Les raisons, les impacts et la prévention de la stratification des billettes de tubes carrés

La stratification de la billette fait référence au phénomène dans lequel la séparation du métal en forme de couche-se produit parallèlement à la direction de laminage à l'intérieur de la billette (pour les tubes carrés sans soudure, cela correspond à la billette de tube circulaire ; pour les tubes carrés formés et soudés à froid-, cela correspond à la billette de plaque d'acier ou de bande). Il s’agit d’un défaut interne caché. Les causes peuvent être divisées en deux grandes catégories :défauts métallurgiques inhérents et induits par les procédés ultérieurs. Finalement, il se développe en couches macroscopiques au cours du processus de déformation plastique.

• Agrégation de produits non-métalliquesinclusions: Lors de la fabrication de l'acier, une désoxydation incomplète et un soufflage doux insuffisant lors du raffinage, ainsi que la formation de tartre ou l'érosion des matériaux réfractaires, peuvent entraîner la formation d'inclusions dures à point de fusion élevé -point de fusion- telles que Al₂O₃, les sulfures et l'aluminate de calcium- restant dans l'acier en fusion. Ces inclusions n'ont aucune plasticité et, lors du laminage, s'allongent en couches minces et faibles, devenant ainsi le cœur de l'interface pour le délaminage.
• IntéDéfauts internes des billettes de coulée continue: Pendant le processus de coulée continue, une porosité centrale, des cavités de retrait et des bulles souterraines peuvent subsister si elles ne sont pas complètement soudées lors du laminage ultérieur. Ils seront enfoncés dans des interstices superposés ; dans le même temps, la ségrégation centrale du carbone et la structure en bandes peuvent provoquer des propriétés mécaniques inégales de la section transversale, et la force de liaison de la zone de ségrégation est bien inférieure à celle de la matrice, la rendant sujette à la séparation sous contrainte.

• Chauffage incohérent et température inappropriée :Si la billette du tube n'est pas complètement chauffée ou s'il y a une grande différence de température à travers la section transversale - (communément appelée "surface yin-yang"), cela entraînera une plasticité métallique inégale et, lors de la déformation, la contrainte de cisaillement intercouche dépassera la force de liaison, provoquant une séparation le long de la surface faible ; si la température de chauffage est trop basse, la plasticité globale sera insuffisante et lors du perçage/laminage, les défauts internes sont plus susceptibles de se séparer.
• Inadéquation des paramètres de perçage/roulage (processus transparent):  Lors du perçage par roulement oblique, si la vitesse du rouleau est trop élevée et l'angle d'alimentation est trop petit, la billette du tube sera soumise à une contrainte de cisaillement axial excessive, provoquant l'écartement des défauts mineurs internes et l'extension le long de la direction axiale, formant une couche parallèle à la paroi du tube ; Une réduction excessive en un seul passage-et une usure excessive de l'outil exacerberont également l'écoulement irrégulier du métal, déclenchant une superposition.
• Concentration de contraintes lors du formage par pliage à froid (procédé de soudage) : La couche interne mineure existante dans la bande d'acier se dilatera dans le sens de l'épaisseur sous la contrainte de flexion répétée lors du formage par pliage à froid ; une répartition déraisonnable des passes de formage et une déformation excessive en une seule passe provoqueront également directement une formation de couches de cisaillement dans le sens de l'épaisseur.
• ONURefroidissement post-roulage contrôlé : Si la vitesse de refroidissement est trop rapide, elle générera simultanément des contraintes thermiques et microstructurales importantes, provoquant la formation de microfissures dans la zone de ségrégation centrale ; Un refroidissement inapproprié de l'empilement et un dépilage prématuré empêcheront la libération complète de la contrainte, pouvant éventuellement se transformer en stratification macroscopique.

Le défaut de stratification se caractérise par sa dissimulation (la majeure partie est invisible à l'œil nu) et son expansion. Cela affaiblit fondamentalement les performances du matériau du tuyau et présente des risques importants pour la qualité et la sécurité d'utilisation.

• Détérioration importante des propriétés mécaniques: La superposition entraînera une diminution de l'épaisseur effective de la paroi portante du matériau du tuyau et la résistance à la traction dans la zone superposée diminuera de 30 % à 50 %, la ténacité aux chocs peut être réduite à moins de 10 J, et la plasticité (allongement) et la résistance à la fatigue diminueront également simultanément ; les bords de la stratification sont des points de concentration naturels de contraintes et sont sujets à une expansion rapide sous l’effet d’une force externe.
• Défaillance des performances du processus: Lors du traitement ultérieur de pliage à froid, d'expansion, d'aplatissement et de pliage, la zone de stratification se fissurera directement ; s'il y a une stratification au niveau de la rainure d'extrémité du tuyau, le soudage provoquera une fusion incomplète et une inclusion de scories pendant le soudage, entraînant directement un joint de soudage non qualifié.
• Non-respect des exigences de test standard: Lors de la réalisation de tests par ultrasons (UT) conformément à des normes telles que GB/T 20490, la superposition montrera des ondes de défauts évidents, qui sont les principaux défauts internes permettant de déterminer la non-conformité, conduisant directement au déclassement ou à la mise au rebut du produit.

• Risque de rupture des roulements structurels: Lorsqu'elle est utilisée dans des scénarios structurels tels que la construction de structures en treillis et de supports mécaniques, la stratification sous des charges statiques s'étendra progressivement, conduisant à une rupture de section ; sous des charges alternées, il induira rapidement des fissures de fatigue, provoquant des fractures fragiles soudaines et entraînant des accidents de sécurité structurelle.
• Fuite et éclatement d'un pipeline sous pression-: Lorsqu'il est utilisé pour le transport de fluides et les conduites sous pression, l'expansion de la couche vers la paroi intérieure entraînera une fuite de la paroi du tuyau. Dans des conditions de haute-pression, il peut éclater directement ; si vous transportez du soufre-contenant de l'hydrogène ou des milieux acides, les espaces entre les couches déclencheront des fissures induites par l'hydrogène-(HIC) et une corrosion caverneuse, accélérant la rupture du matériau du tuyau.
• Durabilité et détérioration de l’apparence: Une fois que le milieu corrosif pénètre dans les interstices de la couche, il provoquera une corrosion interne cachée, détruisant progressivement le matériau du tuyau de l'intérieur vers l'extérieur, raccourcissant considérablement la durée de vie ; une stratification importante entraînera également un renflement de la surface du tuyau, des écarts de taille, ainsi que la formation de bulles et le pelage après la galvanisation ou le revêtement.

• Améliorer la pureté de l'acier en fusion et la qualité de la coulée continue :

1. Renforcer les procédés de raffinage LF/VD pour assurer la durée du soufflage d'argon doux, favorisant la flottation et l'évacuation des inclusions ; utiliser un traitement au calcium pour modifier les inclusions dures d'Al₂O₃, en les convertissant en inclusions sphériques à bas-point de fusion-point de fusion, réduisant ainsi la source de stratification en forme de feuille-.
2. Utiliser un moule + agitation électromagnétique d'extrémité tout au long du processus de coulée continue pour réduire la ségrégation centrale et la porosité centrale ; contrôlez régulièrement la vitesse de traction pour éviter les scories de rouleau et les bulles souterraines.

• Inspecter strictement les matières premières à leur entréeleusine : Pour les billettes/plaques entrant en usine, une inspection préalable-ultrasonique à 100 % doit être effectuée pour détecter la stratification interne, les inclusions et les défauts de porosité. Les billets non qualifiés doivent être directement rejetés ; simultanément, les fissures et les cicatrices de surface doivent être meulées pour éviter l'extension des défauts de surface lors du laminage.

• Standardiser la préparation au chauffage des billettes: En fonction du type d'acier, formulez des courbes de chauffage précises, contrôlez le taux de chauffage pour assurer une pénétration uniforme de la chaleur ; planifiez à l'avance le chargement centralisé des billettes de mêmes spécifications et du même type d'acier pour éviter un chauffage inégal dû aux différences de taille.

• Contrôlez avec précision le processus de chauffage : Assurer le temps de maintien de la section d'égalisation, contrôler la différence de température de la section de tube dans la plage autorisée, éliminer les « doubles faces » et le laminage à basse température ; contrôlez strictement la limite supérieure de la température de chauffage pour éviter la diminution de la force de liaison intergranulaire due à la surchauffe.

• Optimiser les paramètres de perçage et de laminage (processus sans couture) :

1. Contrôlez la vitesse du rouleau en dessous de la vitesse de stratification critique, augmentez de manière appropriée l'angle d'alimentation, réduisez la contrainte de cisaillement axial pendant le perçage et évitez la génération de stratification à partir du mécanisme de déformation.
2. Répartissez raisonnablement la quantité de réduction de chaque passage pour éviter une déformation excessive en un seul passage ; vérifiez régulièrement l'usure des rouleaux, des plaques de guidage et des têtes, remplacez-les à temps si l'usure dépasse la limite et assurez un écoulement uniforme du métal.

• Optimiser le processus de pliage et de soudage à froid (procédé de soudage): Affiner les passes de formage, réduire l'angle de déformation en une seule passe, diminuer la contrainte de cisaillement dans le sens de l'épaisseur, éviter l'expansion de la stratification interne de la bande ; faites correspondre la puissance de soudage à haute fréquence-et la quantité d'extrusion pour garantir la qualité de la fusion de la soudure, évitez la superposition de la soudure.

• Standardisez le refroidissement après-roulage et le refroidissement lent: 

1. Contrôlez la vitesse de refroidissement après-laminage à un taux stable de 3 à 5 degrés/s, évitez la formation de bainite cassante au cœur des billettes à parois épaisses-et réduisez le stress organisationnel.
2. Mettez en œuvre un empilement à température constante-et un refroidissement lent : pour les épaisseurs inférieures ou égales à 50 mm, le refroidissement lent doit être supérieur ou égal à 12 heures ; pour les épaisseurs > 50 mm, le refroidissement lent doit être supérieur ou égal à 24 heures.La température de départ de la pile doit être supérieure ou égale à 500 degrés. Ne permettez pas un dépilage anticipé ; pour des plaques de longueur et de largeur similaires, empilez-les ensemble et, si nécessaire, enveloppez-les d'un tissu en amiante pour les isoler afin d'éviter que les bords ne refroidissent trop rapidement. 

• Couverture complète des tests non destructifs-pour les produits finis: Se conformer à la norme GB/T 20490 pour effectuer des tests ultrasoniques automatiques, couvrant toute la paroi du tuyau à 100 %, localisant avec précision les défauts de stratification ; ajoutez une réinspection manuelle-à la fin du processus pour éviter la libération de produits défectueux.
• Traitement thermique et vérification des performances : Les tubes carrés et rectangulaires en acier de haute qualité-à parois épaisses-sont soumis à un traitement de normalisation et de revenu pour éliminer les contraintes résiduelles, homogénéiser la structure et améliorer la ségrégation pour plus de ténacité ; des échantillons de tests d'aplatissement sous pression, d'expansion et de pliage à froid pour vérifier l'absence de fissuration des couches sous les charges de traitement.
• Traçabilité des défauts et amélioration-en boucle fermée: Lorsqu'un défaut de stratification est détecté, tracez à l'envers les paramètres du processus de fabrication de l'acier, de coulée et de laminage en fonction de la forme et de la répartition du défaut, identifiez la cause et ajustez rapidement le processus ; une stratification mineure peut entraîner le retrait de la section défectueuse et son déclassement pour utilisation, tandis qu'une stratification importante entraîne la mise au rebut de la section entière.