ASTM A709-50W Corten Luluhawa Paip Keluli

Januari 16, 2026

Analisis Pembentukan Lentur Panas Siku Keluli Tahan Karat WP304

Analisis Punca Keretakan Dinding Dalaman Siku Keluli Tahan Karat WP304 Semasa Pembentukan Lentur Tolak Panas

abstrak: Keluli tahan karat WP304, sebagai bahan keluli tahan karat austenit yang digunakan secara meluas, digunakan secara meluas dalam komponen siku petrokimia, Aeroangkasa, dan bidang kejuruteraan marin kerana kecemerlangannya kakisan rintangan, sifat-sifat mekanik, dan kestabilan suhu tinggi. Pembentukan lenturan tolak panas ialah proses pembuatan arus perdana untuk siku keluli tahan karat, menampilkan kecekapan pengeluaran yang tinggi, kualiti pembentukan yang baik, dan kebolehsuaian yang kuat kepada bentuk yang kompleks. Walau bagaimanapun, keretakan dinding dalam sering berlaku semasa proses pembentukan lenturan tolak panas siku keluli tahan karat WP304, yang memberi kesan serius kepada kadar kelayakan produk, meningkatkan kos pengeluaran, dan malah menimbulkan bahaya keselamatan yang berpotensi kepada servis siku berikutnya. Untuk menyelesaikan masalah teknikal ini, kertas kerja ini menjalankan kajian mendalam tentang punca keretakan dinding dalam siku keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas.

Pertama sekali, kertas itu menghuraikan ciri-ciri bahan keluli tahan karat WP304, termasuk komposisi kimianya, mikrostruktur, dan sifat mekanikal pada suhu tinggi, meletakkan asas teori untuk menganalisis mekanisme keretakan. Kedua, ia memperkenalkan prinsip asas dan parameter proses utama proses pembentukan lenturan tolak panas, dan menjelaskan undang-undang taburan tegasan-tegangan siku semasa proses pembentukan, terutamanya fenomena kepekatan tegasan pada dinding dalam. kemudian, melalui gabungan kajian literatur, analisis eksperimen, dan simulasi unsur terhingga, punca utama keretakan dinding dalaman dianalisis secara sistematik, termasuk faktor material (seperti kemasukan, saiz butiran, dan tekanan sisa), faktor proses (seperti membentuk suhu, kelajuan menolak, reka bentuk mati, dan keseragaman pemanasan), dan faktor persekitaran (seperti pengoksidaan dan penyahkarbonan). akhirnya, langkah pencegahan dan kawalan yang sepadan dicadangkan berdasarkan punca keretakan, seperti mengoptimumkan komposisi kimia bahan, meningkatkan proses rawatan haba, mengoptimumkan parameter proses lenturan tolak panas, dan menambah baik struktur die.

Keputusan penyelidikan menunjukkan bahawa rekahan dinding dalaman siku keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas adalah hasil menyeluruh daripada pelbagai faktor. Antaranya, padanan yang tidak munasabah dalam membentuk suhu dan kelajuan menolak, pemanasan kosong yang tidak sekata, struktur die yang tidak munasabah membawa kepada kepekatan tegasan yang berlebihan pada dinding dalam, dan kewujudan kemasukan berbahaya dalam bahan adalah faktor utama yang menyebabkan keretakan. Langkah-langkah pencegahan yang dicadangkan dalam kertas kerja ini boleh mengurangkan berlakunya keretakan dinding dalam dengan berkesan, meningkatkan kadar kelayakan produk siku keluli tahan karat WP304, dan menyediakan sokongan teknikal untuk pengeluaran perusahaan yang stabil dan cekap. Kajian ini mempunyai kepentingan teori yang penting dan nilai aplikasi praktikal untuk meningkatkan tahap pembuatan siku keluli tahan karat WP304 dan memastikan operasi peralatan kejuruteraan yang selamat..

Kata kunci: Keluli tahan karat WP304; siku; tolak panas membongkok membentuk; retak dinding dalam; analisis sebab; langkah pencegahan

1. pengenalan

1.1 Latar Belakang dan Kepentingan Penyelidikan

Dalam beberapa tahun kebelakangan, dengan perkembangan pesat petrokimia global, kuasa nuklear, Aeroangkasa, dan industri kejuruteraan marin, permintaan untuk prestasi tinggi talian paip komponen telah meningkat. Sebagai komponen penyambung yang penting dalam sistem saluran paip, siku memainkan peranan penting dalam mengubah arah aliran bendalir dan memastikan operasi lancar saluran paip. Keluli tahan karat WP304 ialah keluli tahan karat austenit dengan sistem aloi Cr-Ni, yang mempunyai ketahanan kakisan yang sangat baik (terutamanya terhadap atmosfera, air, dan media kimia), kekuatan dan keliatan suhu tinggi yang baik, dan kebolehbentukan dan kebolehkimpalan yang sangat baik. Oleh itu, Siku keluli tahan karat WP304 digunakan secara meluas dalam persekitaran kerja yang keras seperti suhu tinggi, tekanan tinggi, dan kakisan yang kuat.

Pembentukan lenturan tolak panas adalah proses yang matang dan cekap untuk pembuatan siku keluli tahan karat. Berbanding dengan proses membentuk lain seperti membentuk cap dan membentuk tempa, pembentukan lenturan tolak panas mempunyai kelebihan aliran proses yang mudah, kecekapan pengeluaran yang tinggi, kos acuan rendah, dan keseragaman yang baik dari ketebalan dinding siku yang terbentuk. Ia amat sesuai untuk pengeluaran besar-besaran siku dengan diameter dan jejari lentur yang berbeza. Walau bagaimanapun, dalam proses pengeluaran sebenar, disebabkan oleh perubahan fizikal dan kimia yang kompleks dan keadaan terikan-tekanan bahan semasa kerja panas, pelbagai kecacatan mungkin berlaku pada siku yang terbentuk, antaranya keretakan dinding dalam adalah salah satu kecacatan yang paling biasa dan berbahaya.

Keretakan dinding dalaman siku keluli tahan karat WP304 bukan sahaja akan mengurangkan sifat mekanikal (seperti kekuatan, merupakan, dan rintangan keletihan) daripada siku tetapi juga menyediakan saluran untuk penyusupan media menghakis, mempercepatkan kegagalan kakisan siku. Dalam kes yang teruk, malah boleh menyebabkan kebocoran saluran paip, menyebabkan kemalangan keselamatan yang besar dan kerugian ekonomi. Sebagai contoh, dalam sebuah loji petrokimia di 2022, kemalangan kebocoran saluran paip berlaku akibat keretakan siku keluli tahan karat WP304 semasa perkhidmatan, mengakibatkan kebocoran media toksik dan berbahaya, yang bukan sahaja menyebabkan kerugian ekonomi langsung lebih daripada 5 juta yuan tetapi juga menimbulkan ancaman serius kepada alam sekitar dan keselamatan kakitangan. Siasatan seterusnya mendapati punca keretakan siku ialah kewujudan retakan mikro pada dinding dalam yang terbentuk semasa proses pembentukan lenturan tolak panas., yang secara beransur-ansur berkembang di bawah tindakan tekanan perkhidmatan jangka panjang dan media yang menghakis.

Oleh itu, menjalankan penyelidikan mendalam tentang punca keretakan dinding dalam siku keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas, dan mencadangkan langkah-langkah pencegahan yang disasarkan, adalah sangat penting praktikal untuk meningkatkan kualiti produk siku, mengurangkan kos pengeluaran, memastikan operasi sistem saluran paip selamat, dan menggalakkan pembangunan sihat industri berkaitan. Pada masa yang sama, penyelidikan ini juga boleh memperkayakan sistem teori kerja panas keluli tahan karat austenit, menyediakan rujukan untuk kajian masalah keretakan dalam proses pembentukan panas lain yang serupa.

1.2 Status Penyelidikan di Dalam dan Luar Negara

Pada masa ini, ramai sarjana di dalam dan di luar negara telah menjalankan penyelidikan yang relevan mengenai proses pembentukan panas dan kawalan kecacatan siku keluli tahan karat. Mengenai proses pembentukan lenturan tolak panas, sarjana asing telah menjalankan kajian mendalam tentang mekanisme pembentukan dan pengoptimuman parameter proses. Sebagai contoh, Smith et al. (2020) menggunakan perisian simulasi unsur terhingga untuk mensimulasikan proses pembentukan lenturan tolak panas siku keluli tahan karat austenit, menganalisis undang-undang taburan tegasan-tegangan siku semasa membentuk, dan mendapati dinding dalam siku dikenakan tegasan mampatan dan dinding luar dikenakan tegasan tegangan., dan kepekatan tegasan adalah paling jelas pada arka dalam siku. Mereka juga mengkaji pengaruh suhu pembentukan dan kelajuan menolak ke atas kualiti pembentukan, dan mencadangkan julat suhu pembentukan optimum untuk keluli tahan karat austenit ialah 1050 ℃-1150 ℃.

Cendekiawan domestik juga telah membuat pencapaian yang luar biasa dalam penyelidikan mengenai lenturan tolak panas membentuk siku keluli tahan karat. Li et al. (2021) mengkaji pengaruh kaedah pemanasan terhadap kualiti pembentukan siku keluli tahan karat WP304. Keputusan menunjukkan bahawa pemanasan tidak sekata akan membawa kepada taburan suhu tidak sekata kosong, mengakibatkan tegangan-tegangan tidak sekata semasa pembentukan, yang merupakan punca penting keretakan dinding dalam. Wang et al. (2023) menganalisis evolusi mikrostruktur keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas, dan mendapati pertumbuhan bijirin dan penghabluran semula berlaku dalam bahan pada suhu tinggi, dan saiz butiran mempunyai pengaruh penting ke atas kebolehbentukan bahan. Butiran yang terlalu kasar akan mengurangkan keliatan bahan, menjadikannya mudah retak semasa pembentukan.

Dari segi punca keretakan dinding dalaman siku keluli tahan karat, ulama telah mengemukakan pandangan yang berbeza. Sebahagian ulama berpendapat faktor material menjadi punca utama, seperti kewujudan kemasukan berbahaya (seperti oksida, sulfida) dalam bahan, yang akan menjadi punca keretakan dan membawa kepada keretakan di bawah tindakan membentuk tegasan. Sarjana lain percaya bahawa faktor proses adalah lebih kritikal, seperti parameter proses yang tidak munasabah (suhu pembentukan terlalu tinggi atau terlalu rendah, kelajuan menolak terlalu cepat), reka bentuk die yang tidak munasabah (jejari lentur yang terlalu kecil, kualiti permukaan acuan yang lemah), dan lain-lain., yang akan membawa kepada kepekatan tekanan yang berlebihan pada dinding dalam siku, mengakibatkan keretakan. sebagai tambahan, beberapa sarjana juga telah mengkaji pengaruh faktor persekitaran terhadap keretakan, seperti pengoksidaan dan penyahkarbonan permukaan bahan pada suhu tinggi, yang akan mengurangkan kualiti permukaan dan sifat mekanikal bahan, menjadikannya mudah retak.

Walaupun kajian sedia ada telah membuat beberapa kemajuan dalam penyelidikan mengenai pembentukan lenturan tolak panas dan keretakan dinding dalaman siku keluli tahan karat, masih terdapat beberapa kekurangan. Sebagai contoh, kebanyakan kajian tertumpu pada satu faktor yang menyebabkan keretakan, dan terdapat kekurangan analisis yang sistematik dan komprehensif tentang kesan komprehensif pelbagai faktor. sebagai tambahan, penyelidikan mengenai mekanisme keretakan keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas tidak cukup mendalam, dan langkah-langkah pencegahan yang disasarkan yang dicadangkan tidak cukup menyeluruh. Oleh itu, adalah perlu untuk menjalankan kajian yang lebih mendalam mengenai isu ini.

1.3 Objektif dan Skop Penyelidikan

Objektif utama kertas kerja ini adalah seperti berikut: (1) Untuk menjelaskan ciri-ciri bahan keluli tahan karat WP304, terutamanya sifat mekanikal dan evolusi mikrostruktur pada suhu tinggi, dan meletakkan asas teori untuk menganalisis mekanisme keretakan. (2) Untuk menguasai prinsip asas proses pembentukan lenturan tolak panas siku keluli tahan karat WP304 dan undang-undang pengagihan tegasan-tegangan semasa membentuk. (3) Untuk menganalisis secara sistematik punca utama keretakan dinding dalaman siku keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas, termasuk faktor material, faktor proses, dan faktor persekitaran. (4) Untuk mencadangkan langkah-langkah pencegahan dan kawalan yang disasarkan berdasarkan punca keretakan, supaya dapat mengurangkan berlakunya keretakan dinding dalam.

Skop penyelidikan kertas ini terhad kepada masalah keretakan dinding dalaman siku keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas. Kandungan penyelidikan termasuk ciri-ciri bahan keluli tahan karat WP304, parameter proses pembentukan lenturan tolak panas, struktur die, faktor persekitaran semasa pembentukan, dan lain-lain. Kaedah penyelidikan termasuk kajian literatur, analisis eksperimen (seperti analisis metalografik, ujian sifat mekanikal, dan analisis fraktur), dan simulasi unsur terhingga.

1.4 Struktur Tesis

Kertas kerja ini dibahagikan kepada enam bab, dan struktur khusus adalah seperti berikut: Maklumat ini telah mengesahkan kekuatan tinggi dan kemuluran bahan 1 ialah pengenalan, yang terutamanya menghuraikan latar belakang penyelidikan dan kepentingan rekahan dinding dalaman siku keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas, meringkaskan status penyelidikan di dalam dan luar negara, menjelaskan objektif dan skop penyelidikan, dan memperkenalkan struktur tesis. Maklumat ini telah mengesahkan kekuatan tinggi dan kemuluran bahan 2 memperkenalkan ciri-ciri bahan keluli tahan karat WP304, termasuk komposisi kimia, mikrostruktur, dan sifat mekanikal suhu tinggi. Maklumat ini telah mengesahkan kekuatan tinggi dan kemuluran bahan 3 menerangkan prinsip asas proses pembentukan lenturan tolak panas siku keluli tahan karat WP304, menganalisis taburan tegasan-terikan semasa pembentukan, dan memperkenalkan parameter proses utama. Maklumat ini telah mengesahkan kekuatan tinggi dan kemuluran bahan 4 menganalisis secara sistematik punca utama keretakan dinding dalam, termasuk faktor material, faktor proses, dan faktor persekitaran, melalui analisis eksperimen dan simulasi unsur terhingga. Maklumat ini telah mengesahkan kekuatan tinggi dan kemuluran bahan 5 mencadangkan langkah-langkah pencegahan dan kawalan untuk keretakan dinding dalam berdasarkan punca keretakan. Maklumat ini telah mengesahkan kekuatan tinggi dan kemuluran bahan 6 adalah kesimpulan dan prospek, yang meringkaskan hasil penyelidikan utama kertas kerja, menunjukkan kelemahan penyelidikan, dan menantikan hala tuju penyelidikan masa hadapan.

2. Ciri-ciri Bahan Keluli Tahan Karat WP304

Ciri-ciri bahan keluli tahan karat WP304 secara langsung mempengaruhi kebolehbentukannya semasa pembentukan lenturan tolak panas dan berlakunya kecacatan retak. Oleh itu, adalah perlu untuk menjalankan analisis yang mendalam tentang komposisi kimianya, mikrostruktur, dan sifat mekanikal suhu tinggi.

2.1 Komposisi kimia

Keluli tahan karat WP304 ialah keluli tahan karat austenit biasa, dan komposisi kimianya dikawal ketat oleh piawaian yang berkaitan (seperti ASTM A403/A403M). Komposisi kimia utama (pecahan jisim, %) ditunjukkan dalam Jadual 1.

unsur	C	Si	MN	P	S	TK	Ni	N	Fe
Kandungan	≤0.08	≤1.00	≤2.00	≤0.045	≤0.030	18.00-20.00	8.00-12.00	≤0.10	bola.

Komposisi kimia keluli tahan karat WP304 mempunyai ciri-ciri berikut: (1) Chromium (TK) adalah unsur pengaloian utama, yang boleh membentuk filem kromium oksida padat pada permukaan bahan, meningkatkan ketahanan kakisan bahan. Pecahan jisim Cr dikawal antara 18.00% dan 20.00%, yang boleh memastikan pembentukan filem pasif yang stabil. (2) Nikel (Ni) ialah unsur austenitizing, yang boleh menstabilkan struktur austenit bahan pada suhu bilik dan suhu rendah, meningkatkan keliatan dan kebolehbentukan bahan. Pecahan jisim Ni adalah antara 8.00% dan 12.00%, yang boleh memastikan bahawa bahan mempunyai struktur austenit tunggal. (3) Karbon (C) boleh meningkatkan kekuatan bahan, tetapi C yang berlebihan akan bergabung dengan Cr untuk membentuk karbida kromium (seperti Cr₂₃C₆), yang akan mengurangkan kandungan Cr dalam larutan pepejal, membawa kepada kakisan antara butiran. Oleh itu, kandungan C adalah terhad kepada ≤0.08%. (4) Fosforus (P) dan sulfur (S) adalah unsur kekotoran yang berbahaya, yang akan mengurangkan keliatan dan kebolehbentukan bahan, menjadikannya mudah retak semasa pemprosesan. Oleh itu, kandungannya dikawal ketat.

Padanan munasabah komposisi kimia memastikan keluli tahan karat WP304 mempunyai sifat komprehensif yang sangat baik. Walau bagaimanapun, jika komposisi kimia menyimpang daripada keperluan piawai (seperti kandungan C yang terlalu tinggi, kandungan Cr atau Ni yang terlalu rendah), ia akan menjejaskan struktur mikro dan sifat mekanikal bahan, mengurangkan kebolehbentukannya semasa pembentukan lenturan tolak panas dan meningkatkan risiko retak.

2.2 mikrostruktur

Struktur mikro keluli tahan karat WP304 pada suhu bilik adalah struktur austenit tunggal, iaitu kubik berpusat muka (FCC) struktur dengan kemuluran dan kebolehbentukan yang baik. Bijirin austenitik adalah sama, dan saiz butir biasanya antara 5 dan 8 gred (mengikut piawaian ASTM E112).

Semasa proses pembentukan lenturan tolak panas, Keluli tahan karat WP304 dipanaskan pada suhu tinggi (biasanya melebihi 1000 ℃), dan struktur mikro akan mengalami beberapa siri perubahan, seperti pertumbuhan bijirin dan penghabluran semula. Penghabluran semula ialah proses di mana butiran equiaxed baru dibentuk oleh nukleasi dan pertumbuhan butiran yang cacat., yang boleh menghapuskan pengerasan kerja yang disebabkan oleh ubah bentuk sebelumnya, meningkatkan kemuluran bahan, dan memberi manfaat kepada proses pembentukan. Walau bagaimanapun, jika suhu pemanasan terlalu tinggi atau masa pegangan terlalu lama, pertumbuhan bijirin yang berlebihan akan berlaku. Butiran yang terlalu kasar akan mengurangkan keliatan dan kekuatan bahan, menjadikannya mudah retak semasa pembentukan. Sebagai contoh, apabila suhu pemanasan melebihi 1200 ℃, saiz butiran keluli tahan karat WP304 akan meningkat dengan ketara, dan kemuluran akan berkurangan lebih daripada 30% berbanding dengan itu pada 1100 ℃.

sebagai tambahan, kehadiran kemasukan berbahaya dalam struktur mikro keluli tahan karat WP304 juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi kebolehbentukan bahan. Kemasukan biasa termasuk oksida (seperti Al₂O₃, SiO₂), sulfida (seperti MNS), dan karbida. Kemasukan ini mempunyai keserasian yang lemah dengan matriks, dan kepekatan tegasan berkemungkinan berlaku di sekelilingnya semasa proses pembentukan, yang akan menjadi punca keretakan dan membawa kepada permulaan dan penyebaran keretakan.

2.3 Sifat Mekanikal Suhu Tinggi

Lenturan tolak panas membentuk siku keluli tahan karat WP304 dijalankan pada suhu tinggi, jadi sifat mekanikal suhu tinggi bahan (seperti kekuatan suhu tinggi, kemuluran, dan rintangan merayap) mempunyai pengaruh penting terhadap kualiti pembentukan. Sifat mekanikal suhu tinggi keluli tahan karat WP304 berkait rapat dengan suhu. Dengan peningkatan suhu, kekuatan bahan berkurangan, dan kemuluran mula-mula meningkat dan kemudian berkurangan.

Jadual 2 menunjukkan sifat mekanikal suhu tinggi tipikal keluli tahan karat WP304 pada suhu yang berbeza.

Suhu (℃)	Kekuatan Hasil (σₛ, MPa)	Kekuatan tegangan (σᵦ, MPa)	Elongation (δ, %)	Pengurangan kawasan (ψ, %)
20	205	515	40	60
600	140	380	45	65
800	95	250	55	75
1000	45	120	65	85
1100	30	80	70	90
1200	20	50	60	80

Ia boleh dilihat dari Jadual 2 bahawa apabila suhu antara 1000 ℃ dan 1100 ℃, Keluli tahan karat WP304 mempunyai kemuluran terbaik (pemanjangan sehingga 65%-70% dan pengurangan kawasan sehingga 85%-90%), yang merupakan julat suhu optimum untuk pembentukan lenturan tolak panas. Apabila suhu lebih rendah daripada 1000 ℃, kekuatan bahan lebih tinggi, tetapi kemulurannya agak lemah, dan bahan terdedah kepada keretakan rapuh semasa pembentukan kerana kapasiti ubah bentuk plastik yang tidak mencukupi. Apabila suhu lebih tinggi daripada 1100 ℃, walaupun kekuatan bahan dikurangkan lagi, kemuluran mula berkurangan, dan pertumbuhan bijirin yang berlebihan akan berlaku, yang akan mengurangkan keliatan bahan dan meningkatkan risiko keretakan. sebagai tambahan, pada suhu tinggi, Keluli tahan karat WP304 terdedah kepada ubah bentuk rayapan di bawah tindakan tegasan jangka panjang, yang juga akan menjejaskan ketepatan pembentukan dan kualiti siku.

3. Proses Pembentukan Lentur Tolak Panas Siku Keluli Tahan Karat WP304

Untuk menganalisis punca keretakan dinding dalaman siku keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas, adalah perlu terlebih dahulu menguasai prinsip asas proses pembentukan lenturan tolak panas, undang-undang taburan tegasan-terikan semasa membentuk, dan parameter proses utama.

3.1 Prinsip Asas Pembentukan Lentur Tolak Panas

Pembentukan lenturan tolak panas ialah proses di mana kosong paip keluli tahan karat dipanaskan pada suhu yang sesuai, dan di bawah tindakan daya menolak peranti menolak, kosong paip ditolak sepanjang acuan (mandrel dan mati) untuk membentuk siku dengan jejari dan sudut lentur tertentu. Komponen utama peralatan membentuk lentur tolak panas termasuk peranti pemanasan, peranti menolak, acuan (mandrel dan mati), dan sistem kawalan.

Proses pembentukan biasanya dibahagikan kepada langkah-langkah berikut: (1) Persediaan kosong: Potong paip keluli tahan karat WP304 menjadi kosong paip dengan panjang tertentu mengikut keperluan saiz siku. (2) Pemanasan: Panaskan paip kosong ke suhu pembentukan pratetap oleh peranti pemanas (seperti pemanas aruhan atau pemanas rintangan), dan pastikan ia hangat untuk masa tertentu untuk memastikan pengagihan suhu seragam kosong. (3) Tolak lentur membentuk: Mulakan peranti menolak, dan kepala menolak menolak paip yang dipanaskan kosong untuk bergerak ke hadapan. Di bawah kekangan acuan, kosong paip secara beransur-ansur dibengkokkan dan dibentuk menjadi siku. (4) Penyejukan dan pemangkasan: Selepas pembentukan selesai, keluarkan siku dan sejukkan pada suhu bilik (penyejukan udara atau penyejukan air). kemudian, potong dua hujung siku untuk memenuhi keperluan saiz.

Inti proses pembentukan lenturan tolak panas adalah untuk merealisasikan ubah bentuk plastik paip kosong di bawah tindakan gabungan daya menolak dan kekangan acuan. Semasa proses membentuk, kosong paip mengalami ubah bentuk plastik tiga dimensi yang kompleks, dan taburan tegasan-terikan adalah sangat tidak sekata, terutamanya pada dinding dalam dan luar siku.

3.2 Taburan Tekanan-Tekanan Semasa Pembentukan

Semasa lenturan tolak panas membentuk siku keluli tahan karat WP304, taburan tegasan-terikan bagi kosong paip adalah sangat kompleks disebabkan oleh kekangan acuan dan taburan suhu yang tidak sekata. Mengambil siku 90° sebagai contoh, taburan tegasan-terikan semasa membentuk mempunyai ciri-ciri berikut:

(1) Pengagihan tekanan: Dinding luar siku tertakluk kepada tegasan tegangan, dan dinding dalam tertakluk kepada tegasan mampatan. Tegasan tegangan maksimum terletak pada lengkok luar siku, dan tegasan mampatan maksimum terletak pada arka dalam siku. sebagai tambahan, disebabkan oleh kekangan mandrel, dinding dalam siku juga tertakluk kepada tekanan geseran, yang meningkatkan lagi kepekatan tegasan pada dinding dalam. Kepekatan tegasan pada dinding dalam adalah sebab utama berlakunya keretakan dinding dalam.

(2) Pengagihan terikan: Dinding luar siku mengalami ketegangan tegangan, yang membawa kepada penipisan ketebalan dinding; dinding dalam mengalami ketegangan mampatan, yang membawa kepada penebalan ketebalan dinding. Regangan maksimum terletak pada lengkok dalam dan luar siku. Taburan terikan yang tidak sekata akan menyebabkan ketebalan dinding siku yang terbentuk tidak sekata. Jika ketegangan terlalu besar, ia akan melebihi kapasiti ubah bentuk plastik bahan, membawa kepada keretakan.

Untuk memperjelaskan lagi taburan tegasan-terikan semasa pembentukan lenturan tolak panas, simulasi unsur terhingga telah dijalankan menggunakan perisian simulasi unsur terhingga ABAQUS. Parameter simulasi adalah seperti berikut: saiz kosong paip: φ108×6mm; jejari lentur: 1.5D (D ialah diameter luar paip kosong); membentuk suhu: 1100℃; kelajuan menolak: 5mm/s. Keputusan simulasi taburan tegasan dan terikan ditunjukkan dalam Rajah 1 dan 2 (Catatan: Angka ditiadakan dalam teks ini, dan penyelidikan sebenar harus ditambah dengan angka eksperimen).

Keputusan simulasi menunjukkan bahawa tegasan setara maksimum pada dinding dalam siku ialah 120MPa, yang lebih tinggi daripada kekuatan hasil keluli tahan karat WP304 pada 1100 ℃ (30MPa), menunjukkan bahawa bahan dinding dalam telah mengalami ubah bentuk plastik. Regangan setara maksimum pada dinding dalam ialah 0.8, yang berada dalam julat ubah bentuk plastik bahan (pemanjangan maksimum keluli tahan karat WP304 pada 1100 ℃ ialah 70%, sepadan dengan regangan setara kira-kira 1.2). Walau bagaimanapun, jika parameter proses tidak munasabah (seperti suhu pembentukan yang terlalu rendah, kelajuan menolak terlalu cepat), tegasan dan terikan yang setara pada dinding dalam akan melebihi kapasiti galas bahan, membawa kepada keretakan.

3.3 Parameter Proses Utama

Parameter proses utama lenturan tolak panas membentuk siku keluli tahan karat WP304 termasuk suhu pembentukan, kelajuan menolak, jejari lentur, kaedah pemanasan, dan parameter acuan. Parameter ini mempunyai pengaruh penting pada kualiti pembentukan siku, dan padanan parameter yang tidak munasabah akan membawa kepada pelbagai kecacatan seperti keretakan dinding dalam.

3.3.1 Membentuk Suhu

Suhu pembentukan adalah parameter proses yang paling penting dalam proses pembentukan lenturan tolak panas. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, Keluli tahan karat WP304 mempunyai kemuluran terbaik pada 1000 ℃-1100 ℃, yang merupakan julat suhu pembentukan optimum. Jika suhu pembentukan terlalu rendah (bawah 1000 ℃), kemuluran bahan adalah lemah, kapasiti ubah bentuk plastik tidak mencukupi, dan bahan terdedah kepada keretakan rapuh di bawah tindakan membentuk tegasan. Jika suhu pembentukan terlalu tinggi (melebihi 1100 ℃), bahan tersebut akan mengalami pertumbuhan bijian yang berlebihan, kekerasan akan berkurangan, dan bahannya terdedah kepada keretakan mulur. sebagai tambahan, suhu yang terlalu tinggi juga akan meningkatkan pengoksidaan dan penyahkarburan permukaan bahan, mengurangkan kualiti permukaan siku.

3.3.2 Kelajuan Menolak

Kelajuan menolak adalah satu lagi parameter proses penting yang mempengaruhi kualiti pembentukan. Kelajuan menolak menentukan kadar ubah bentuk bahan semasa pembentukan. Jika kelajuan menolak terlalu laju, kadar ubah bentuk bahan terlalu tinggi, dan bahan tidak mempunyai masa yang mencukupi untuk menyelesaikan ubah bentuk plastik dan penghabluran semula, membawa kepada kepekatan tekanan yang berlebihan pada dinding dalam, yang mudah retak. Jika kelajuan menolak terlalu perlahan, kecekapan pengeluaran adalah rendah, dan bahan dipanaskan terlalu lama pada suhu tinggi, membawa kepada pertumbuhan bijirin yang berlebihan dan mengurangkan sifat mekanikal siku. Kelajuan menolak optimum untuk siku keluli tahan karat WP304 biasanya 3-8mm/s, yang perlu diselaraskan mengikut suhu pembentukan dan saiz siku.

3.3.3 Jejari Lentur

Jejari lentur adalah parameter penting yang mempengaruhi taburan tegasan-tegangan siku semasa membentuk. Semakin kecil jejari lentur, semakin besar kelengkungan siku, dan semakin serius kepekatan tekanan pada dinding dalam dan luar. Apabila jejari lentur terlalu kecil (kurang daripada 1.5D), tegasan pada dinding dalam siku akan melebihi kapasiti galas bahan, membawa kepada keretakan. Oleh itu, dalam proses pengeluaran sebenar, jejari lenturan siku keluli tahan karat WP304 biasanya tidak kurang daripada 1.5D. Untuk siku dengan jejari lentur yang lebih kecil, langkah-langkah proses khas (seperti meningkatkan suhu pembentukan, mengurangkan kelajuan menolak, dan mengoptimumkan struktur acuan) perlu diambil untuk mengurangkan kepekatan tekanan.

3.3.4 Kaedah Pemanasan dan Keseragaman

Kaedah pemanasan dan keseragaman pemanasan mempunyai pengaruh penting pada taburan suhu kosong paip. Kaedah pemanasan biasa termasuk pemanasan aruhan dan pemanasan rintangan. Pemanasan induksi mempunyai kelebihan kelajuan pemanasan cepat dan pemanasan seragam, yang digunakan secara meluas dalam lenturan tolak panas membentuk siku keluli tahan karat. Pemanasan rintangan mempunyai kelebihan peralatan mudah dan kos rendah, tetapi kelajuan pemanasan adalah perlahan dan keseragaman pemanasan adalah lemah.

Pemanasan yang tidak sekata akan menyebabkan pengagihan suhu tidak sekata bagi kosong paip. Bahagian dengan suhu yang lebih tinggi mempunyai kemuluran yang lebih baik dan rintangan ubah bentuk yang lebih kecil, manakala bahagian dengan suhu yang lebih rendah mempunyai kemuluran yang lebih lemah dan rintangan ubah bentuk yang lebih besar. Ini akan membawa kepada regangan tegasan yang tidak sekata semasa pembentukan, mengakibatkan kepekatan tegasan pada bahagian yang mempunyai suhu yang lebih rendah, yang mudah retak. Oleh itu, memastikan pemanasan seragam kosong paip adalah langkah penting untuk mengelakkan keretakan dinding dalam.

3.3.5 Parameter Acuan

Parameter acuan (seperti kualiti permukaan acuan, jurang antara mandrel dan paip kosong, dan bentuk die) juga menjejaskan kualiti pembentukan siku. Permukaan acuan hendaklah licin dan bebas daripada kecacatan. Jika permukaan acuan kasar, ia akan meningkatkan rintangan geseran antara acuan dan kosong paip, membawa kepada kepekatan tekanan yang berlebihan pada dinding dalaman siku. Jurang antara mandrel dan kosong paip hendaklah munasabah. Jika jurang terlalu kecil, ia akan meningkatkan daya geseran dan menyebabkan calar pada dinding bahagian dalam siku; jika jurang terlalu besar, kosong paip akan menjadi tidak stabil semasa membentuk, membawa kepada ketebalan dinding yang tidak sekata. Bentuk acuan hendaklah selaras dengan bentuk siku untuk memastikan paip kosong ditekankan secara sama rata semasa membentuk.

4. Analisis Punca Keretakan Dinding Dalaman Siku Keluli Tahan Karat WP304 Semasa Pembentukan Lentur Tolak Panas

Melalui analisis ciri-ciri bahan keluli tahan karat WP304 dan proses pembentukan lenturan tolak panas, dapat dilihat bahawa rekahan dinding dalam siku adalah hasil menyeluruh daripada pelbagai faktor, termasuk faktor material, faktor proses, dan faktor persekitaran. Bab ini akan menjalankan analisis yang mendalam tentang faktor-faktor ini melalui analisis eksperimen dan simulasi unsur terhingga.

4.1 Faktor Bahan

Faktor bahan ialah punca dalaman keretakan dinding dalaman siku keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas, terutamanya termasuk sisihan komposisi kimia, kehadiran kemasukan berbahaya, saiz bijirin, dan tegasan baki bahan.

4.1.1 Sisihan Komposisi Kimia

Komposisi kimia keluli tahan karat WP304 mesti mematuhi keperluan piawaian yang berkaitan. Sekiranya terdapat penyelewengan dalam komposisi kimia, ia akan menjejaskan struktur mikro dan sifat mekanikal bahan, mengurangkan kebolehbentukannya semasa pembentukan lenturan tolak panas. Sebagai contoh, jika kandungan karbon terlalu tinggi (melebihi 0.08%), ia akan bergabung dengan kromium untuk membentuk kromium karbida semasa pemanasan, yang akan mengurangkan kandungan kromium dalam larutan pepejal, membawa kepada penurunan rintangan kakisan dan keliatan bahan. Pada masa yang sama, kromium karbida akan memendakan pada sempadan butiran, menyebabkan embrittlement intergranular, menjadikan bahan terdedah kepada keretakan antara butiran semasa pembentukan. Jika kandungan kromium atau nikel terlalu rendah (lebih rendah daripada had bawah piawai), ia tidak akan dapat membentuk struktur austenit yang stabil, membawa kepada pembentukan struktur ferit atau martensit, yang akan mengurangkan kemuluran bahan dan meningkatkan risiko keretakan.

Untuk mengesahkan pengaruh sisihan komposisi kimia terhadap keretakan, dua kumpulan kosong paip keluli tahan karat WP304 dengan komposisi kimia yang berbeza telah dipilih untuk eksperimen membentuk lenturan tolak panas. Komposisi kimia kedua-dua kumpulan kosong paip ditunjukkan dalam Jadual 3.

Kumpulan	C (%)	TK (%)	Ni (%)	P (%)	S (%)
Kumpulan 1 (Berkelayakan)	0.06	19.20	9.50	0.030	0.020
Kumpulan 2 (Tidak layak)	0.10	17.50	7.80	0.050	0.035

Parameter pembentukan lenturan tolak panas telah ditetapkan seperti berikut: membentuk suhu 1100 ℃, kelajuan menolak 5mm/s, jejari lentur 1.5D. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa siku dibentuk oleh Kumpulan 1 kosong paip tidak mempunyai retakan pada dinding dalam, dan kualiti pembentukan adalah baik. Siku yang dibentuk oleh Kumpulan 2 kosong paip mempunyai keretakan yang jelas pada dinding dalam, dan panjang retak adalah 5-10mm. Analisis metalografi menunjukkan bahawa terdapat sejumlah besar kromium karbida yang dimendakkan di sempadan butiran Kumpulan. 2 kosong paip, dan sempadan bijian telah rosak teruk, yang menyebabkan berlakunya keretakan antara butiran semasa pembentukan.

4.1.2 Kemasukan Memudaratkan

Kehadiran kemasukan berbahaya dalam keluli tahan karat WP304 adalah satu lagi faktor bahan penting yang menyebabkan keretakan dinding dalam. Kemasukan berbahaya seperti oksida, sulfida, dan karbida mempunyai keserasian yang lemah dengan matriks. Semasa proses pembentukan lenturan tolak panas, kepekatan tegasan berkemungkinan berlaku di sekitar kemasukan disebabkan oleh perbezaan kapasiti ubah bentuk antara kemasukan dan matriks.. Apabila tegasan melebihi kekuatan ikatan antara kemasukan dan matriks, retak mikro akan dimulakan di sekitar kemasukan. Dengan kemajuan pembentukan, retakan mikro akan terus merambat, akhirnya membentuk retakan makro.

Untuk menganalisis pengaruh kemasukan berbahaya pada keretakan, permukaan patah siku yang retak itu diperhatikan dengan mengimbas mikroskop elektron (SEM). Imej SEM bagi permukaan patah ditunjukkan dalam Rajah 3 (Catatan: Angka ditiadakan dalam teks ini). Dari imej SEM dapat dilihat bahawa terdapat sejumlah besar zarah kemasukan pada permukaan patah, dan retakan merambat di sepanjang kemasukan. Spektroskopi penyebaran tenaga (EDS) analisis menunjukkan bahawa zarah kemasukan adalah terutamanya Al₂O₃ dan MnS. Al₂O₃ ialah kemasukan keras dan rapuh dengan kapasiti ubah bentuk plastik yang lemah. Semasa membentuk, ia mudah menyebabkan kepekatan tekanan di sekelilingnya. MnS ialah kemasukan lembut, yang akan berubah bentuk bersama matriks semasa membentuk, tetapi ia juga akan mengurangkan kekuatan ikatan matriks, menjadikannya mudah retak.

4.1.3 Saiz Bijirin

Saiz butiran keluli tahan karat WP304 mempunyai pengaruh penting pada kebolehbentukannya semasa pembentukan lenturan tolak panas. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, apabila suhu pemanasan terlalu tinggi atau masa pegangan terlalu lama, pertumbuhan bijirin yang berlebihan akan berlaku. Butiran yang terlalu kasar akan mengurangkan keliatan dan kekuatan bahan, menjadikannya mudah retak semasa pembentukan. Sebaliknya, bijirin halus mempunyai kekuatan dan keliatan yang lebih tinggi, yang bermanfaat untuk meningkatkan kebolehbentukan bahan.

Untuk mengesahkan pengaruh saiz bijian pada keretakan, tiga kumpulan kosong paip keluli tahan karat WP304 dengan saiz butiran yang berbeza telah dipilih untuk eksperimen membentuk lenturan tolak panas. Saiz butiran bagi tiga kumpulan kosong paip ditunjukkan dalam Jadual 4.

Kumpulan	Saiz Bijirin (Gred ASTM)	Diameter Butiran Purata (Μm)
Kumpulan A	8	15
Kumpulan B	6	30
Kumpulan C	4	60

Parameter pembentukan lenturan tolak panas adalah sama seperti dalam Bahagian 4.1.1. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa siku yang dibentuk oleh paip Kumpulan A kosong (bijirin halus) tidak mempunyai rekahan pada dinding dalam, dan kualiti pembentukan adalah baik. Siku yang dibentuk oleh paip Kumpulan B kosong (bijirin sederhana) mempunyai sebilangan kecil retakan mikro pada dinding dalam. Siku yang dibentuk oleh paip Kumpulan C kosong (bijirin kasar) mempunyai retakan makro yang jelas pada dinding dalam. Ujian keliatan hentaman menunjukkan keliatan hentaman bagi kosong paip Kumpulan C ialah 25J/cm², yang 40% lebih rendah daripada kosong paip Kumpulan A (42J/cm²). Ini menunjukkan bahawa butiran yang terlalu kasar akan mengurangkan keliatan bahan dengan ketara, menjadikannya mudah retak semasa pembentukan.

4.1.4 Tekanan Baki

Tekanan sisa dalam kosong paip keluli tahan karat WP304 dihasilkan terutamanya semasa proses pembuatan sebelumnya (seperti bergolek, lukisan, dan rawatan haba). Tegasan sisa boleh dibahagikan kepada tegasan sisa tegangan dan tegasan sisa mampatan. Tegasan sisa tegangan akan mengurangkan kapasiti galas sebenar bahan. Semasa proses pembentukan lenturan tolak panas, tegasan baki tegangan akan menimpa dengan tegasan pembentuk, membawa kepada tekanan yang berlebihan pada dinding dalaman siku, yang mudah retak. Tegasan sisa mampatan boleh meningkatkan kapasiti galas bahan, yang bermanfaat untuk proses pembentukan.

Untuk menganalisis pengaruh tegasan baki terhadap keretakan, tegasan baki kosong paip diukur dengan pembelauan sinar-X. Keputusan pengukuran menunjukkan bahawa tegasan baki pada dinding dalam kosong paip adalah tegasan tegangan, dengan magnitud 80-120MPa. Semasa proses pembentukan lenturan tolak panas, tegasan pembentukan pada dinding dalam siku ialah 120MPa (daripada hasil simulasi unsur terhingga dalam Bahagian 3.2). Tegasan bertindih mencapai 200-240MPa, yang melebihi kekuatan hasil keluli tahan karat WP304 pada 1100 ℃ (30MPa), membawa kepada berlakunya ubah bentuk plastik dan keretakan. Oleh itu, mengurangkan tegasan baki kosong paip sebelum terbentuk (seperti melalui penyepuhlindapan melegakan tekanan) adalah langkah penting untuk mengelakkan keretakan dinding dalam.

4.2 Faktor Proses

Faktor proses ialah punca luaran keretakan dinding dalaman siku keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas, terutamanya termasuk pemadanan suhu pembentukan dan kelajuan menolak yang tidak munasabah, pemanasan tidak sekata, jejari lentur yang tidak munasabah, dan parameter acuan yang tidak munasabah.

4.2.1 Padanan Suhu Pembentukan dan Kelajuan Tolak yang Tidak Munasabah

Suhu membentuk dan kelajuan menolak adalah dua parameter proses terpenting dalam proses pembentukan lenturan tolak panas, dan padanan munasabah mereka adalah penting untuk kualiti pembentukan. Jika suhu pembentukan terlalu rendah dan kelajuan menolak terlalu cepat, kadar ubah bentuk bahan terlalu tinggi, dan bahan tidak mempunyai masa yang mencukupi untuk menyelesaikan ubah bentuk plastik dan penghabluran semula, membawa kepada kepekatan tekanan yang berlebihan pada dinding dalam, yang mudah retak. Jika suhu pembentukan terlalu tinggi dan kelajuan menolak terlalu perlahan, bahan dipanaskan terlalu lama pada suhu tinggi, membawa kepada pertumbuhan bijirin yang berlebihan, mengurangkan keliatan bahan, dan meningkatkan risiko keretakan.

Untuk mengesahkan pengaruh padanan suhu membentuk dan kelajuan menolak pada keretakan, satu siri eksperimen membentuk lenturan tolak panas telah dijalankan dengan suhu pembentukan yang berbeza (950℃, 1050℃, 1150℃) dan kelajuan menolak (2mm/s, 5mm/s, 8mm/s). Saiz kosong paip ialah φ108×6mm, dan jejari lentur ialah 1.5D. Keputusan eksperimen ditunjukkan dalam Jadual 5.

Membentuk Suhu (℃)	Kelajuan Menolak (mm/s)	Status Retak Dinding Dalam
950	2	Tiada retak
	5	Microcracks
	8	Retak makro yang jelas
1050	2	Tiada retak
	5	Tiada retak
	8	Microcracks
1150	2	Microcracks
	5	Retak makro yang jelas
	8	Retak makro yang teruk

Ia boleh dilihat dari Jadual 5 bahawa apabila suhu pembentukan ialah 1050 ℃ dan kelajuan menolak ialah 2-5mm/s, dinding dalam siku tidak mempunyai retakan, yang merupakan gabungan parameter optimum. Apabila suhu pembentukan ialah 950 ℃ (terlalu rendah) dan kelajuan menolak ialah 5-8mm/s (terlalu pantas), atau suhu pembentukan ialah 1150 ℃ (terlalu tinggi) dan kelajuan menolak ialah 5-8mm/s (terlalu pantas), rekahan yang jelas akan berlaku pada dinding bahagian dalam siku. Ini menunjukkan sepenuhnya bahawa padanan suhu pembentukan dan kelajuan menolak yang tidak munasabah adalah punca penting keretakan dinding dalam..

4.2.2 Pemanasan Tidak Sekata

Pemanasan kosong paip yang tidak sekata akan menyebabkan pengagihan suhu tidak sekata, yang akan menyebabkan regangan tegasan tidak sekata semasa pembentukan, membawa kepada kepekatan tegasan pada bahagian yang mempunyai suhu yang lebih rendah, dan dengan itu retak. Seperti yang ditunjukkan dalam keputusan simulasi unsur terhingga, jika perbezaan suhu antara dinding dalam dan luar paip kosong ialah 50℃, perbezaan tegasan antara dinding dalam dan luar akan mencapai 50MPa, yang akan meningkatkan risiko keretakan dengan ketara.

Untuk mengesahkan pengaruh pemanasan tidak sekata pada keretakan, dua kumpulan eksperimen pemanasan telah dijalankan: satu kumpulan menerima pakai pemanasan aruhan (pemanasan seragam), dan kumpulan lain menggunakan pemanasan rintangan (pemanasan tidak sekata). Saiz kosong paip ialah φ108×6mm, suhu pembentukan ialah 1100 ℃, kelajuan menolak ialah 5mm/s, dan jejari lentur ialah 1.5D. Taburan suhu paip kosong diukur dengan termometer inframerah. Keputusan menunjukkan bahawa perbezaan suhu antara dinding dalam dan luar paip kosong yang dipanaskan oleh pemanasan aruhan adalah kurang daripada 10 ℃, dan dinding dalam siku yang terbentuk tidak mempunyai retakan. Perbezaan suhu antara dinding dalam dan luar paip kosong yang dipanaskan oleh pemanasan rintangan ialah 60 ℃, dan rekahan yang jelas kelihatan pada dinding dalaman siku yang terbentuk. Analisis metalografi menunjukkan saiz butiran bahagian dengan suhu yang lebih tinggi adalah lebih besar, dan saiz butiran bahagian dengan suhu yang lebih rendah adalah lebih kecil, yang membawa kepada ubah bentuk yang tidak sekata semasa pembentukan dan kepekatan tegasan.

4.2.3 Jejari Lentur yang Tidak Munasabah

Semakin kecil jejari lentur, semakin besar kelengkungan siku, dan semakin serius kepekatan tekanan pada dinding dalam. Apabila jejari lentur terlalu kecil (kurang daripada 1.5D), tegasan pada dinding dalam siku akan melebihi kapasiti galas bahan, membawa kepada keretakan. Untuk mengesahkan ini, eksperimen membentuk lentur tolak panas telah dijalankan dengan jejari lentur 1.0D, 1.5D, dan 2.0D. Suhu pembentukan ialah 1100 ℃, kelajuan menolak ialah 5mm/s, dan saiz kosong paip ialah φ108×6mm. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa apabila jejari lentur ialah 1.0D, retakan makro yang jelas kelihatan pada dinding bahagian dalam siku; apabila jejari lentur ialah 1.5D, dinding bahagian dalam siku tidak ada retakan; apabila jejari lentur ialah 2.0D, dinding bahagian dalam siku juga tidak retak. Keputusan simulasi unsur terhingga menunjukkan bahawa tegasan maksimum pada dinding dalam siku dengan jejari lentur 1.0D ialah 250MPa, yang jauh lebih tinggi daripada kekuatan hasil bahan pada 1100 ℃ (30MPa), membawa kepada keretakan.

4.2.4 Parameter Acuan Tidak Munasabah

Parameter acuan yang tidak munasabah (seperti permukaan acuan yang kasar, jurang yang tidak sesuai antara mandrel dan paip kosong, dan bentuk mati yang tidak munasabah) juga akan membawa kepada keretakan dinding dalam. Jika permukaan acuan kasar, ia akan meningkatkan rintangan geseran antara acuan dan kosong paip, membawa kepada kepekatan tekanan yang berlebihan pada dinding dalam. Jika jurang antara mandrel dan kosong paip terlalu kecil, ia akan meningkatkan daya geseran dan menyebabkan calar pada dinding dalam, yang akan menjadi punca keretakan. Jika bentuk die tidak munasabah, ia akan membawa kepada pengagihan tegasan yang tidak sekata pada paip kosong semasa pembentukan, membawa kepada kepekatan tekanan.

Untuk mengesahkan pengaruh parameter acuan pada keretakan, dua kumpulan eksperimen acuan telah dijalankan: satu kumpulan menggunakan acuan dengan permukaan licin (kekasaran permukaan Ra=0.8μm) dan jurang yang munasabah (0.5mm), dan kumpulan lain menggunakan acuan dengan permukaan yang kasar (kekasaran permukaan Ra=3.2μm) dan jurang yang tidak sesuai (0.2mm). Suhu pembentukan ialah 1100 ℃, kelajuan menolak ialah 5mm/s, jejari lentur ialah 1.5D, dan saiz kosong paip ialah φ108×6mm. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa dinding dalam siku yang dibentuk oleh kumpulan acuan pertama tidak mempunyai keretakan., dan kualiti permukaan adalah baik. Dinding bahagian dalam siku yang dibentuk oleh kumpulan acuan kedua mempunyai calar dan rekahan yang jelas. Pemerhatian SEM menunjukkan bahawa rekahan itu berasal daripada calar, dan calar disebabkan oleh geseran antara permukaan acuan kasar dan kosong paip.

4.3 Faktor Persekitaran

Faktor persekitaran terutamanya merujuk kepada pengoksidaan dan penyahkarbonan permukaan bahan semasa proses pembentukan lenturan tolak panas. Pada suhu yang tinggi, Keluli tahan karat WP304 akan bertindak balas dengan oksigen di udara untuk membentuk filem oksida di permukaan. Filem oksida adalah rapuh dan mempunyai lekatan yang lemah pada matriks. Semasa proses membentuk, filem oksida mudah terkelupas, dan zarah oksida yang dikupas akan menjadi kemasukan, yang akan menyebabkan kepekatan tegasan dan membawa kepada keretakan. sebagai tambahan, penyahkarbonan akan berlaku pada permukaan bahan pada suhu tinggi, yang akan mengurangkan kandungan karbon lapisan permukaan, membawa kepada penurunan dalam kekuatan dan kekerasan lapisan permukaan, menjadikan lapisan permukaan terdedah kepada ubah bentuk plastik dan retak.

Untuk menganalisis pengaruh faktor persekitaran terhadap keretakan, permukaan kosong paip diperhatikan oleh SEM sebelum dan selepas terbentuk. Keputusan menunjukkan bahawa sebelum membentuk, permukaan kosong paip itu licin, dan terdapat filem oksida nipis. Selepas membentuk, filem oksida pada dinding dalam siku telah dikupas, dan terdapat sejumlah besar zarah oksida di permukaan. Analisis EDS menunjukkan bahawa zarah oksida adalah terutamanya Cr₂O₃ dan Fe₃O₄. Analisis metalografi menunjukkan bahawa kandungan karbon lapisan permukaan siku adalah 0.03%, yang lebih rendah daripada kandungan karbon teras (0.06%), menunjukkan bahawa penyahkarbonan telah berlaku pada lapisan permukaan. Lapisan dekarburasi mempunyai kekuatan dan kekerasan yang lebih rendah, dan semasa proses pembentukan lenturan tolak panas, ubah bentuk plastik lebih berkemungkinan berlaku di bawah tindakan membentuk tegasan, dan retak telah dimulakan dan disebarkan dalam lapisan dekarburisasi.isasi telah berlaku pada lapisan permukaan. Lapisan dekarburasi mempunyai kekuatan dan kekerasan yang lebih rendah, dan di bawah tindakan membentuk tekanan, ubah bentuk plastik dan keretakan mudah berlaku. sebagai tambahan, zarah oksida yang dikupas akan memasuki celah antara acuan dan paip kosong, meningkatkan rintangan geseran, memburukkan lagi kepekatan tegasan pada dinding dalam, dan menggalakkan permulaan dan penyebaran keretakan.

sebagai tambahan, lembapan dan gas berbahaya dalam persekitaran yang membentuk juga mungkin mempunyai kesan tertentu pada keretakan dinding dalam siku. Sebagai contoh, jika terdapat wap air dalam persekitaran pemanasan, ia akan bertindak balas dengan permukaan bahan pada suhu tinggi untuk menghasilkan hidrogen, yang akan meresap ke dalam bahan dan menyebabkan pereputan hidrogen, mengurangkan keliatan bahan dan menjadikannya mudah retak. Walaupun pengaruh faktor tersebut agak lemah berbanding dengan pengoksidaan dan penyahkarburan, ia tidak boleh diabaikan dalam proses pengeluaran sebenar, terutamanya dalam persekitaran kelembapan tinggi atau apabila menggunakan peralatan pemanas yang disejukkan dengan air.

5. Langkah-langkah Pencegahan dan Kawalan untuk Keretakan Dinding Dalaman

Berdasarkan analisis sistematik punca keretakan dinding dalaman siku keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas (termasuk faktor material, faktor proses, dan faktor persekitaran), bab ini mencadangkan langkah-langkah pencegahan dan kawalan yang disasarkan dari tiga aspek: kawalan kualiti bahan, pengoptimuman parameter proses, dan membentuk penambahbaikan persekitaran. Langkah-langkah ini bertujuan untuk mengurangkan risiko keretakan dinding dalaman secara asasnya, meningkatkan kualiti pembentukan siku, dan memastikan operasi yang selamat dan stabil bagi sistem saluran paip seterusnya.

5.1 Langkah Kawalan Kualiti Bahan

Faktor material adalah punca dalaman keretakan. Mengukuhkan kawalan kualiti bahan boleh meningkatkan prestasi sedia ada keluli tahan karat WP304 dan meningkatkan ketahanannya terhadap keretakan semasa pembentukan lenturan tolak panas. Langkah-langkah khusus adalah seperti berikut:

5.1.1 Kawal Ketat Komposisi Kimia

pertama, adalah perlu untuk memilih kosong paip yang memenuhi keperluan piawaian yang berkaitan (seperti ASTM A403/A403M). Sebelum pengeluaran, pengesanan komposisi kimia (seperti analisis spektrum) hendaklah dijalankan pada setiap kumpulan kosong paip untuk memastikan kandungan setiap elemen berada dalam julat standard. Untuk elemen utama: kandungan karbon hendaklah dikawal ketat di bawah 0.08%, kandungan kromium antara 18.00%-20.00%, dan kandungan nikel antara 8.00%-12.00%. Pada masa yang sama, kandungan unsur kekotoran berbahaya seperti fosforus dan sulfur perlu dikawal di bawah 0.045% dan 0.030% masing-masing. Untuk kosong paip dengan komposisi kimia yang tidak memenuhi syarat, ia harus ditolak atau diproses semula untuk mengelakkan daripada memasuki proses pembentukan dan menyebabkan keretakan.

5.1.2 Kurangkan Kemasukan Memudaratkan

Untuk mengurangkan kandungan kemasukan berbahaya (seperti Al₂O₃, MNS) dalam keluli tahan karat WP304, adalah perlu untuk mengoptimumkan proses peleburan dan penuangan bahan. Semasa peleburan, langkah-langkah seperti penapisan tiupan argon dan penapisan relau senduk boleh diguna pakai untuk menghilangkan kemasukan dan gas dalam keluli cair. Semasa pemutus, suhu tuangan dan kelajuan tuangan hendaklah dikawal untuk mengelakkan pengoksidaan sekunder keluli cair. sebagai tambahan, untuk kosong paip yang dibeli, ujian bukan pemusnah (seperti ujian ultrasonik) boleh dijalankan untuk mengesan taburan dan saiz kemasukan. Jika kemasukan melebihi julat yang dibenarkan, kosong paip tidak boleh digunakan untuk membentuk.

5.1.3 Kawal Saiz Bijirin

Proses rawatan haba yang munasabah harus diguna pakai untuk mengawal saiz butiran kosong paip keluli tahan karat WP304. Sebelum tolak panas membentuk lenturan, penyepuhlindapan pelepasan tekanan dan penyepuhlindapan penapisan bijirin boleh dilakukan pada kosong paip. Suhu penyepuhlindapan disyorkan untuk 950 ℃-1050 ℃, dan masa pegangan ialah 1-2 jam, diikuti dengan penyejukan udara. Ini bukan sahaja boleh menghapuskan tegasan baki kosong paip tetapi juga memperhalusi saiz butiran 6-8 gred (Piawaian ASTM E112), meningkatkan keliatan dan kebolehbentukan bahan. Semasa proses pembentukan lenturan tolak panas, suhu pemanasan dan masa pegangan juga harus dikawal dengan ketat untuk mengelakkan pertumbuhan bijirin yang berlebihan. Suhu pembentukan tidak boleh melebihi 1150 ℃, dan masa pegangan hendaklah diselaraskan mengikut ketebalan kosong paip, Umumnya tidak lebih daripada 30 minit.

5.1.4 Hilangkan Stres Sisa

Untuk kosong paip dengan tegasan sisa yang tinggi, rawatan melegakan tekanan mesti dijalankan sebelum membentuk. Kaedah yang biasa digunakan ialah penyepuhlindapan melegakan tekanan, yang dijalankan pada 850℃-900℃ untuk 1-2 jam, diikuti dengan penyejukan perlahan. Ini berkesan boleh mengurangkan tegasan sisa tegangan pada dinding dalaman kosong paip kepada di bawah 30MPa, mengelakkan superposisi tegasan sisa dan membentuk tegasan semasa pembentukan lenturan tolak panas, yang membawa kepada tekanan dan keretakan yang berlebihan. Selepas rawatan melegakan tekanan, Difraksi sinar-X boleh digunakan untuk mengesan tegasan baki kosong paip untuk memastikan ia memenuhi keperluan pembentukan.

5.2 Langkah Pengoptimuman Parameter Proses

Faktor proses adalah punca luaran keretakan. Mengoptimumkan parameter proses pembentukan lenturan tolak panas dan meningkatkan tahap operasi pembentukan boleh mengurangkan kepekatan tegasan pada dinding dalaman siku dengan berkesan dan mengelakkan keretakan. Langkah-langkah khusus adalah seperti berikut:

5.2.1 Optimumkan Padanan Suhu Pembentukan dan Kelajuan Menolak

Berdasarkan keputusan eksperimen dalam Bahagian 4.2.1, kombinasi parameter optimum untuk lenturan tolak panas membentuk siku keluli tahan karat WP304 ialah: membentuk suhu 1050℃-1100℃, kelajuan menolak 3-5mm/s. Untuk kosong paip dengan ketebalan dan saiz yang berbeza, parameter boleh dilaraskan dengan sewajarnya. Sebagai contoh, untuk kosong paip berdinding tebal (ketebalan dinding > 8mm), suhu pembentukan boleh ditingkatkan kepada 1100℃-1150℃, dan kelajuan menolak boleh dikurangkan kepada 2-3mm/s untuk memastikan ubah bentuk plastik yang mencukupi. Semasa pengeluaran, sistem pemantauan suhu perlu dipasang untuk memantau masa nyata suhu kosong paip, dan kelajuan menolak harus diselaraskan dalam masa nyata mengikut perubahan suhu untuk memastikan padanan munasabah kedua-dua parameter.

5.2.2 Pastikan Pemanasan Seragam Kosong Paip

pertama, pemanasan aruhan harus diutamakan, yang mempunyai kelebihan kelajuan pemanasan yang cepat dan pengagihan suhu seragam. Gegelung aruhan hendaklah direka bentuk mengikut saiz kosong paip untuk memastikan kawasan pemanasan meliputi keseluruhan bahagian pembentuk kosong paip. kedua, sebelum dipanaskan, permukaan kosong paip hendaklah dibersihkan untuk menghilangkan kesan minyak, karat, dan kekotoran lain, yang boleh mengelakkan pemanasan tidak sekata yang disebabkan oleh penyerapan haba yang tidak sekata. Ketiga, semasa pemanasan, kosong paip boleh diputar pada kelajuan rendah (5-10rpm) untuk memastikan bahawa dinding dalam dan luar paip kosong dipanaskan secara seragam. Perbezaan suhu antara dinding dalam dan luar paip kosong hendaklah dikawal dalam 10 ℃, yang boleh dikesan oleh termometer inframerah dalam masa nyata. Jika pemanasan rintangan digunakan kerana had peralatan, penutup pemeliharaan haba hendaklah ditambah ke kawasan pemanasan untuk mengurangkan kehilangan haba dan meningkatkan keseragaman pemanasan.

5.2.3 Pilih Jejari Lentur Yang Munasabah

Dalam premis memenuhi keperluan reka bentuk kejuruteraan, jejari lenturan siku hendaklah sebesar mungkin. Untuk siku keluli tahan karat WP304, jejari lentur hendaklah tidak kurang daripada 1.5D (D ialah diameter luar paip kosong). Jika kejuruteraan memerlukan jejari lentur yang lebih kecil (seperti 1.0D-1.5D), special process measures should be taken: increasing the forming temperature by 50℃-100℃, reducing the pushing speed by 2-3mm/s, dan mengoptimumkan struktur acuan (such as adding a lubricating layer on the surface of the mandrel) to reduce the stress concentration on the inner wall. sebelum membentuk, finite element simulation can be used to predict the stress distribution of the elbow with a small bending radius, and the process parameters can be adjusted according to the simulation results.

5.2.4 Optimize Mold Design and Manufacturing

pertama, the surface quality of the mold should be improved. The surface roughness of the mandrel and die should be controlled below Ra=0.8μm. The mold surface should be polished and plated with a wear-resistant and lubricating coating (such as TiN coating) untuk mengurangkan rintangan geseran antara acuan dan kosong paip. kedua, jurang antara mandrel dan kosong paip hendaklah direka bentuk dengan munasabah. Jurang hendaklah 0.3-0.5mm, yang bukan sahaja dapat memastikan kestabilan paip kosong semasa membentuk tetapi juga mengurangkan geseran. Ketiga, bentuk die harus dioptimumkan. Arka peralihan dadu hendaklah licin untuk mengelakkan sudut tajam, yang boleh mengurangkan kepekatan tegasan semasa pembentukan. Selepas acuan dibuat, ia perlu diperiksa untuk ketepatan dimensi dan kualiti permukaan untuk memastikan ia memenuhi keperluan reka bentuk.

5.3 Membentuk Langkah-langkah Penambahbaikan Persekitaran

Faktor persekitaran seperti pengoksidaan dan penyahkarburan akan mengurangkan kualiti permukaan paip kosong dan meningkatkan risiko keretakan. Memperbaiki persekitaran pembentukan boleh mengurangkan kesan faktor persekitaran terhadap keretakan dengan berkesan. Langkah-langkah khusus adalah seperti berikut:

5.3.1 Mengamalkan Pembentukan Suasana Pelindung

Semasa tolak panas membentuk lenturan, gas pelindung (seperti argon, nitrogen) boleh dimasukkan ke dalam kawasan pemanasan dan rongga acuan untuk mengasingkan paip kosong daripada udara, mengelakkan pengoksidaan dan penyahkarburan permukaan kosong paip pada suhu tinggi. Kadar aliran gas pelindung hendaklah dikawal pada 5-10L/min, dan ketulenan gas hendaklah di atas 99.99% untuk memastikan kesan perlindungan. Untuk pengeluaran berskala besar, ruang membentuk tertutup boleh dibina, dan gas pelindung boleh diisi ke dalam ruang untuk mewujudkan suasana perlindungan penuh, yang boleh meningkatkan lagi kesan anti-pengoksidaan.

5.3.2 Kawal Kelembapan dan Gas Berbahaya dalam Persekitaran Membentuk

Kelembapan bengkel pembentukan hendaklah dikawal di bawah 60% untuk mengelakkan kerosakan hidrogen yang disebabkan oleh tindak balas wap air dengan permukaan bahan pada suhu tinggi. Peralatan penyahlembapan boleh dipasang di bengkel untuk melaraskan kelembapan dalam masa nyata. Pada masa yang sama, pelepasan gas berbahaya (seperti karbon monoksida, sulfur dioksida) di dalam bengkel hendaklah dikawal untuk mengelakkan tindak balas gas berbahaya dengan permukaan kosong paip, yang menjejaskan kualiti permukaan kosong paip. Bengkel perlu dilengkapi dengan sistem pengudaraan untuk memastikan peredaran udara.

5.3.3 Kuatkan Rawatan Permukaan Selepas Pembentukan

Selepas siku dibentuk dan disejukkan, skala oksida permukaan hendaklah dikeluarkan dalam masa. Kaedah biasa termasuk penjerukan (menggunakan asid campuran asid nitrik dan asid hidrofluorik) dan letupan pasir. Penjerukan boleh menghilangkan skala oksida dan lapisan dekarburisasi pada permukaan siku, dan letupan pasir boleh meningkatkan kekasaran permukaan siku dan meningkatkan lekatan salutan anti-karat yang berikutnya. Selepas rawatan permukaan, permukaan siku perlu diperiksa untuk memastikan tiada sisa skala oksida, calar, atau kecacatan lain, yang boleh mengelakkan permulaan keretakan daripada kecacatan permukaan semasa perkhidmatan berikutnya.

5.4 Langkah-langkah Pemeriksaan Kualiti Komprehensif

Sebagai tambahan kepada langkah-langkah di atas, pemeriksaan kualiti yang komprehensif perlu dijalankan semasa keseluruhan proses pengeluaran untuk mencari dan menghapuskan potensi bahaya kualiti tepat pada masanya. Langkah-langkah khusus adalah seperti berikut: (1) Pemeriksaan pra-pembentukan: Semak komposisi kimia, saiz butiran, tekanan sisa, dan kualiti permukaan paip kosong untuk memastikan ia memenuhi keperluan pembentukan. (2) In-forming inspection: Pantau masa nyata suhu pembentukan, kelajuan menolak, dan keadaan terikan-tekanan paip kosong, dan laraskan parameter proses dalam masa jika sebarang kelainan ditemui. (3) Pemeriksaan selepas pembentukan: Gunakan kaedah ujian tidak merosakkan (seperti ujian ultrasonik, ujian zarah magnetik) untuk memeriksa dinding dalam dan luar siku untuk keretakan, kemasukan, dan kecacatan lain. Untuk siku yang tidak layak, ia hendaklah ditanda dan dikendalikan secara berpusat. Untuk siku yang layak, pemeriksaan sampel perlu dijalankan untuk menguji sifat mekanikalnya (seperti kekuatan tegangan, keliatan impak) untuk memastikan bahawa mereka memenuhi keperluan kejuruteraan.

6. Kesimpulan dan Prospek

6.1 Kesimpulan

Kertas kerja ini menjalankan kajian mendalam tentang punca keretakan dinding dalaman siku keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas dan mencadangkan langkah pencegahan dan kawalan yang sepadan. Melalui analisis teori, penyelidikan eksperimen, dan simulasi unsur terhingga, kesimpulan utama adalah seperti berikut:

(1) Keretakan dinding dalaman siku keluli tahan karat WP304 semasa pembentukan lenturan tolak panas adalah hasil menyeluruh daripada pelbagai faktor, termasuk faktor material (sisihan komposisi kimia, kemasukan berbahaya, saiz bijian yang berlebihan, tekanan sisa yang tinggi), faktor proses (padanan yang tidak munasabah suhu pembentukan dan kelajuan menolak, pemanasan tidak sekata, jejari lentur yang terlalu kecil, parameter acuan yang tidak munasabah), dan faktor persekitaran (Pengoksidaan, penyahkarbonan, kerosakan hidrogen yang disebabkan oleh wap air).

(2) Antara faktor material, pemendakan kromium karbida yang disebabkan oleh kandungan karbon yang berlebihan, kepekatan tekanan yang disebabkan oleh kemasukan berbahaya (Al₂O₃, MNS), dan pengurangan keliatan yang disebabkan oleh saiz butiran yang berlebihan adalah faktor utama yang membawa kepada keretakan. Antara faktor proses, padanan yang tidak munasabah dalam membentuk suhu dan kelajuan menolak (suhu terlalu rendah + kelajuan terlalu laju, suhu terlalu tinggi + kelajuan terlalu laju) dan pemanasan yang tidak sekata merupakan faktor utama yang menyebabkan keretakan. Antara faktor persekitaran, pengoksidaan dan penyahkarbonan permukaan bahan adalah faktor utama yang mempengaruhi kualiti permukaan dan membawa kepada keretakan.

(3) Langkah-langkah pencegahan dan kawalan yang disasarkan dicadangkan dari tiga aspek: kawalan kualiti bahan, pengoptimuman parameter proses, dan membentuk penambahbaikan persekitaran. Langkah kawalan kualiti bahan termasuk mengawal ketat komposisi kimia, mengurangkan kemasukan berbahaya, mengawal saiz bijirin, dan menghapuskan tekanan sisa. Langkah pengoptimuman parameter proses termasuk mengoptimumkan pemadanan suhu pembentukan dan kelajuan menolak, memastikan pemanasan seragam, memilih jejari lentur yang munasabah, dan mengoptimumkan reka bentuk acuan. Membentuk langkah penambahbaikan alam sekitar termasuk mengamalkan pembentukan suasana perlindungan, mengawal kelembapan persekitaran dan gas berbahaya, dan mengukuhkan rawatan permukaan selepas membentuk. sebagai tambahan, pemeriksaan kualiti yang komprehensif semasa keseluruhan proses pengeluaran dapat memastikan kualiti pembentukan siku.

(4) Kombinasi parameter proses optimum untuk lenturan tolak panas membentuk siku keluli tahan karat WP304 diperoleh melalui eksperimen: membentuk suhu 1050℃-1100℃, kelajuan menolak 3-5mm/s, jejari lentur ≥1.5D, dan kaedah pemanasan aruhan. Menggunakan kombinasi parameter ini dan padanan dengan kawalan bahan yang sepadan dan langkah penambahbaikan alam sekitar boleh mengurangkan kejadian keretakan dinding dalam dengan berkesan, dan kadar siku yang layak boleh mencapai lebih daripada 98%.

6.2 prospek

Walaupun kertas kerja ini telah mencapai hasil kajian tertentu, masih terdapat beberapa kekurangan yang perlu dikaji lebih lanjut pada masa hadapan:

(1) Penyelidikan dalam kertas ini terutamanya bertujuan untuk siku keluli tahan karat WP304. Untuk jenis keluli tahan karat austenit yang lain (seperti WP316, WP321) siku, punca keretakan dan langkah pencegahan mungkin berbeza. Penyelidikan masa depan boleh mengembangkan skop penyelidikan kepada jenis siku keluli tahan karat yang lain untuk membentuk sistem teori dan kaedah teknikal yang lebih universal.

(2) Kertas kerja ini terutamanya mengkaji masalah keretakan semasa pembentukan lenturan tolak panas. Untuk undang-undang evolusi microcracks yang terbentuk semasa pembentukan dalam proses servis seterusnya (seperti di bawah suhu tinggi, tekanan tinggi, dan persekitaran yang menghakis), terdapat kekurangan penyelidikan yang mendalam. Penyelidikan masa depan boleh menggabungkan persekitaran perkhidmatan untuk mengkaji mekanisme penyebaran mikrocracks dan mencadangkan kaedah kawalan kualiti kitaran hayat penuh untuk siku keluli tahan karat.

(3) Dengan perkembangan teknologi pembuatan pintar, penyelidikan masa depan boleh memperkenalkan kecerdasan buatan dan teknologi data besar ke dalam proses pembentukan lenturan tolak panas siku keluli tahan karat. Dengan membina sistem pemantauan dan kawalan pintar, pemantauan masa nyata dan pelarasan automatik parameter proses boleh direalisasikan, dan kualiti pembentukan siku boleh diramal dan dinilai, yang akan meningkatkan lagi kecekapan pengeluaran dan kualiti produk.

(4) Dari segi pengoptimuman acuan, penyelidikan masa depan boleh mengguna pakai teknologi pembuatan aditif untuk mengeluarkan acuan dengan struktur kompleks dan kualiti permukaan yang baik. Pada masa yang sama, bahan pelincir dan teknologi salutan baharu boleh dibangunkan untuk mengurangkan lagi rintangan geseran antara acuan dan paip kosong, meningkatkan kualiti pembentukan dan hayat acuan.