Защо студената обработка на безшевни стоманени тръби трябва да следва стриктна последователност?

Студената обработка (понякога наричана под{0}}нулева или криогенна обработка) е последваща-стъпка, прилагана след охлаждане на определени безшевни стоманени тръби и тръби - най-често легирана стомана, лагерна стомана и прецизно-изтеглени тръби, където стабилността на размерите през експлоатационния живот е по-важна, отколкото за обикновените конструкционни тръби. Правилно направен, той превръща остатъчния задържан аустенит в мартензит и облекчава вътрешното напрежение, което охлаждането оставя след себе си. Направено в грешен ред или с пропусната стъпка, може да остави тръба, която изглежда добре като размери на пода на цеха и след това да се напука, изкриви или да излезе извън допустимите граници месеци по-късно в експлоатация.

Процесът не е сложен като концепция, ноработи само като последователност- всяка стъпка съществува, за да управлява стреса, създаден от стъпката преди нея. По-долу разглеждаме металургията зад защо изобщо е необходима студена обработка, четири-етапния процес в реда, в който всъщност трябва да се случи, и какво да проверявате, когато купувате тръба, за която се предполага, че е минала през нея.

Когато закаляващата се стомана се охлажда, аустенитът в нейната структура се трансформира в мартензит, докато материалът се охлажда над температура, наречена Ms (мартензитно начало). Тази трансформация продължава, докато температурата продължава да пада, до по-ниска температура, наречена Mf (мартензитно покритие) - точката, в която трансформацията по същество е завършена. Проблемът е в товаза много легирани и лагерни стомани Mf е доста под стайната температура. Охлаждането, което спира при стайна температура (или въздушно-охлажда обратно до стайна температура), следователно спира трансформацията наполовина, оставяйки част от първоначалния аустенит нетрансформиран. Това езадържан аустенит.

Запазеният аустенит е метастабилен - той не е постоянно стабилна фаза, това е аустенит, който просто никога не е изстинал достатъчно, за да завърши трансформацията. Оставен сам, той може да се трансформира бавно с течение на времето в експлоатация, особено при натоварване, вибрации или температурни цикли. Тъй като мартензитът заема повече обем от аустенита, от който се образува, тази бавна трансформация се проявява катонарастване на размерите и натрупване на вътрешно напрежение, след като частта вече е в експлоатация- точно режимът на повреда, за предотвратяване на който съществува студена обработка.

Ето защо лечението на настинка се проявява най-често върхупрецизна безшевна тръба, лагерни обтегачи, компоненти за габарити и инструменти{0}}стоманени части- приложения, при които частица от милиметър отклонение на размерите след инсталирането на частта е истински проблем, а не козметичен. Не се прилага като рутинна стъпка върху обикновени въглеродни-стоманени тръбопроводи или конструкционни безшевни тръби, тъй като тези степени не са-закалени на първо място и просто не носят значителен задържан аустенит след охлаждане. Ако купувачът е стандартен източникA106илиAPI 5Lбезшевна тръба, студената обработка не е нещо, за което да питате; ако поръчката е за прецизно-шлайфана безшевна тръба, предназначена за лагерен корпус, втулка на хидравличен цилиндър или измервателен блок, струва си да попитате дали процесът на доставчика го включва и как.

Стъпка 1: Защо първо да-накиснете във вряща вода?

Преди тръбата да достигне температура под -нулата, тя първо се поставя във вряща вода и се държи там заоколо 30 секунди. Тази стъпка прави две неща едновременно. Първо, тооблекчава приблизително 15% от вътрешното напрежениеостанало от първоначалното охлаждащо - напрежение, което иначе би се натрупало върху новото напрежение, което студената обработка е на път да въведе. Второ, тостабилизира задържания аустенитв текущото си състояние, преди частта да бъде изложена на много по-голяма температурна промяна, която следва. Пропускането на тази стъпка не спира работата на студената обработка, но премахва буфера, на който разчитат по-късните етапи, и това е един от най-честите преки пътища, използвани, когато магазинът се опитва да спести време на цикъла.

Стъпка 2: Защо третиране на два етапа - под нулата, след това дълбоко криогенно?

Самата студена обработка се извършва на два температурни етапа, а не на един. Тръбата първо отива към aконвенционална минусова температура от около -60 degC, и едва след това се спуска додълбока криогенна обработка при около -120 degC. Правенето на това на две стъпки, вместо директно потапяне до -120 degC, съществува поради същата причина, поради която има предварително-накисване с кипяща{3}}вода: то управлява скоростта на топлинния шок, тъй като голямата, неконтролирана делта-T е точно това, което има тенденция да отвори пукнатини във вече-закалената, вече напрегната част.

Колкото по-ниска е температурата на обработка, толкова повече задържан аустенит се превръща в мартензит- това е целият смисъл да отидете до -120 degC, вместо да спрете при -60 degC. Но трансформацията никога не е пълна. Тестването последователно показва товаостават приблизително 2% задържан аустенитдори след дълбоко криогенно третиране при -120 degC, независимо колко дълго е удължено времето на задържане. Този остатък не е дефект, който да се преследва до нула - малко, контролирано количество задържан аустенит, останал в структурата, действа катобуфер, който абсорбира стресавместо да го предава директно в заобикалящия мартензит, което е една от причините спецификациите за дълбоко криогенно третиране да са насочени към температура и време на задържане, а не към резултат от нулев-запазен-аустенит.

Стъпка 3: Защо да претопляте в топла вода преди темпериране?

След като дълбокото криогенно задържане приключи, тръбата се изважда обратно и се затоплятопла вода, не е оставен да се изравни сам с околния въздух. Тази стъпка на претоплянеоблекчава приблизително 40% от стреса, причинен от самото студено лечение- новият мартензит, образуван по време на минусовите и дълбоките криогенни етапи, носи собствено вътрешно напрежение върху всичко останало от първоначалното охлаждане. Постепенното затопляне във вода управлява връщането по същия начин, по който предварителното-вода-накисване управлява пътуването надолу: като поддържа промяната на температурата контролирана, а не рязка.

Стъпка 4: Защо закаляването трябва да се случи незабавно?

Последователността се затваря с темпериране изакаляването трябва да се извърши веднага след повторното-загряване на вода, а не в удобен по-късен момент от производствения график. Закаляването премахва по-голямата част от каквото и да е напрежение при студено-третиране, което остава след стъпката с топла-вода, и това е, което всъщност предотвратява забавеното напукване - прясно образуваният мартензит от криогенните етапи е твърд и чуплив и е най-податлив на пукнатини-в периода между студената обработка и темперирането. Тръба, държана твърде дълго в този прозорец, дори при стайна температура, е изложена на реален риск от развитие на микро-пукнатини, преди темперирането изобщо да получи шанса да облекчи напрежението, което ги предизвиква.

Изпълнена правилно, тази последна стъпка е това, което осигурява практическата печалба от целия процес: част сстабилни крайни размери, без остатъчно напрежение, водещо до бавно изкривяване при експлоатация, и без латентен риск от пукнатини, който стои в темперираната структура и чака да се появи, след като частта вече е изпратена.

Всяка стъпка в тази последователност съществува, за да управлява стреса, създаден от предишната стъпка, поради което редът не е въпрос на удобство:

• Пропуснете предварителното-накисване във вряща{0}}вода, а минусовите/дълбоките-крио етапи започват от по-високо основно вътрешно напрежение, увеличавайки риска от напукване по време на самите студени етапи.
• Скочете направо до -120 degC без междинния етап -60 degCи тръбата претърпява много по-голям единичен топлинен удар, което отново повишава риска от пукнатини, вместо да го намалява.
• Пропуснете или съкратете претоплянето на топла{0}}вода, а приблизително 40% от стреса при студено-третиране остава заключен в частта, преминаваща към закаляване, работейки срещу това, което закаляването се опитва да постигне.
• Отложете темперирането след претоплянетои частта остава в най-предразположеното към пукнатини-състояние за по-дълго от необходимото, без гаранция, че забавянето ще бъде прощаващо.

Доставчик, който компресира това в едно студено накисване и едно темпериране, без градуирания подход от двата края, може да произведе част, която преминава незабавна проверка на размерите и все още носи риск от напрежение или напукване, който се проявява едва по-късно.

Партида от прецизна безшевна тръба за лагерно приложение беше студено-обработена от подизпълнител, работещ по съкратен цикъл: едно директно потапяне до -120 degC без -60 degC междинен етап, последвано от темпериране на следващия ден, а не веднага след повторно загряване. Тръбите преминаха проверка на размерите при получаване. Няколко седмици в употреба, подгрупа от партидата показа напукване на линията на косата, проследено до цикъла на компресирана обработка - комбинацията от по-голям единичен термичен шок по време на охлаждане и удължено забавяне преди темперирането остави латентен стрес в материала, който проверката на размерите сама по себе си не можеше да открие. Партидата беше преработена с пълната последователност от четири етапа и документацията на процеса на доставчика беше преработена, за да запише времето на задържане и разликата между повторното нагряване и темперирането за всяка партида напред, а не само за окончателните размери.

Студената обработка е процес, а не спецификация, и сертификатът на мелницата, който отчита само крайната твърдост или крайните размери, няма да ви каже дали последователността действително е спазена. Преди да поръчате безшевна тръба или тръба, когато студената обработка има значение за вашето приложение, струва си да поискате:

1. Потвърждение, че класът действително се нуждае от студена обработка.Не всеки клас безшевни стоманени тръби се възползва от този процес - има значение за легирани, лагерни и инструментални стомани с ниска Mf точка, а не за обикновени въглеродни структурни или тръбопроводни тръби, които никога не са -закалени.
2. Документирани времена на задържане и температури за всеки етап, а не просто бележка, че е извършено "криогенно лечение". Попитайте конкретно дали процесът използва градуиран подход -60 degC / -120 degC или еднократно директно студено накисване.
3. Разликата между претоплянето с топла{0}}вода и темперирането.Доставчик, който не може да посочи тази празнина или който смекчава по забавен партиден график, а не веднага след повторно загряване, носи по-голям риск от пукнатини, отколкото показва сертификатът.
4. Запазен аустенит или данни от изпитване на микроструктура, когато приложението е чувствително към тях- очаква се остатъчно ниво в ниските единични цифри и като цяло е полезно; много по-високо остатъчно ниво предполага, че етапите на студено третиране са били съкратени или пропуснати.
5. Дали стъпката за предварително-накисване с вряща-вода е част от стандартната процедура на доставчика, тъй като това е една от най-лесните стъпки за тихо изпускане, без това да се показва в окончателния доклад от инспекцията.
6. Проследимост на партидата, така че ако по-късно се появи проблем с размери или напукване, той може да бъде проследен обратно до конкретния цикъл на обработка, вместо да се третира като общ дефект на материала.

Доставчик, който може да отговори на всичките шест от тях без колебание, описва контролиран процес. Човек, който може да посочи само крайно число на твърдостта, описва резултат, а не процес - и за студено-безшевни тръби, резултатът в първия ден не ви казва какво ще прави частта шест месеца в експлоатация.

Свържете се сега