Analýza procesu spracovania za studena a uvoľnenia napätia pre bezšvíkové oceľové rúry

Ošetrenie bezšvíkových rúr za studena sa vo všeobecnosti týka hlbokého spracovania za studena (nízko{0}}teplotné spracovanie, zvyčajne v prostredí kvapalného dusíka pri teplote -70 stupňov až -196 stupňov ) a často sa používa v spojení s procesmi kalenia, temperovania, valcovania za studena/ťahania za studena. Hlavná funkcia je:

1. Stabilizácia konštrukcie a rozmerov:

Elnapodobňujú zostávajúci austenit a podporujú jeho premenu na stabilný martenzit, aby sa zabránilo rozmerovej deformácii a posunu presnosti pri následnom použití a spracovaní potrubia, najmä pre presné hydraulické potrubia, prístrojové potrubia a ložiskové potrubia.

2. Zvýšte tvrdosť, odolnosť proti opotrebovaniu a pevnosť:

Organizácia sa stáva hustejšou, zvyšuje sa tvrdosť povrchu a odolnosť proti opotrebeniu a predlžuje sa životnosť potrubia.

3. Uvoľnite mikro vnútorné napätie:

Znížte mikro{0}}napätie spôsobené deformáciou mriežky počas ťahania za studena a kalenia a znížte riziko praskania a deformácie v neskoršom štádiu.

4. Zlepšenie húževnatosti a únavy:

Zjemnite štruktúru zŕn, znížte body koncentrácie napätia a zvýšte odolnosť materiálu potrubia proti únave a nárazu.

Rozlišovací bod:

Spracovanie za studena ≠ ťahanie za studena/valcovanie za studena pri normálnej teplote. Úprava za studena je proces hlbokého ochladzovania pri nízkej teplote{1}} a je to pomocný postup po tepelnej úprave.

(1) Pred-príprava na ošetrenie

1. Pred-kontrola spracovania
Materiál potrubia by sa mal najskôr podrobiť kaleniu/temperovaniu/ťahaniu za studena, potom by sa mal pred vložením do pece ochladiť na približne izbovú teplotu (20-40 stupňov). Je prísne zakázané priamo zavádzať vysokú-teplotu do nízkoteplotných zariadení, aby sa predišlo nadmernému rozdielu teplôt a praskaniu.

2. Triedenie a vizuálna kontrola

Odstráňte rúry s prasklinami, záhybmi, nerovnomernou hrúbkou steny, povrchovými škrabancami a hrboľami. Triediť podľa materiálu, špecifikácie a šarže, aby ste sa vyhli zmiešaniu materiálov.

3. Čistenie a sušenie

Dôkladne odstráňte povrchové olejové škvrny, vlhkosť a reznú kvapalinu. Zamŕzajúca voda môže popraskať stenu potrubia a korodovať vnútornú stenu. Oba konce dlhého potrubia sú utesnené, aby sa zabránilo vniknutiu média s nízkou teplotou do potrubia.

4. Normy nakladania do pece
Umiestnite materiál potrubia vrstvu po vrstve, ponechajte medzery, bez stohovania a stláčania. Podoprite tenké a dlhé rúry, aby ste zabránili-ohýbaniu a deformácii pri nízkej teplote.

5. Prednastavenie parametra procesu-
Nastavte cieľovú teplotu a čas držania podľa materiálu: bezšvíkové rúry z uhlíkovej ocele/nízkolegovanej ocele sú bežne -70 až -120 stupňov, vysokolegované/ložiskové rúry -150 až -196 stupňov.

(II) Procesná kontrola chladenia

1. Pomalá rýchlosť chladenia
Vyhnite sa rýchlemu ochladzovaniu. Regulujte rýchlosť chladenia na 1 až 3 stupne/min. Veľké teplotné rozdiely môžu spôsobiť nové teplotné napätia, ktoré vedú k mikrotrhlinám.

2. Primeraná izolácia
Potom, čo celé potrubie dosiahne nastavenú nízku teplotu, udržujte izoláciu 2 až 4 hodiny (pri potrubiach s veľkou hrúbkou steny a veľkým priemerom predĺžte na 4 až 6 hodín). Zabezpečte úplnú transformáciu vnútorných a vonkajších štruktúr, aby sa predišlo nerovnomernému výkonu vnútri a vonku.

3. Utesnené prostredie a jednotné médium
Cirkulácia kvapalného dusíka/studeného vzduchu je rovnomerná, čím sa eliminuje lokálne prechladzovanie; neustále monitorujte teplotu, aby ste sa vyhli extrémne nízkym teplotám.

4. Zakážte vonkajší náraz a pohyb
Pri nízkych teplotách húževnatosť ocele prechodne klesá a pri namáhaní je náchylná na latentné trhliny.

(III) Operácie po{0}}chladení

1. Pomalé chladenie (kľúč)
Po vyložení nechajte potrubie prirodzene zohriať na izbovú teplotu. Nevystavujte ho priamemu slnečnému žiareniu, nefúkajte naň horúci vzduch ani ho neponárajte do vody, aby sa rýchlo zahrial. To má zabrániť sekundárnemu stresu spôsobenému striedaním studených a horúcich teplôt. Trvanie chladenia závisí od hrúbky steny: v prípade tenkostenných rúr-2 až 4 hodiny; pre hrubostenné-rúry viac ako 6 hodín.

2. Včasné temperovanie/starnutie
Po hlbokom ochladení je potrebné vykonať nízkoteplotné temperovanie (na 120 až 200 stupňov), aby sa eliminovalo malé množstvo nízkoteplotného napätia, ktoré vzniká počas spracovania za studena. To tiež pomáha obnoviť húževnatosť materiálu potrubia a predchádzať krehkosti.

3. Znova-kontrola a triedenie
Skontrolujte vzhľad, priamosť a kruhovitosť každého potrubia jednotlivo; odoberte vzorky na tvrdosť, metalografickú analýzu a detekciu chýb, aby ste skontrolovali mikro-trhliny a deformácie.

4. Ochrana a skladovanie
Po vysušení a ochladení uložte rúry do skladu, aby ste predišli vystaveniu vplyvom počasia, dažďu a nárazom.
 

Hlavné zdroje napätia v bezšvíkových rúrach: valcovanie za tepla, ťahanie za studena/valcovanie za studena, kalenie, zváranie, rovnanie, mechanické spracovanie. Napätie sa delí na makroskopické zvyškové napätie a mikroskopické mriežkové napätie.

1. Predchádzanie budúcim zlyhaniam
Uvoľnenie zvyškového napätia môže spôsobiť ohýbanie, skrútenie a odchýlky veľkosti potrubia; superpozícia napätia pravdepodobne spôsobí praskanie a prasknutie steny potrubia, čo predstavuje mimoriadne vysoké riziko pre vysokotlakové{0}}potrubia a potrubia na prepravu tekutín.

2. Stabilizácia presnosti spracovania
Počas nasledujúcich procesov obrábania, ako je sústruženie, závitovanie, rezanie a ohýbanie, uvoľnenie napätia povedie k deformácii spracovávaného produktu. Odstránenie napätia môže zaistiť dlhodobú-stabilitu rozmerov hotového výrobku.

3. Zlepšenie mechanických vlastností
Eliminácia koncentrácie napätia zlepšuje odolnosť potrubia voči únave, korózii a krehkému lomu, čím sa výrazne zvyšuje bezpečnosť pri vysokom{0}}tlaku a nízkych{1}}teplotách a v podmienkach cyklického zaťaženia.

4. Zlepšenie následnej povrchovej úpravy
Po odstránení napätia sa štruktúra potrubia stáva jednotnou. Procesy, ako je galvanizácia, fosfátovanie a nanášanie náterov, majú menšiu pravdepodobnosť odlupovania alebo dierovania.
 

1. Nízko{1}}teplotné žíhanie na uvoľnenie napätia (najbežnejšie používaný, bežný proces)

Použiteľné pre: rúry ťahané za studena, -potrubia, kalené a temperované rúry, presné bezšvíkové rúry, rúry so stredným a malým-priemerom

• Processs:Zahrejte na 180 až 300 stupňov , chvíľu podržte a potom pomaly vzduchom-ochlaďte alebo pece-ochlaďte
• Princíp:Atómy pomaly difundujú a uvoľňujú deformačné napätie mriežky, bez zmeny tvrdosti a pevnosti matrice, iba eliminujú zvyškové napätie.
• Kľúčové body:Teplota celej pece by mala byť rovnomerná, doba zdržania je 30 ~ 60 minút na 10 mm hrúbky steny; rýchlosť chladenia by mala byť menšia alebo rovná 2 stupňom/min.

2. Žíhanie na uvoľnenie napätia pri vysokej{1}}tete (úplné uvoľnenie napätia, veľká deformácia rúr)

Použiteľné pre: rúry s veľkým{0}}priemerom{1}}steny, za tepla-valcované rúry, kolená, spracované potrubné tvarovky, zvárané rúry

• Proces:Zahrejte na 550 ~ 650 stupňov (pod transformačnú teplotu), chvíľu podržte, potom pomaly ochlaďte v peci (vyberte z pece, keď teplota klesne pod 200 stupňov).
• Vlastnosti:Účinok odľahčenia napätia je najdôkladnejší, takmer eliminuje všetky makroskopické a mikroskopické napätia; nevýhodou je, že mierne znižuje tvrdosť a pevnosť, vhodný pre konštrukčné potrubia a dopravné potrubia s nízkymi požiadavkami na tvrdosť.

3. Vibračné starnutie (úľava od fyzického stresu, nie je potrebné zahrievanie)

Použiteľné pre: Ultra{0}}dlhé rúry, rúry s veľkým-priemerom, hotové rúry, ktoré neumožňujú zohrievanie zmeniť farbu alebo zmäknúť.

• Princíp: Rezonanciou sa vnútorné napätie materiálu potrubia uvoľní a prerozdelí.
• Výhody: Žiadna tepelná deformácia, žiadna oxidačná dekarbonizácia, nízka spotreba energie; Nevýhody: Obmedzené na odstránenie hlbokého stresu, väčšinou sa používa ako pomocná metóda odbúrania stresu.

4. Prirodzené starnutie (nízke náklady, iba pre potrubia s nízkymi-požiadavkami)

Platí pre: Obyčajné nízkotlakové -štrukturálne potrubia, nepresné- potrubia

• Princíp: Pri dlhodobom umiestnení pri izbovej teplote sa stres postupne prirodzene uvoľňuje.
• Nevýhody: Obdobie je extrémne dlhé (niekoľko týždňov až niekoľko mesiacov), uvoľnenie stresu nie je dôkladné a zriedka sa používa v priemyselnej sériovej výrobe.

5. Liečba hlbokým chladom (predtým označovaná ako liečba chladom, slúžiaca ako pomocná metóda odbúravania stresu)

Zvyčajne sa používa v spojení s temperovaním. Najprv sa štruktúra stabilizuje hĺbkovým spracovaním za studena a potom sa uskutoční temperovanie pri nižšej teplote. Kombinovaný účinok úľavy od stresu je účinnejší.
 

Kombináciou spracovania za studena + uvoľnenia napätia + tvarovania existujú dve hlavné metódy spracovania potrubia:

Riešenie 1: Presné bezšvíkové rúry ťahané za studena- (používané pre hydraulické, prístrojové a presné stroje)

1. Za tepla-valcovaný predvalok rúry → Ťahanie za studena/tvárnenie valcovaním za studena (výsledkom je pracovné namáhanie za studena)
2.Nízko{0}}teplotné žíhanie na uvoľnenie napätia (200~280 stupňov): Odstráňte stres z ťahania za studena
3. Narovnávanie, rezanie hlavy a konečná úprava
4. Ošetrenie hlbokým chladom (-80~-120 stupňov, pomalé chladenie + dostatočný čas výdrže): Stabilizuje štruktúru a zvyšuje tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu
5. Sekundárne nízko{0}}teplotné žíhanie (150~200 stupňov): Odstráňte stres z liečby chladom a obnovte húževnatosť
6. Ne-deštruktívne testovanie, kontrola veľkosti a skladovanie hotových produktov

Účinok: Stabilné rozmery, rovnomerná tvrdosť, vynikajúci únavový výkon a žiadna deformácia počas dlhej doby používania.

Riešenie 2: Vysoko-tlakové/hrubé-za tepla{3}}valcované bezšvíkové rúry valcované za tepla (ropa a plyn, kotly, preprava tekutín)

1. Tvárnenie valcovaním za tepla → Hrubé vyrovnávanie
2. Vysoko-teplotné žíhanie na uvoľnenie napätia (580 - 630 stupeň, pomalé chladenie v peci): Úplne eliminujte namáhanie z valcovania za tepla a vyrovnávania
3. Obrábanie, úkosovanie, ohýbanie rúr atď. na ďalšie spracovanie
4. Detekcia chýb produktu, hydraulický test
 

Účinok: Odolné proti praskaniu, odoláva vysokému tlaku, stabilné namáhanie, vhodné do náročných-podmienok.
 

1. Jadro liečby chladom: Zachovanie rozmerov, zvýšenie tvrdosti, podpora transformácie tkaniva. Celý proces musí zahŕňať pomalé chladenie, pomalé opätovné-ohrievanie a následné opätovné{2}}temperovanie; inak je náchylný na praskanie.

2. Jadro úľavy od stresu:Zabráňte deformácii, praskaniu a rozmerovému posunu. Ak chcete zmierniť napätie počas tepelného spracovania, uprednostnite „vysoko{1}}teplotné žíhanie (úplné) a „nízko{2}}teplotné popúšťanie (na udržanie tvrdosti).“ 

3.Logika pre zvýšenie výkonu:Vykonajte uvoľnenie napätia počas tvárnenia → Vykonajte kalenie za studena → Vykonajte sekundárne uvoľnenie napätia. Kombinácia týchto troch procesov berie do úvahy pevnosť, tvrdosť, húževnatosť a rozmerovú stálosť.