Análise de erros de detecção de falhas para peças forjadas de anéis de parede grandes e grossos para fornecimento de água e eletricidade – Provedor chinês de soluções de tubulação

Após usinagem em desbaste de dois anéis forjados de paredes espessas feitos de aço A668 para energia hidrelétrica de 63 t, um teste UT foi realizado e os defeitos excederam o padrão. A localização e distribuição dos defeitos eram iguais e formavam um formato circular. Para analisar a causa, uma peça forjada foi desmontada e amostrada para testes e análises macroscópicas, de composição, metalográficas e de inclusão. Verificou-se que o principal motivo da falha no teste UT foi a porosidade e o forjamento incompleto durante o processo de forjamento. Com base nos resultados dos testes, foi desenvolvido um plano de reforjamento para outro forjamento, e os resultados da detecção de defeitos após o forjamento atendem aos requisitos do cliente.

1. Introdução

Dois grandes anéis forjados de paredes espessas, forjados a partir de lingotes de aço A668 de 63 toneladas, foram submetidos a tratamento térmico de forjamento por fusão, usinagem de desbaste e testes UT. Inspeção da face final, 300 mm do círculo externo, 90-750 mm de profundidade, área circular de 400 mm de largura, defeitos densos, equivalente Φ3-Φ6. Se exceder o padrão, será considerado não qualificado. Ambas as peças forjadas falharam no teste UT, e a localização e distribuição do defeito foram as mesmas, formando um formato circular. Portanto, uma das duas peças forjadas foi selecionada para amostragem anatômica e análise de defeitos.

2. Análise experimental

Ambas as peças forjadas falharam no teste ultrassônico. A localização e distribuição dos defeitos são mostradas na Figura 1.

2.1 Amostragem anatômica

Marque e serre de acordo com o relatório de detecção de defeitos. Depois de serrar a seção, o pessoal de detecção de falhas realizou outra detecção de falhas para confirmar a localização do defeito e retirar o bloco de teste de detecção de falhas. Pegue blocos de teste horizontais e verticais do bloco de teste de defeito com baixa ampliação.

Figura.1 Representação esquemática de erros de detecção de erros

2.2 Resultados do teste

Inspeção macroscópica

Resultados do exame macroscópico: A organização geral não é densa, com pontos soltos grandes e bem dispostos formando um favo de mel, e a avaliação é geralmente frouxa no nível 4.0.

Composição química

Amostra do bloco de teste horizontal em baixa ampliação para analisar composição, gás, metalografia e inclusões. A composição e o conteúdo do gás estão listados na Tabela 1.

Tabela 1 Dados de teste de composição química (fração de massa)%

Resultados do teste: Os componentes na área rica em defeitos são testados e o teor de C excede o limite superior. O teor de hidrogênio nos produtos acabados (0,91-1,32) × 10^-6elementos de hidrogénio ligeiramente diferentes em posições diferentes; O oxigênio e o nitrogênio são relativamente estáveis ​​e têm boa repetibilidade.
Se o H pode causar defeitos é avaliado principalmente a partir dos seguintes aspectos: se a composição do tipo de aço é sensível ao H, que é a compreensão e o conhecimento do material. A668 é um aço C-Mn e pela sua composição pode-se avaliar que não é sensível ao H; Para evitar manchas brancas, geralmente é resolvido com tratamento térmico por expansão de hidrogênio e, uma vez que aparecem manchas brancas, não há como corrigi-las.
A teoria da pressão do hidrogênio foi desenvolvida por Bennek et al. proposto e melhorado por Zapffe. A teoria da pressão do hidrogênio postula que a alta pressão do hidrogênio nos microporos internos é uma causa importante de danos por fragilização por hidrogênio no aço. A solubilidade do hidrogênio diminui com a temperatura e, durante o processo de resfriamento, os átomos de hidrogênio são depositados em contornos de grão fracos. Após atingirem uma certa quantidade, eles se combinam para formar moléculas de hidrogênio e formar enormes tensões internas devido à expansão do volume. O aumento contínuo da tensão interna leva à formação de fissuras, as chamadas manchas brancas.

Inspeção de alta ampliação

Os resultados do exame metalográfico são mostrados na Figura 2. Resultados do exame: A estrutura metalográfica é perlita + ferrita com 3 defeitos e estrutura anormal. Foi encontrada uma ferrita claramente em forma de agulha, que provavelmente é uma estrutura de Widmann.

Figura.2 Estrutura metalográfica 200 ×
Existem dois tipos de estruturas de tartarita: grãos grossos de austenita, que são formados por superaquecimento e crescem desde os limites dos grãos grossos de austenita até a ferrita semelhante a penas dentro dos grãos. Esse tipo de estrutura é muito prejudicial; o outro tipo é a ferrita em forma de agulha, que cresce livre dos limites dos grãos de austenita e dentro dos grãos de austenita. Os grãos de austenita nesta estrutura não são grosseiros e têm pouca influência nas propriedades do material. A influência da weinsteinita nas propriedades do material se deve principalmente aos grãos grossos de austenita, que incisam severamente a matriz e reduzem significativamente a resistência e a resistência ao impacto do aço.

Os resultados do teste de inclusão são mostrados na Figura 3. Existem inclusões do tipo D e do tipo DS, múltiplos tipos D e Grau 1, e tipos DS e Grau 1.5 com inclusões mais pesadas.

Figura 3: Resultados do teste de inclusão
A composição do sistema de escória de refino para o fundido é mostrada na Tabela 2, e o sistema de escória pertence aos sistemas de escória altamente alcalina.

Tabela 2: Sistema de escória de refino (fração mássica) %

O sistema de escória altamente alcalina é benéfico para a remoção de inclusões de Classe B, mas o efeito de remoção para Classe D e DS poderia ser melhor. O sistema de escória altamente alcalina tem alta atividade de CaO e uma pequena quantidade de reação de redução de C do CaO na escória ocorre durante o processo VD:

(CaO) + (C) = (Ca) + (CO);

△G=600485-177,16T.

O Ca reduzido combina Al e O no aço fundido para formar um óxido esférico mCaO Al₂Ó₃. Quando o Ca se combina com o aço grau S, o CaS é formado com baixa capacidade de deformação. Portanto, para resolver o problema das inclusões esféricas, é necessário reduzir o teor de Ca do tipo de aço e reduzir a atividade do CaO na escória. O método mais eficaz para reduzir a atividade do CaO é aumentar o teor de SiO₂ na escória. Após o CaO-SiO₂ Diagrama de fases binárias: Quando C/S > 3, o CaO livre está presente, preferencialmente entre 2 e 3. Portanto, é necessário selecionar sistemas de escória com alcalinidade diferente com base nos requisitos técnicos do tipo de aço a ser fundido.

3. Reforjando

A haste central é formada puxando, comprimindo e expandindo, prestando atenção ao tempo de isolamento e à quantidade de deformação por calor. Controle rigorosamente a redução e a taxa de avanço durante o processo de alongamento da haste central para garantir a compactação e a penetração do forjamento. O diagrama de deformação é mostrado na Figura 4.

Figura 4 Diagrama de deformação por deformação

A fim de evitar a deformação e dobramento do furo interno durante o processo de recalque, um método de deformação de recalque local é selecionado, conforme mostrado na Figura 5. Preste atenção às deformações e alterações no furo interno e vire a superfície imediatamente se houver um trapézio invertido. Ajuste a temperatura do isolamento e o último tempo de aquecimento de acordo com o tamanho da deformação para evitar grãos grossos. Ao usar difusão em alta temperatura e processos de forjamento com grande redução, os defeitos são eliminados.

Figura 5 Representação esquemática do método de bigorna de pano de estampagem local

4. Conclusão

Por meio de amostragem anatômica de peças forjadas e análise experimental, constatou-se que o principal motivo da falha na detecção de falhas UT foi a frouxidão e o forjamento incompleto durante o processo; analisando os resultados experimentais, como segregação de grandes lingotes de aço, defeitos induzidos por hidrogênio, compreendendo a estrutura da weinsteinita e discutindo a influência do sistema de escória nas inclusões. Outra peça foi desenvolvida com plano de retroforjamento que incluía retorno ao forno para reforjamento. Após o forjamento, a detecção de falhas atende aos requisitos do cliente e foi entregue com sucesso.