifuncional. Este inhibidor de corrosión multifuncional inhibe la corrosión y retarda la formación de niebla. No solo ofrece una alta velocidad de decapado, sino que también inhibe eficazmente la penetración de hidrógeno y presenta una alta tasa de inhibición de la corrosión.

2) Controlar las condiciones de decapado. La cantidad de hidrógeno permeado por el acero en la solución de decapado tiene poca relación con la acidez, sino que es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura y el tiempo de decapado. Se recomienda utilizar un método con una concentración de ácido relativamente alta y un tiempo de decapado corto. Este aspecto debe tenerse más en cuenta al decapar piezas templadas de acero de alta resistencia, como el acero de alta velocidad. Las unidades de producción específicas deben desarrollar flujos de proceso estrictos y controlar los tres elementos: concentración de ácido, temperatura del ácido y tiempo de decapado.

3) Prestar atención a los problemas de corrosión bajo tensión. El agrietamiento por corrosión bajo tensión es un proceso en el que la pieza de trabajo se somete a la acción combinada de tensión de tracción estática y un entorno corrosivo específico, lo que resulta en agrietamiento frágil del material. Las piezas enderezadas y templadas, ya sea frontales o de contraataque, deben ser liberadas de tensión y posteriormente decapadas para evitar la posibilidad de agrietamiento por fragilización por hidrógeno o fragilización.

4) Evite que las impurezas metálicas contaminen la solución de decapado. Diversos estudios han demostrado que cuando la solución de decapado contiene impurezas metálicas como P, As, Sn, Hg, Pb, Zn, Cd, etc., aumenta la penetración de hidrógeno e intensifica la tendencia a la fractura por fragilización por hidrógeno.

5) Tratamiento con hidrógeno. Después del decapado, es recomendable realizar un tratamiento de desplazamiento de hidrógeno a 180-200 °C durante 3-4 h.