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一、变形的原因
钢的变形主要原因是钢中存在内应力或者外部施加的应力。内应力是因温度分布不均匀或者相变所致,残余应力也是原因之一。外应力引起的变形主要是由于工件自重而造成的“塌陷”,在特殊情况下也应考虑碰撞被加热的工件,或者夹持工具夹持所引起的凹陷等。变形包括弹性变形和塑性变形两种。尺寸变化主要是基于组织转变,故表现出同样的膨胀和收缩,但当工件上有孔穴或者复杂形状工件,则将导致附加的变形。如果淬火形成大量马氏体则发生膨胀,如果产生大量残余奥氏体则相应的要收缩。此外,回火时一般发生收缩,而出现二次硬化现象的合金钢则发生膨胀,如果进行深冷处理,则由于残余奥氏体的马氏体化而进一步膨胀,这些组织的比容都随着含碳量的增加而增大,故含碳量增加也使尺寸变化量增大。
二、淬火变形的主要发生时段
1.加热过程:工件在加热过程中,由于内应力逐渐释放而产生变形。
2.保温过程:以自重塌陷变形为主,即塌陷弯曲。
3.冷却过程:由于不均匀冷却和组织转变而至变形。
三、加热与变形
当加热大型工件时,存在残余应力或者加热不均匀,均可产生变形。残余应力主要来源于加工过程。当存在这些应力时,由于随着温度的升高,钢的屈服强度逐渐下降,即使加热很均匀,很轻微的应力也会导致变形。
一般,工件的外缘部位残余应力较高,当温度的上升从外部开始进行时,外缘部位变形较大,残余应力引起的变形包括弹性变形和塑性变形两种。
加热时产生的热应力和想变应力都是导致变形的原因。加热速度越快、工件尺寸越大、截面变化越大,则加热变形越大。热应力取决于温度的不均匀分布程度和温度梯度,它们都是导致热膨胀发生差异的原因。如果热应力高于材料的高温屈服点,则引起塑性变形,这种塑性变形就表现为“变形”。
相变应力主要源于相变的不等时性,即材料一部分发生相变,而其它部分还未发生相变时产生的。加热时材料的组织转变成奥氏体发生体积收缩时可出现塑性变形。如果材料的各部分同时发生相同的组织转变,则不产生应力。为此,缓慢加热可以适当降低加热变形, 采用预热。
此外,由于加热中因自重而出现“塌陷”变形的情况非常多,加热温度越高,加热时间越长,“塌陷”现象越严重。
无缝钢管生产有近100年的历史。德国人曼尼斯曼兄弟于1885年首先发明二辊斜轧穿孔机,1891年又发明周期轧管机,1903年瑞士人施蒂费尔(R.C.Stiefel)发明自动轧管机(也称顶头式轧管机),以后又出现了连续式轧管机和顶管机等各种延伸机,开始形成近代无缝钢管工业。 20世纪30年代由于采用了三辊轧管机、挤压机、周期式冷轧管机,改善了钢管的品种质量。60年代由于连轧管机的改进,三辊穿孔机的出现,特别是应用张力减径机和连铸坯的成功,提高了生产效率,增强了无缝管与焊管竞争的能力。70年代无缝管与焊管正并驾齐驱,世界钢管产量以每年 5%以上的速度递增。中国1953年后重视发展无缝钢管工业,已初步形成轧制各种大、中、小型管材的生产体系。铜管一般也采用锭坯斜轧穿孔、轧管机轧制、盘管拉伸工艺。
无缝钢管的用途及分类用途:无缝钢管是一种经济断面钢材,在国民经济中具有很重要的地位,广泛应用于石油、化工、锅炉、电站、船舶、机械制造、汽车、航空、航天、能源、地质、建筑及军工等各个部门。分类: ①按断面形状分:圆形断面管、异形断面管 ②按材质分:碳素钢管、合金钢管、不锈钢管、复合管 ③按连接方式分:螺纹连接管、焊接管 ④按生产方式:热轧(挤、顶、扩)管、冷轧(拔)管 ⑤按用途分:锅炉管、油井管、管线管、结构管、化肥管 ……
无缝钢管的生产工艺
①热轧无缝钢管主要生产工序(主要检验工序):
管坯准备及检查→管坯加热→穿孔→轧管→荒管再加热→定(减)径→热处理→成品管矫直→精整→检验(无损、理化、台检) →入库
②冷轧(拔)无缝钢管主要生产工序
坯料准备→酸洗润滑→冷轧(拔)→热处理→矫直→精整→检验
精密无缝钢管酸洗概述
利用酸溶液去除钢铁表面上的氧化皮和锈蚀物的方法称为酸洗。氧化皮、铁锈等铁的氧化物(Fe3O4,Fe2O3,FeO 等)与酸溶液发生化学反应,形成盐类溶于酸溶液中而被除去。酸洗用酸有硫酸、盐酸、磷酸、硝酸和混合酸等。精密无缝钢管酸洗常用介质:
硫酸、硝酸、磷酸、 。在酸洗时务必加入酸洗缓蚀剂,防止酸对金属的腐蚀。
精密无缝钢管酸洗工艺
主要有浸渍酸洗法、喷射酸洗法和酸膏除锈法。一般多用浸渍酸洗法,大批量生产中可采用喷射法。钢铁零件一般在 10%~20%(体积)硫酸溶液中酸洗,温度为 40℃。当溶液中含铁量超过 80g/L,硫酸亚铁超过 215g/L 时,应更换酸洗液。常温下,用 20%~80%(体积)的盐酸溶液对钢铁进行酸洗,不易发生过腐蚀和氢脆现象。由于酸对金属的腐蚀作用很大,需要添加缓蚀剂。清洗后金属表面成银白色,同时钝化表面,提高不锈钢抗腐蚀能力。 为了硅藻土载体表面吸附,减少色谱峰拖尾,载体在使用前需进行酸洗或碱洗处理。酸洗是把载体用 6mol/L 盐酸浸煮 2h 或浓盐酸加热浸煮30min,过滤,用水洗至中性,烘干。酸洗可除去表面上的铁、铝、钙、镁等杂质,但不能除去硅醇基。酸洗载体适宜于分析酸性样品。
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