Problém stresu vo výrobe oceľových rúr

Hlavnými príčinami vnútorného napätia v oceľových rúrach súnerovnomerné zmeny teploty, nerovnomerná plastická deformácia, aasynchrónne fázové prechody v štruktúre.Tieto stresové javy sa vyskytujú v skorých, stredných a konečných fázach výrobného procesu a možno ich rozdeliť na prechodné napätie (ktoré zmizne po dokončení procesu) a zvyškové napätie (ktoré zostáva v hotovom výrobku a je hlavným faktorom ovplyvňujúcim kvalitu). Existujú značné rozdiely v štádiách vytvárania napätia pre rôzne výrobné cesty (ako sú bezšvíkové oceľové rúry a zvárané oceľové rúry). Konkrétne podrobnosti sú nasledovné:

Počas tohto štádia je namáhaním hlavne tepelný stres, väčšinou prechodný stres. Určité počiatočné zvyškové napätie sa prenesie do ďalších krokov spracovania spolu so surovinami.

• Počiatočné zvyškové napätie potrubných predvalkov: Počas procesu chladenia a vyrovnávania potrubných predvalkov kontinuálneho odlievania a valcovaných potrubných predvalkov, vnútornéstres máuž boli zachované. Toto patrí k pred{1}}spracovateľskému stresu spôsobenému surovinami a bude superponované na následné spracovanie.
• Tepelné napätie počas procesu zahrievania:Keď sa predvalky rúry zahrievajú, povrchová vrstva sa najprv roztiahne v dôsledku tepla, zatiaľ čo vrstva jadra má nižšiu teplotu a menšie množstvo expanzie. Povrchová vrstva sa stlačí a jadrová vrstva sa natiahne. Ak je rýchlosť ohrevu príliš vysoká alebo teplota v peci je nerovnomerná, tepelné namáhanie sa prudko zvýši av extrémnych prípadoch môže spôsobiť praskanie na povrchu predvalkov rúry. Po rovnomernom zahriatí sa výrazne uvoľní okamžité tepelné namáhanie.

Toto je najkritickejšia fáza pre vznik stresu. Veľká plastická deformácia a lokálne tepelné cykly vytvárajú veľké množstvo deformačného napätia a tepelného napätia, ktoré sú hlavnými zdrojmi zvyškového napätia v hotovom výrobku.

• Hlavné procesy bezšvíkových oceľových rúr

1. Proces piercingu: Počas prepichovania nakloneným valcovaním sa predvalok podrobuje intenzívnej trojrozmernej -nerovnomernej{1}} plastickej deformácii pôsobením valcov a dierovacej hlavy. Existuje významný rozdiel vo veľkosti deformácie hrúbky steny a vnútorných a vonkajších povrchov, čo má za následok značné deformačné napätie; nerovnomerné ochladzovanie po prerazení zvýši tepelné napätie a spoločne vytvorí počiatočné zvyškové napätie rúrky.
2. Rolovacia trubica / proces s pevným priemerom redukcie:Pri kontinuálnom valcovaní a automatickom valcovaní rúr sa hrúbka steny zmenšuje a dochádza k axiálnemu predĺženiu. Deformácia je nerovnomerne rozložená pozdĺž hrúbky steny; pri procesoch s pevným priemerom a zmenšeným priemerom dochádza k obvodovej deformácii tlakom a rozdiel v deformácii medzi vnútorným a vonkajším povrchom sa ešte zosilňuje, čo je hlavným zdrojom axiálneho a obvodového zvyškového napätia v bezšvíkových rúrach valcovaných za tepla-.

• Jadro procesu zváraných oceľových rúr

1. Proces tvarovania:Pásová oceľ je viackrát ohýbaná valcami, aby sa vytvoril polotovar rúry. Deformácia ohybom spôsobuje, že vonkajšia vrstva oceľového plechu je pod napätím a vnútorná vrstva je pod tlakom. Po plastickej deformácii za studena zostáva zvyškové zvyškové napätie v ohybe. To patrí k namáhaniu tvárnenia.
2. Proces zvárania:Zvarový šev a tepelne ovplyvnená zóna sa lokálne rýchlo ohrieva a ochladzuje. Tepelná rozťažnosť vyhrievacej plochy je obmedzená okolitým studeným kovom, čo vedie k tlakovej plastickej deformácii; počas chladenia je kontrakcia obmedzená okolitým základným kovom a nakoniec sa v oblasti zvarového švu vytvorí veľmi vysoké zvyškové ťahové napätie. Základný kov na oboch stranách je pod tlakom tlaku, aby sa zachovala rovnováha, ktorá je hlavným zdrojom napätia zváraných rúr. Čím väčšia je energia zváracieho vedenia a čím vyššia je rýchlosť chladenia, tým vyššia je úroveň zvyškového napätia.

Táto fáza môže zaviesť nové zvyškové napätia alebo tieto napätia môžu byť odstránené špecifickými procesmi v predchádzajúcej fáze.

• Proces chladenia: Keď za tepla-valcované a zvárané oceľové rúry ochladzujú, povrch chladne rýchlejšie, zatiaľ čo jadro sa ochladzuje pomalšie. Povrch sa najskôr zmršťuje a je pod napätím, zatiaľ čo jadro sa neskôr sťahuje a je stláčané, čo vedie k zvyškovému tepelnému namáhaniu; čím vyššia je rýchlosť chladenia a čím je chladenie nerovnomernejšie, tým väčšie je zvyškové tepelné napätie.
• Proces vyrovnávania:Rovnanie za studena koriguje zakrivenie rúry opakovaným spätným ohybom a plastickou deformáciou, ale nerovnomerná deformácia zavedie nové zvyškové napätie v ohybe. Povrchová vrstva rúry si zvyčajne zachováva tlakové napätie a podpovrchová- vrstva si zachováva napätie v ťahu; vyrovnávanie za tepla (využívanie zvyškového tepla z valcovania na vyrovnávanie) prináša oveľa menšie napätia ako pri vyrovnávaní za studena.
• Fázy spracovania za studena (ťahanie za studena / valcovanie rúr za studena): Pri veľkej plastickej deformácii pri izbovej teplote sa generuje extrémne silné vytvrdzovanie a zvyškové napätie, ktoré je absolútnym hlavným zdrojom zvyškového napätia pre oceľové rúry valcované za studena -ťahané/za studena- a úroveň napätia je oveľa vyššia ako pri oceľových rúrach valcovaných za tepla-.
• Rezanie a spracovanie koncov rúr: Rezanie, závitovanie a spracovanie drážok spôsobí lokálnu plastickú deformáciu, čo má za následok lokálnu koncentráciu napätia na konci rúry.
• Proces tepelného spracovania: Keď sa proces vykonáva správne, stres sa dá eliminovať; ak je zahrievanie nerovnomerné alebo je ochladzovanie príliš rýchle (napríklad kalenie), vytvorí sa nové tepelné napätie a mikroštrukturálne napätie a vo vážnych prípadoch dôjde k prasknutiu oceľovej rúry.

Okamžité napätie počas procesu ovplyvňuje iba stabilitu procesu. Zvyškový stres je kľúčovým faktorom určujúcim kvalitu a výkon služby hotového výrobku a má dva účinky: negatívne dopady a kontrolovateľné pozitívne účinky.

• Rozmerová a tvarová nestabilita:Zvyškový stres je vnútorná seba{0}}rovnovážná sila. Keď následné kroky spracovania, ako je rezanie, rezanie závitov, ohýbanie atď., narušia rovnováhu napätia, uvoľnenie napätia spôsobí, že sa oceľová rúra ohne, prekročí limit elipticity, roztiahne alebo zmenší priemer a ovplyvní rozmerovú presnosť; pomalé uvoľňovanie napätia počas-dlhodobého skladovania môže tiež viesť k poruche deformácie.
• Znížený prítlak-a únavový výkon: Zvyškové napätie v ťahu bude superponované s pracovným napätím generovaným pracovným tlakom a striedavým zaťažením, čo spôsobí, že oceľová rúra skutočne znesie väčšiu silu, než je projektovaná hodnota, čím sa zníži jej tlaková-únosnosť; pri striedavom zaťažení, ako je kolísanie tlaku kvapaliny a vibrácie, zvyškové ťahové napätie urýchli iniciáciu trhlín a výrazne zníži únavovú životnosť av závažných prípadoch spôsobí prasknutie alebo zlomenie potrubia.
• Vyvolajte korózne praskanie pod napätím: V korozívnych médiách obsahujúcich síru, chloridové ióny atď. (ako je preprava ropy a plynu, chemické potrubia) bude zvyškové ťahové napätie interagovať s koróziou, čo spôsobí praskanie korózie pod napätím (SCC), čo je jedna z foriem zlyhania jadra potrubí na prepravu ropy a plynu a rafinérskych a chemických potrubí.
• Zhoršenie výkonu následného spracovania: Oceľové rúry s veľkým zvyškovým napätím sú počas sekundárnych krokov spracovania, ako je ohýbanie, rozťahovanie a zmršťovanie, náchylné k praskaniu a nadmernému odrazu, čo vedie k výraznému zníženiu miery kvalifikácie spracovania.

Nie všetky zvyškové napätia sú škodlivé: Povrchové zvyškové tlakové napätie môže pôsobiť proti niektorým vonkajším ťahovým zaťaženiam, čím sa zvyšuje únavová pevnosť a odolnosť oceľovej rúry voči korózii. V priemysle sa kontrolované povrchové tlakové napätie aktívne zavádza prostredníctvom procesov, ako je brokovanie a hydrostatické testovanie na optimalizáciu prevádzkového výkonu oceľovej rúry.

Čo sa týka stresu, delí sa na dva typy prístupov: „Odstránenie/kontrola už vzniknutého zvyškového napätia“ a „Zníženie vzniku napätia pri zdroji“.

• Metóda tepelného spracovania (väčšina jadra, najvyššia miera eliminácie)

​​​​​​​

Najbežnejšie používanou metódou je žíhanie-na zmiernenie napätia: zahrejte oceľovú rúru pod teplotu rekryštalizácie (v prípade uhlíkovej ocele všeobecne 550-650 stupňov, v prípade legovanej ocele upravte podľa materiálu), chvíľu podržte a potom pomaly ochlaďte. Prostredníctvom mikroplastického toku a atómovej difúzie sa uvoľňuje vnútorné napätie s mierou eliminácie 70% až 90%, pričom sa výrazne neznižuje pevnosť materiálu. Ide o štandardný proces pre rúry ťahané za studena-, zvárané rúry a rúry pre vysokotlakové kotly.

Proces normalizácie + temperovania eliminuje zvyškové napätie súčasne pri úprave štruktúry a optimalizácii mechanických vlastností, väčšinou sa používa na konečné tepelné spracovanie bezšvíkových oceľových rúr.

• Metóda mechanickej regulácie

1. Hydrostatická skúška: aplikujte pretlak vody, aby ste spôsobili mikroplastickú deformáciu steny potrubia, uvoľnili zvyškové napätie a prerozdelili napätie, čím sa vytvorí priaznivé tlakové napätie na povrchovej vrstve, má dvojitú funkciu kontroly kvality a regulácie napätia a je nevyhnutným procesom pre tlakové-oceľové rúry.
2. Ošetrenie tryskaním/peenerovaním: vysokorýchlostné strely narážajú na povrch oceľovej rúry, spôsobujú plastickú deformáciu povrchovej vrstvy, vyvolávajú kontrolovateľné povrchové zvyškové tlakové napätie, pôsobia proti škodlivému namáhaniu v ťahu a súčasne zvyšujú únavovú pevnosť a odolnosť proti korózii. Bežne sa používa na pred-úpravu pred anti-koróziou.
3. Vibračné starnutie: použite rezonanciu na vytvorenie mikroskopických defektov v preklzávaní oceľových rúr, uvoľnenie zvyškového napätia, vhodné pre oceľové rúry veľkého-priemeru a{1}}veľkého priemeru, s nízkou spotrebou energie a krátkym cyklom, ale miera eliminácie napätia je nižšia ako pri tepelnom spracovaní.

• Prirodzené starnutie: skladujte vonku, aby sa stres uvoľnil pomaly a prirodzene, s dlhým cyklom a obmedzeným účinkom, používa sa len ako pomocná metóda.

• Optimalizujte techniky tepelného spracovania: Ovládajte rýchlosť ohrevu rúrkového bloku, aby ste zabezpečili rovnomernú teplotu pece; prijať riadené chladenie po valcovaní za tepla, aby sa zabránilo rýchlemu ochladzovaniu a nerovnomernému chladeniu, čím sa zníži tepelné namáhanie.
• Optimalizujte techniky plastickej deformácie: Zlepšite dizajn dierovania, valcovania rúr a konfigurácií lisovnice s konštantnou redukciou, aby sa zabezpečila rovnomerná deformácia pozdĺž hrúbky steny a smeru dĺžky; primerane rozložiť veľkosť deformácie v každom priechode, aby sa zabránilo nadmernej deformácii pri jednom priechode.
• Optimalizácia procesu zvárania (zvárané rúry): Ovládajte príkon zváracieho tepla, prijímajte procesy predhrievania a dodatočného ohrevu na zníženie rýchlosti chladenia a minimalizovanie teplotného gradientu vo zvarovom šve; použite symetrické zváranie a viac{0}}prechodové zváranie, aby ste eliminovali určitú deformáciu a napätie.
• Optimalizácia techniky spracovania za studena: Primerane rozložte veľkosť deformácie pri ťahaní za studena/valcovaní za studena, naplánujte medzižíhanie, aby ste eliminovali pracovné spevnenie a napätie počas spracovania, a potom pokračujte v nasledujúcom spracovaní za studena.
• Optimalizácia procesu vyrovnávania: Uprednostnite používanie vyrovnávania za tepla namiesto vyrovnávania za studena, optimalizujte mieru zníženia vyrovnávania a vzor valcovania, znížte napätie spôsobené vyrovnávaním; použite presné rezanie namiesto strihania na zníženie koncentrácie napätia na koncoch rúr.