Når der på koldformningspladsen konstateres revner i hovedet, ved flangekanten eller ved R-hjørnet, er mange menneskers første reaktion at undersøge materialet eller koldformningsdørene.
Men de steder på det færdige produkt, hvor defekterne vises, er ofte blot de steder, hvor defekterne til sidst bliver synlige, og ikke nødvendigvis de steder, hvor de oprindeligt opstod.
Nogle defekter opstår under kontinuerlig støbning og valseri, andre skyldes transport og omlastning, mens nogle yderligere defekter tilføres under syrefjernelse, trækning, ledningsoverførsel, materialetilførsel og klipning.
Overfladedefekter kan både være arvelige fra tidligere processer og opstå på ny i mellemprocesserne. Koldformning ændrer kun defektens udseende og kan ikke genoprette den allerede ødelagte sammenhæng i materialet.
Defektens vej: Kontinuerligt støbt skrog → Valset rulletråd → Transport og omlastning → Syrefjernelse og omformning → Trækning og ledningsoverførsel → Koldformning
I. Støbningstrinnet: Fejl kan opstå under overfladen af stålstangen
Stålstangen er udgangspunktet for trådstangen. Unormale vibrationsmærker, underhudslufter, slagger og skorper samt fordybninger kan alle blive kilden til efterfølgende overfladefejl.
Figur 1: Unormale vibrationsmærker på støbejernet. Normale, lette vibrationsmærker er ikke ensbetydende med fejl; først når mærkerne bliver unormalt dybe eller når der samtidig forekommer revner eller slagger i bunden, øges risikoen markant.
Figur 2: Efter slibning synliggøres luftlommer under overfladen. Under valsen kan disse luftlommer blive sammenpresset, eller de kan blive langstrakte i valseretningen; om indersiden er oxideret, har betydning for, hvorvidt de senere kan svejses sikkert sammen.
Figur 3: Slagger på eller tæt under overfladen af stangjernet. Slaggen kan ikke deformere sig harmonisk sammen med stålet; under valsen kan den knuses, strækkes og udvikle sig til skorper, foldninger eller linjeformede fejl.
Figur 4: Skorpe på stangjernets overflade. Flagede metalaflejringer kan under efterfølgende valsning presses tyndere og vikles ind i materialet; selvom overfladen ser ud til at være jævnvalset, er det ikke sikkert, at det indre samlinger er ordentligt vedlagt.
Figur 5: Fordybning på stangjernets overflade. Udtrykket “fordybning” beskriver kun udseendet; den konkrete årsag skal vurderes ud fra oxidering på bunden af fordybningen, ombukkede kanter og nærliggende revner.
Overfladefejl på stangjernet kan under valsen blive sammenpressede, strakt eller ændre retning. Selvom overfladen fremstår glat, betyder det ikke, at tidligere manglende sammenhæng i materialet er forsvundet.
II. Valserietrin: Fejl kan udstrækkes eller endda skabes på ny
Revner i stålstænger kan udvikle sig til langsgående revner i tråd, mens skorper og slagger inklusioner kan blive tyndere og udstrakt. Underhudsluftlommer kan også danne afbrudte, strengformede uregelmæssigheder.
Valseprocessen selv kan ligeledes medføre fejl. Uregelmæssig udfyldning af rillerne, problemer med styreanordninger eller unormale valsespalter kan forårsage ører; når disse ører trykkes tilbage ind i materialet i efterfølgende riller, opstår der foldninger. Oxidskala eller fremmedlegemer, der presses ind i substratet, efterlader ligeledes lokale områder med manglende sammenhæng.
Figur 6: Tværsnit af en foldningsfejl. Det yderste metalskifte er foldet ind som en tunge, uden at overfladen har dannet en solid binding. Selvom overfladen umiddelbart synes lukket, betyder det ikke, at den interne defekt er fjernet.
Figur 7: Skorpe på overfladen af en trådstang. I modsætning til almindelige ridser ses her ofte flagede affedtede partikler, lokale løftede kanter eller spor af afskalning.
Figur 8: Tværsnit af en revne på overfladen af en trådstang. Reven strækker sig fra overfladen ind mod kernen; om den ledsages af oxidation, decarburisering eller abnorm mikrostruktur, kræver yderligere analyse.
Foldninger og revner kan nogle gange ligne hinanden, men de har forskellige dannelsesmekanismer. En foldning opstår, når dele af metallet foldes ind uden at danne en stabil sammenbinding, mens en revne indikerer, at materialets sammenhæng allerede er brudt. Derfor må man ikke blot sammenfatte begge typer ved tilbageføring til oprindelsen.
III. Transport og omlastning: Stød og ridser kan også udgøre startpunkt for revnedannelse
Når rullerne bliver hejset, anbragt, stablet eller transporteret, kan de påvirkes af stød, træk eller gnidning imellem hinanden, hvilket kan medføre ridser, trykmærker og metalopbygninger. Disse skader er typisk lokale og tilfældige og koncentreres ofte i den ydre del af rullen eller på de steder, der er i kontakt under transporten.
Figur 9: Ridser og stød forårsaget under transport eller omlastning. Retningen og placeringen er normalt usammenhængende og adskiller sig fra de kontinuerlige langsgående ridser, der opstår i trædemøllene.
For produkter med almindelig deformation behøver mindre skader ikke umiddelbart medføre fejl; når produktet herefter bearbejdes videre til materialer med høj deformation, komplekse hovedtyper eller tynde flenser, kan skadeområderne danne koncentrerede spændinger, der forstærkes under koldformningen.
IV. Syrefjerningsfasen: Kan både afsløre fejl og efterlade skjulte problemer
Efter syrefjerning af oxidskålen kommer tidligere skjulte revner, foldninger, skorper og huller gradvist til syne. Derfor betyder det ikke, at en fejl nødvendigvis opstod under syrefjerningsprocessen, blot fordi den konstateres efter denne behandling.
Hvis oxidskålen ikke er helt fjernet, kan de tilbageblevne oxider hindre en jævn fosfatbelægning og samtidig smuldre, løsne sig eller trykkes ind i ståltrådens overflade under trækningsprocessen.
Figur 10: Oxidskålrester efter syrefjerning. De mørke, langsgående striber skal skelnes fra resterende oxider inde i foldninger eller revner; man bør ikke kun basere sin vurdering på farven.
Urigtig kontrol under syrefjerningen kan også medføre punktkorrosion og ruhed på overfladen. For at afgøre, om problemet skyldes oprindelige fejl, der blev synliggjort, eller nye defekter opstået under syrefjerningen, bør prøver før og efter syrefjerningen gemmes til sammenligning.
V. Omformningstrækning: Langsgående ridser – en ofte undervurderet nydefekt
Omformningsprocessen ændrer ikke kun materialets dimensioner, den kan også direkte beskadige ståltrådens overflade.
Slitage af trækmatricser, indtrængning af oxidskår eller metalspåner i matricseåbningerne, midlertidig svigt i smørefilmen samt riller eller unormal kontakt ved gennemtrækningshjul og ledningsdele kan alle forårsage kontinuerlige eller diskontinuerlige langsgående ridser.
Figur 11: Lokale ridser frembragt ved omformningstrækning. Defekten er fordelt langs ståltrådens længde og ledsages af riller, ombøjede metalstrukturer eller lokale afskallinger.
For korte, sporadiske ridser bør man undersøge hårde urenheder, kortvarig klæbning af materiale samt lokale kontaktpunkter; viser defekten sig dog som en sammenhængende skade over længere afstande med relativt fast placering rundt om omkredsen, bør man især inspicere trækmatricser, ledningshjul og gennemtrækningssteder.
Langsgående mærker behøver imidlertid ikke udelukkende stamme fra trækningsprocessen. Rullerevner, foldninger og tilbageværende oxidskår kan ved trækning udvikle lignende tegn. Det afgørende spørgsmål er derfor: Fandtes defekten allerede, før trækningsprocessen startede, eller opstod den først efter passage gennem en bestemt matriks eller et specifikt gennemtrækningssted?
I dette kapitel behandles udelukkende overfladeskader forårsaget af trækning. Effekten af nedtrækningsgrad, antallet af trækningsgange og arbejdshærdning på koldhammernes egenskaber vil blive behandlet separat i kapitel seks.
VI. Koldhammersproces: Den sidste nye defekt lige før hamringen overses ofte
Efter at materialet er kommet ind i koldhammermaskinen, men før selve formningen begynder, kan der stadig opstå nye overfladeskader. Gennemtrækningshjul, rettnings- og føreanordninger kan ridse ståltråden; slitage, hakker og grus ved skærekniven eller skærematricserne kan samtidig beskadige emnets endeflade eller sider.
Hvis defekten altid optræder i samme retning og på samme position, eller hvis den ændrer sig tydeligt, når man udskifter gennemtrækningshjulet eller skærekniven, må man ikke nøjes med at genkontrollere materialecertifikatet og den originale ståltrådsspole.
7. Hvorfor “arves” defekter hele vejen videre til det færdige produkt?
Trækning udvider materialet i længderetningen, mens koldformning med tryk får materialet til at opleve aksial kompression og radial strømning. Eksisterende defekter kan blive forlænget, smalt eller midlertidigt lukket, men de kan også føres med materialets bevægelse over i hovedet, flangen eller R-kanten og åbne sig igen i områder med stor deformation.
Figur 12: Revne ved kanten af flangen på et færdigt koldformede produkt. Billedet viser, hvor defekten endeligt er dukket op; man kan ikke udelukkende ud fra udseendet konkludere, at defekten stammer fra materialet.
Når en langsgående defekt på tråden når frem til det færdige produkt, beholder den ikke nødvendigvis sin oprindelige lige form. Den kan eksempelvis manifestere sig som revner i hovedets kant, foldninger i flangen, revner i R-kanten eller lokale indhullinger. Det præcise sted afhænger af produktets konstruktion, skæreorienteringen og materialets strømningsbane.
Defekten kopieres ikke blot direkte over til det færdige produkt, men ændrer form gennem hver eneste proces og fortsætter således i produktet.
8. Nøglen til at fastslå defektens oprindelse er at finde dens “første forekomst”
Det er ofte utilstrækkeligt at kun undersøge de endelige revnede emner for at afgøre, hvilken proces der har forårsaget defekten. En mere effektiv metode er at opbygge en prøvekæde, der spænder fra stålbrystet over rullejernet, det syreforbehandlede materiale, trækhalvfabrikata, koldformningsrundstykket til det færdige produkt, og hermed identificere, hvilken proces defekten først dukkede op i.
Er de unormale forhold koncentreret til en bestemt del af rullen, eller optræder de kontinuerligt langs hele rullen? Er defektens retning og position rundt om cirklen konstant? Ændrer det sig, når man skifter værktøj, ledeskiver eller klippekniven? Finnes der oxidering, decarbonisering eller usædvanlige metalstrømningslinjer inde i revnen? Disse observationer kan pege på mulige årsager, men må ikke bruges isoleret uden sammenhæng med procesloggen.
Ingeniørernes synspunkt
Overfladefejl kan stamme fra støbning, valseri, transport, syreforbehandling og efterbearbejdende trækning, ligesom de også kan opstå under ledning, materialetilførsel og klipning i koldformningsmaskinen.
Hvor det færdige produkt sprænger, betyder ikke, at defekten også opstod samme sted.
En defekt i det færdige produkt er resultatet – først når man finder processen, hvor defekten opstod første gang, kan man nærme sig dens egentlige oprindelse.
Formålet med at spore defekter er ikke først og fremmest at placere ansvaret, men at opbygge en fuldstændig beviskæde gennem alle processerne.
Hvis du også støder på skorper på rullejern, langsgående ridser, foldninger eller periodiske revner ved koldformning, kan du sende mig oplysninger om materialekoden, dimensioner, fotos af defekterne, det station, hvor de optræder samt deres fordeling. Så kan jeg hjælpe dig med at vurdere, om det er bedre at starte efterspurgningen hos stålfabrikken angående råmaterialerne, transportbeskyttelsen, syreforberedelsen eller koldformningsudstyret.
Næste afsnit – forvarsel
Kapitel 6: “Hvorfor opfører samme materiale sig anderledes efter trækning og senere koldformning?”
I næste kapitel sættes der fokus på nedtrækningsgraden, antallet af trækningsgange og arbejdhærdning, og hvordan disse faktorer ændrer materialets reelle tilstand, når det ankommer til koldformningsmaskinen.