Vodič za proces toplinske obrade čeličnih cijevi

Što je toplinska obrada cijevi i zašto je važna?

Toplinska obrada je kontrolirani proces zagrijavanja čelične cijevi na određenu temperaturu, zadržavanja na toj temperaturi određeno vrijeme, a zatim hlađenja kontroliranom brzinom. Svrha je promijeniti mikrostrukturu čelika, čime se mijenjaju njegova mehanička svojstva - čvrstoća, tvrdoća, žilavost i duktilnost. Toplinska obrada neophodna je za postizanje navedenih svojstava koja zahtijevaju standardi kao što su ASTM, API i EN. Bez odgovarajuće toplinske obrade, čelična cijev možda neće zadovoljiti minimalne zahtjeve granice razvlačenja, možda će joj nedostajati žilavost za niske-temperature ili može imati pretjeranu tvrdoću koja dovodi do pucanja ili kvara izazvanog -vodikom.

Potreba za toplinskom obradom javlja se u različitim fazama proizvodnje cijevi. Nakon vrućeg valjanja ili hladnog izvlačenja, -formirana mikrostruktura obično nije-jednolika i može sadržavati nepoželjne faze. Toplinska obrada homogenizira strukturu i smanjuje unutarnje naprezanje. Nakon zavarivanja, zona pod utjecajem topline (HAZ) može imati otvrdnutu ili krhku mikrostrukturu koja zahtijeva toplinsku obradu nakon -zavarivanja (PWHT) za vraćanje svojstava. Standardi kao što je A106 Gr.B zahtijevaju normalizirane uvjete za određene veličine, dok API 5L X60 i noviji obično zahtijevaju kaljenje i temperiranje (Q&T) za visoke -stupnjeve čvrstoće.

Normaliziranje

Normalizacija uključuje zagrijavanje cijevi na temperaturu približno 30-50 stupnjeva iznad temperature transformacije Ac3 (temperatura na kojoj ferit potpuno prelazi u austenit), zadržavanje kako bi se osigurala potpuna austenitizacija, a zatim hlađenje u mirnom zraku. Za ugljični čelik (A106 Gr.B), temperatura normalizacije je obično 870-930 stupnjeva. Polagano hlađenje na zraku proizvodi finu mikrostrukturu perlita-ferita ujednačene veličine zrna. Normalizacija pročišćava strukturu valjanog zrna, homogenizira kemijski sastav i poboljšava žilavost u usporedbi s valjanim stanjem.

Cijevi koje obično zahtijevaju normalizaciju uključuju A106 Gr.B (standardni uvjet isporuke za veličine s debljinom stjenke > 19 mm), A333 Gr.6 nisko-temperaturnu cijev (normalizacijom se osigurava fina zrnasta struktura potrebna za nisko-temperaturnu udarnu žilavost) i mnoge vrste ugljičnog čelika za opću upotrebu pod tlakom. Proces normalizacije također poboljšava obradivost stvaranjem ujednačene, relativno meke mikrostrukture. Nakon normalizacije, cijev ima dosljedna mehanička svojstva duž svoje duljine i opsega, što je bitno za predvidljiv rad pod pritiskom.

Gašenje

Kaljenje uključuje zagrijavanje cijevi do temperature austenitizacije (obično 850-950 stupnjeva za ugljični čelik, 1040-1080 stupnjeva za P91/P92 legirani čelik) i zatim brzo hlađenje u mediju za gašenje - voda, ulje ili otopina polimera. Brzo hlađenje potiskuje transformaciju kontroliranu difuzijom u perlit i umjesto toga potiče stvaranje martenzita, tvrde mikrostrukture visoke čvrstoće. Brzina hlađenja mora premašiti kritičnu brzinu hlađenja za određeni sastav čelika kako bi se postigla puna transformacija martenzita. Kaljenje vodom osigurava najbržu brzinu hlađenja, ali može uzrokovati izobličenje ili pucanje. Kaljenje uljem i polimerima nudi sporije, kontroliranije hlađenje sa smanjenim rizikom od pucanja.

Cijevi koje zahtijevaju kaljenje uključuju visoke{0}}klase API 5L (X60 do X80) gdje se moraju postići minimalne granice razvlačenja od 414-552 MPa i API 5CT klase zaštitnog i cijevi (N80, L80, P110) za usluge naftnih bušotina. Izbor medija za kaljenje ovisi o sastavu čelika i geometriji cijevi. Za debelo{12}}cijev može biti potrebno gašenje vodom kako bi se postigla dovoljna brzina hlađenja u središtu stijenke, dok se za tankostjenu cijev može koristiti ulje ili polimer za smanjenje rizika od deformacije.

Kaljenje

Kaljenje se izvodi odmah nakon kaljenja i uključuje ponovno zagrijavanje cijevi na temperaturu ispod Ac1 transformacijske temperature (obično 500-750 stupnjeva ovisno o stupnju), držanje određeno vrijeme i zatim hlađenje. Kaljenjem se ublažavaju unutarnja naprezanja nastala tijekom kaljenja, smanjuje tvrdoća na određenu razinu i poboljšava žilavost dopuštajući djelomičnu razgradnju martenzita u kaljeni martenzit. Bez kaljenja, kaljena cijev bila bi previše krta za rad i bila bi osjetljiva na pucanje pod pritiskom ili udarom.

Kaljenje na niskoj-temperaturi (150-300 stupnjeva) omogućuje minimalno smanjenje tvrdoće uz održavanje visoke čvrstoće, koristi se za neke visoke{4}}stupnjeve čvrstoće. Kaljenje na visokoj-temperaturi (600-750 stupnjeva) značajno smanjuje tvrdoću, ali znatno poboljšava žilavost, koristi se za stupnjeve koji zahtijevaju ravnotežu čvrstoće i žilavosti, kao što je API 5L X65/X70. Kombinacija kaljenja nakon čega slijedi kaljenje (Q&T) standardni je postupak za cijevi visoke čvrstoće, koji osigurava značajno bolja mehanička svojstva nego što se može postići samo normalizacijom.

Žarenje

Potpuno žarenje uključuje zagrijavanje do raspona austenitizacije, sporo hlađenje u peći kako bi se dobila struktura grubog perlita i hlađenje na sobnu temperaturu. Potpuno žarenje proizvodi najnižu čvrstoću i najveću duktilnost. Rijetko se koristi za standardnu ​​proizvodnju cijevi, ali se može primijeniti za teške operacije oblikovanja ili za smanjenje naprezanja složenih izrađenih komponenti. Žarenje za ublažavanje naprezanja (također nazvano procesno žarenje) izvodi se na 550-650 stupnjeva za ugljični čelik, ispod temperature transformacije, kako bi se smanjili zaostali naponi od hladnog izvlačenja ili hladnog oblikovanja bez značajnog utjecaja na mehanička svojstva. Sferoidizirajuće žarenje (dugo zadržavanje točno ispod Ac1) pretvara karbidne pločice u sferoidne čestice, uvelike poboljšavajući obradivost cijevi koje zahtijevaju opsežnu strojnu obradu. Žarenje se također koristi za precizne cijevi (hladno vučene) nakon operacije hladnog izvlačenja kako bi se vratila duktilnost i smanjilo otvrdnuće - pogledajte našuPreciznost u odnosu na standardnu ​​vodilicu cijevi.

Usporedna tablica toplinske obrade

Toplinska obrada materijala

Cijevi od ugljičnog čelika (A106 Gr.B) obično se isporučuju u normaliziranom stanju za veličine koje zahtijevaju toplinsku obradu ili u -valjanom stanju za manje veličine tankih stijenki-. Cijev API 5L može se isporučiti u normaliziranom, normalizirajućem valjanom ili Q&T stanju, ovisno o stupnju i debljini stijenke. Viši stupnjevi (X60 i više) obično zahtijevaju Q&T ili termomehaničku kontroliranu obradu (TMCP). Cijev od legiranog čelika (A335 P11, P22, P91) uvijek se isporučuje u normaliziranom i kaljenom stanju. P91 zahtijeva preciznu kontrolu temperature normalizacije (1040-1080 stupnjeva ) i kaljenja (730-780 stupnjeva ) kako bi se razvila optimizirana temperirana martenzitna struktura s finim talozima vanadij-niobijevog karbonitrida koji osiguravaju iznimnu otpornost na puzanje. Cijev od nehrđajućeg čelika (304/316) zahtijeva žarenje u otopini na 1010-1120 stupnjeva nakon čega slijedi brzo hlađenje (kašenje vodom ili brzo hlađenje zrakom) kako bi se spriječilo taloženje krom karbida koje bi smanjilo otpornost na koroziju.

Oprema za toplinsku obradu i upravljanje

Dvije glavne vrste peći koriste se za toplinsku obradu cijevi: peći s kontinuiranim valjčanim ložištem (za veliku-proizvodnju standardnih veličina) i šaržne peći s-donjem (za cijevi velikog-promjera, debele-stijene ili posebne legure). Ujednačenost temperature je kritična: peć mora održavati temperaturu unutar ±10 stupnjeva od postavljene točke u cijeloj radnoj zoni. Moderne peći koriste više termoparova povezanih s automatiziranim kontrolnim sustavima koji bilježe vremenske-temperaturne krivulje za svaki ciklus toplinske obrade. Ovi zapisi omogućuju sljedivost kako bi se pokazalo da je svaka cijev ili serija prošla specificiranu toplinsku obradu. Nakon toplinske obrade, cijevi će možda trebati ispraviti kako bi se ispravila deformacija. To se obično radi u uređaju za ravnanje s poprečnim valjcima sa 7-valjaka ili 9-valjkama, nakon čega slijedi testiranje tvrdoće kako bi se potvrdila učinkovitost toplinske obrade.

Greške toplinske obrade

Neprikladna toplinska obrada može dovesti do oštećenja. Do pregrijavanja ili gorenja dolazi kada temperatura prijeđe preporučeni maksimum, uzrokujući grubljenje zrna i početno topljenje na granicama zrna. Dekarburizacija je gubitak ugljika iz površinskog sloja, formirajući mekani sloj s malo-ugljika koji smanjuje otpornost na zamor. Pukotine od gašenja nastaju zbog pretjerano brzog hlađenja ili geometrijskih koncentracija naprezanja, najčešće u cijevima s debelim-stijenkama ili složenim-presjecima. Ne-ujednačenost tvrdoće može biti posljedica neujednačene temperature peći, ne-ujednačenog hlađenja ili varijacija u kemijskom sastavu unutar topline. Ovi nedostaci mogu se otkriti ispitivanjem tvrdoće, metalografskim ispitivanjem i površinskim NDT metodama.

Naša mogućnost toplinske obrade

ManufacturerPipe upravlja modernim postrojenjima za toplinsku obradu koja mogu normalizirati, Q&T i smanjiti naprezanje za cijevi promjera od 1/2" do 48". Naše peći imaju preciznu kontrolu temperature uz stalno-bilježenje temperature za potpunu sljedivost. Možemo izvršiti sve standardne cikluse toplinske obrade za ugljični čelik, legirani čelik i cijevi od nehrđajućeg čelika prema zahtjevima ASTM, API i EN.

Trebate usluge toplinske obrade?

Kontaktirajte naš tim za odabir procesa toplinske obrade i konkurentne cijene usluga normalizacije, Q&T i žarenja.

Kategorije proizvoda

• Cijev od nehrđajućeg čelika
• Cijev od ugljičnog čelika
• Cijev od legiranog čelika
• Pocinčana cijev