Alargamiento de la tubería de acero: un indicador clave para medir la dureza y la seguridad
Fecha:2025-07-07
En la producción, prueba y aplicación de tubos de acero, el alargamiento es siempre un parámetro de rendimiento mecánico crucial. Intuitivamente refleja la capacidad de las tuberías de acero para sufrir deformación plástica antes de romperse, y es uno de los indicadores centrales para evaluar la tenacidad del material, el rendimiento del procesamiento y la seguridad del servicio.
1. elongación: definición y significado central
El alargamiento se refiere al porcentaje del alargamiento plástico de la parte del calibre de la muestra estándar de tubería de acero después de que se rompe en la prueba de tracción a la longitud del calibre original. La fórmula de cálculo es:
Texto
Δ = [(L₁ - L₀) / L₀] × 100%
(Donde: δ es el alargamiento; L₀ es la longitud de calibre original de la muestra; L₁ es la longitud de calibre de la muestra después de que se rompe).
La importancia central se refleja en:
Capacidad de deformación plástica: cuanto mayor es el alargamiento, mayor es la deformación plástica que la tubería de acero puede soportar antes de romperse, y el material es "más suave" y "más resistente".
Garantía de seguridad: cuando la estructura se sobrecarga accidentalmente, los materiales de alto alargamiento pueden absorber energía a través de una deformación significativa, emitir advertencias (como cuellos obvios) y evitar una fractura frágil catastrófica.
Rendimiento de formación: para tuberías de acero (como tuberías de aceite para automóviles y tuberías de muebles) que deben doblarse, expandirse, rebordearse y otros procesos en frío, el alto alargamiento es un requisito previo para un procesamiento suave y sin grietas.
Caracterización de la tenacidad: el alargamiento está estrechamente relacionado con la tenacidad al impacto y es un reflejo indirecto de la capacidad del material para resistir la propagación de grietas.
2. determinación de la elongación: estándares y procesos
La determinación del alargamiento sigue estrictamente los estándares internacionales o nacionales (tales como GB/T 228,1, ISO 6892-1, ASTM E8/E8M):
Muestreo y preparación de muestras: corte las muestras de tracción estándar de la posición especificada de la tubería de acero (generalmente la dirección longitudinal del cuerpo de la tubería), retenga la superficie original o procese en una forma y tamaño especificados.
Marcado de la longitud del medidor: Marque con precisión la longitud del medidor original L₀ en la sección paralela de la muestra (longitudes de calibre proporcionales comúnmente utilizadas como 5,65 S√₀, S₀ es el área de la sección transversal original).
Ensayo de tracción: La muestra se estira a una velocidad constante en una máquina universal de ensayo de materiales hasta que se rompe.
Medición de glúteos rotos: Butt cuidadosamente los dos especímenes rotos firmemente juntos y medir la longitud del medidor post-roto L1.
Cálculo: El alargamiento δ se calcula usando la fórmula. La longitud del calibre debe indicarse en el resultado del informe (por ejemplo, δde representa el alargamiento a una longitud de calibre de 5 veces el diámetro o 5,65 √Sde).
3. factores clave que afectan el alargamiento de tubos de acero
Composición química: los elementos básicos (C, Si, Mn, P, S) tienen un efecto significativo. Un aumento en el contenido de carbono (C) generalmente reduce la elongación; un alto contenido de elementos de impureza como el fósforo (P) y el azufre (S) deteriora la plasticidad. Los elementos de aleación tales como Cr, Ni y Mo necesitan optimizar la relación para mantener un alargamiento suficiente mientras se mejora la resistencia.
Microestructura: las estructuras puras y uniformes de grano fino (como la ferrita) generalmente tienen un alargamiento más alto. Los granos gruesos y las fases duras y quebradizas excesivas (como la cementita gruesa, la martensita y la bainita) reducirán la plasticidad.
Proceso de fabricación:
Laminación: la temperatura de laminación final de laminación en caliente y la cantidad de deformación afectan el tamaño de grano y la uniformidad de la microestructura.
Tratamiento térmico: recocido, normalización, templado + templado y otros procesos son medios clave para controlar la microestructura y optimizar la coincidencia de resistencia y plasticidad. Por ejemplo, el tratamiento de normalización generalmente puede refinar los granos y aumentar el alargamiento; a medida que aumenta la temperatura de templado, el alargamiento a menudo aumenta en consecuencia.
Trabajo en frío: aunque el laminado en frío y el estirado en frío pueden aumentar la resistencia, causarán un endurecimiento del trabajo y reducirán significativamente el alargamiento. A menudo se requiere recocido para restaurar la plasticidad más tarde.
Dirección de la muestra: el alargamiento del muestreo longitudinal (a lo largo de la dirección de laminación) suele ser mayor que el del transversal (perpendicular a la dirección de laminación) debido a la anisotropía.
Condiciones de prueba: temperatura (baja temperatura reduce el alargamiento), tasa de carga, etc.
4. el papel central de la elongación en aplicaciones de tubos de acero
Procesamiento de formabilidad:
Las tuberías de acero de alta elongación no son propensas a agrietarse en el exterior o arrugas en el interior cuando se doblan.
Flaring/flanging: Cuando se quema o se reborda los extremos de la tubería, suficiente alargamiento es la base para asegurar la formación libre de grietas.
Dibujo en frío/laminado en frío: la tubería en bruto debe tener buena plasticidad para soportar el procesamiento posterior de gran deformación.
Seguridad estructural:
Resistencia a la sobrecarga: en estructuras como edificios, puentes y tuberías de presión, el alto alargamiento le da a la estructura la capacidad de redistribuir el estrés a través de la deformación plástica (en lugar de la fractura instantánea) bajo cargas de diseño excesivo, mejorando así la seguridad general.
Rendimiento sísmico: bajo cargas dinámicas como terremotos, la capacidad de deformación plástica (alto alargamiento) del material es crucial para absorber la energía sísmica.
Evite la fractura frágil: especialmente en áreas de baja temperatura o concentración de tensión, el alargamiento suficiente es una garantía importante para resistir la fractura frágil de baja tensión.
Base del juicio de la calidad: El alargamiento es un artículo del requisito de la propiedad mecánica obligatoria en estándares del producto de la tubería de acero (tales como API 5L, GB/T 8162, GB/T 3091, ASTM A53/A106). Si no alcanza el límite inferior de la norma, será juzgado como un producto defectuoso.
V. Ejemplos de requisitos para el alargamiento en escenarios de aplicación típicos
Tubos de caldera de alta presión/tubos de craqueo de petróleo (como ASTM A106 Gr.B, GB 5310): requieren un alargamiento más alto (generalmente δ ≥ 30%) para garantizar una buena resistencia a la fluencia y seguridad a alta temperatura y alta presión.
Tubos de acero sin costura para estructuras (como GB/T 8162): δ ≥ 24%, para garantizar el rodamiento estructural y la plasticidad sísmica.
Tubos de acero soldados para el transporte de fluidos (como GB/T 3091): δ₅ ≥ 20-23%, para cumplir con el procesamiento general y la seguridad del servicio.
Tubo de andamio (como GB/T 13793): δ₅ ₅ ≥ 14%, cumpliendo con la plasticidad básica y el margen de seguridad.
Tubo de acero de precisión para procesamiento profundo (como cilindro hidráulico): el requisito de elongación es extremadamente alto (a menudo se requiere que δde ser ≥ 35% o incluso más) para garantizar el progreso suave del procesamiento en frío complejo (como el hilado de alta potencia).
