Analiza procesu obróbki na zimno i odprężania rur stalowych bez szwu

Obróbka na zimno rur bez szwu ogólnie odnosi się do głębokiej obróbki na zimno (-obróbka w niskiej temperaturze, zwykle w środowisku ciekłego azotu w temperaturze od -70 do -196 stopni) i jest często stosowana w połączeniu z procesami hartowania, odpuszczania, walcowania na zimno/ciągnienia na zimno. Podstawową funkcją jest:

1. Ustabilizuj konstrukcję i wymiary:

Elimitować pozostały austenit i promować jego przemianę w stabilny martenzyt, aby zapobiec odkształceniom wymiarowym i dryftowi dokładności podczas późniejszego użytkowania i obróbki rury, szczególnie w przypadku precyzyjnych rur hydraulicznych, rur oprzyrządowania i rur łożyskowych.

2. Zwiększ twardość, odporność na zużycie i wytrzymałość:

Organizacja staje się gęstsza, zwiększa się twardość powierzchni i odporność na zużycie, a żywotność rury ulega wydłużeniu.

3. Uwolnij mikronaprężenia wewnętrzne:

Zmniejsz mikro-naprężenia spowodowane odkształceniem siatki podczas ciągnienia na zimno i hartowania oraz zmniejsz ryzyko pękania i wypaczania na późniejszym etapie.

4. Popraw wytrzymałość i wydajność zmęczeniową:

Udoskonal strukturę ziaren, zmniejsz punkty koncentracji naprężeń oraz zwiększ odporność materiału rury na zmęczenie i uderzenia.

Punkt wyróżniający:

Obróbka na zimno ≠ ciągnienie na zimno/walcowanie na zimno w normalnej temperaturze. Obróbka na zimno to proces głębokiego chłodzenia w niskiej-temperaturze i stanowi procedurę pomocniczą następującą po obróbce cieplnej.

(1) Przygotowanie-przed zabiegiem

1. Kontrola-przedprocesowa
Materiał rury należy najpierw poddać hartowaniu/odpuszczaniu/ciągnięciu na zimno, a następnie schłodzić do temperatury zbliżonej do temperatury pokojowej (20-40 stopni) przed umieszczeniem w piecu. Surowo zabrania się bezpośredniego wprowadzania wysokiej-temperatury do sprzętu niskotemperaturowego, aby zapobiec nadmiernej różnicy temperatur i pękaniu.

2. Sortowanie i kontrola wizualna

Rury z pęknięciami, fałdami, nierówną grubością ścianek, zarysowaniami powierzchni i nierównościami należy usunąć. Sortuj według materiału, specyfikacji i partii, aby uniknąć mieszania materiałów.

3. Czyszczenie i suszenie

Dokładnie usunąć powierzchniowe plamy oleju, wilgoć i płyn obróbkowy. Zamarznięta woda może spowodować pęknięcie ścianki rury i korozję jej wewnętrznej ściany. Oba końce długiej rury są uszczelnione, aby zapobiec przedostawaniu się do rury mediów o niskiej-temperaturze.

4. Normy załadunku pieców
Układać materiał rury warstwa po warstwie, pozostawiając szczeliny, bez spiętrzania i ściskania. Podpieraj cienkie i długie rury, aby zapobiec-zginaniu się i deformacji pod ciężarem własnym pod wpływem niskiej temperatury.

5. Wstępne ustawienie-parametrów procesu
Ustaw docelową temperaturę i czas utrzymywania w zależności od materiału: rury bez szwu ze stali węglowej/niskostopowej mają zwykle temperaturę od -70 do -120 stopni, rury wysokostopowe/łożyskowe od -150 do -196 stopni.

(II) Kontrola procesu obróbki na zimno

1. Niska szybkość chłodzenia
Unikaj szybkiego chłodzenia. Kontroluj szybkość chłodzenia w zakresie od 1 do 3 stopni/min. Duże różnice temperatur mogą powodować nowe naprężenia temperaturowe, prowadzące do mikropęknięć.

2. Odpowiednia izolacja
Po osiągnięciu przez całą rurę zadanej niskiej temperatury, należy zachować izolację przez 2 do 4 godzin (w przypadku rur o dużej grubości ścianek i dużej średnicy przedłużyć ten czas do 4 do 6 godzin). Upewnij się, że struktury wewnętrzne i zewnętrzne całkowicie się przekształciły, aby uniknąć nierównej wydajności wewnątrz i na zewnątrz.

3. Zamknięte środowisko i jednolite medium
Cyrkulacja ciekłego azotu/zimnego powietrza jest równomierna, co eliminuje lokalne przechłodzenie; stale monitoruj temperaturę, aby uniknąć skrajnie niskich temperatur.

4. Zabroń zewnętrznego wpływu i ruchu
W niskich temperaturach wytrzymałość stali chwilowo maleje i jest ona podatna na ukryte pęknięcia pod wpływem naprężeń.

(III) Operacje po-schłodzeniu

1. Powolne chłodzenie (klawisz)
Po rozładunku należy pozwolić rurze na naturalne ogrzanie się do temperatury pokojowej. Nie wystawiaj go na bezpośrednie działanie promieni słonecznych, nie dmuchaj na niego gorącym powietrzem ani nie zanurzaj go w wodzie w celu szybkiego nagrzania. Ma to na celu zapobieganie naprężeniom wtórnym powodowanym przez naprzemienne działanie niskich i wysokich temperatur. Czas chłodzenia zależy od grubości ścianki: w przypadku-rur cienkościennych od 2 do 4 godzin; w przypadku rur-o grubych ściankach – ponad 6 godzin.

2. Terminowe odpuszczanie/starzenie
Po głębokim schłodzeniu konieczne jest przeprowadzenie odpuszczania w niskiej-temperaturze (od 120 do 200 stopni), aby wyeliminować niewielką ilość naprężeń nisko-temperaturowych powstających podczas obróbki na zimno. Pomaga to również przywrócić wytrzymałość materiału rury i zapobiec kruchości.

3. Po-ponowna inspekcja i sortowanie
Sprawdź wygląd, prostość i okrągłość każdej rury indywidualnie; pobieraj próbki do analizy twardości, analizy metalograficznej i wykrywania wad, aby sprawdzić, czy nie występują mikro-pęknięcia i deformacje.

4. Ochrona i przechowywanie
Po wyschnięciu i schłodzeniu przechowuj rury w magazynie, aby uniknąć narażenia na działanie czynników atmosferycznych, deszczu i nierówności.
 

Główne źródła naprężeń w rurach bez szwu: walcowanie na gorąco, ciągnienie na zimno/walcowanie na zimno, hartowanie, spawanie, prostowanie, obróbka mechaniczna. Naprężenia dzieli się na makroskopowe naprężenia szczątkowe i mikroskopijne naprężenia sieciowe.

1. Zapobieganie przyszłym awariom
Uwolnienie naprężeń szczątkowych może spowodować wygięcie, skręcenie i zmianę rozmiaru rury; superpozycja naprężeń prawdopodobnie spowoduje pękanie i rozrywanie ścianek rur, co stwarza niezwykle wysokie ryzyko dla rurociągów wysokociśnieniowych-i rur transportujących płyn.

2. Stabilizacja precyzji przetwarzania
Podczas kolejnych procesów obróbki, takich jak toczenie, gwintowanie, cięcie i gięcie, uwolnienie naprężeń doprowadzi do deformacji obrabianego produktu. Usunięcie naprężeń może zapewnić-długoterminową stabilność wymiarów gotowego produktu.

3. Poprawa właściwości mechanicznych
Wyeliminowanie koncentracji naprężeń poprawia odporność rury na zmęczenie, korozję i kruche pękanie, znacznie zwiększając bezpieczeństwo w warunkach wysokiego-ciśnienia i niskiej-temperatury oraz cyklicznych warunków obciążenia.

4. Poprawa późniejszej obróbki powierzchni
Po usunięciu naprężeń struktura rury staje się jednolita. W procesach takich jak cynkowanie, fosforanowanie i powlekanie ryzyko łuszczenia się lub powstawania dziur jest mniejsze.
 

1. Wyżarzanie odprężające w niskiej-temperaturze (najczęściej stosowany, główny proces)

Dotyczy: rur-ciągnionych na zimno, rur hartowanych i odpuszczanych, precyzyjnych rur bez szwu, rur o średniej i małej-średnicy

• PostępujSS:Podgrzej do 180–300 stopni, przytrzymaj przez pewien czas, a następnie powoli ostudź-lub piec-ochłodź
• Zasada:Atomy dyfundują powoli, uwalniając naprężenia odkształcające sieć, nie zmieniając twardości i wytrzymałości matrycy, a jedynie eliminując naprężenia szczątkowe.
• Kluczowe punkty:Temperatura w całym piecu powinna być jednolita, czas utrzymywania wynosi 30 ~ 60 minut na 10 mm grubości ścianki; szybkość chłodzenia powinna być mniejsza lub równa 2 stopni/min.

2. Wyżarzanie odprężające w wysokiej-temperaturze (całkowite odprężanie, duże odkształcenia rur)

Dotyczy: rur o dużych-grubych-średnicach,-rur walcowanych na gorąco, kolanek, obrobionych łączników rurowych, rur spawanych

• Proces:Podgrzej do 550~650 stopni (poniżej temperatury przemiany), przytrzymaj przez chwilę, a następnie powoli ostudź w piecu (wyjmij z pieca, gdy temperatura spadnie poniżej 200 stopni).
• Cechy:Efekt odprężenia jest najdokładniejszy, prawie eliminując wszystkie naprężenia makroskopowe i mikroskopowe; wadą jest to, że nieznacznie zmniejsza twardość i wytrzymałość, nadaje się do rur konstrukcyjnych i rur transportowych o niskich wymaganiach dotyczących twardości.

3. Starzenie wibracyjne (odciążenie fizyczne, nie wymaga ogrzewania)

Dotyczy: rur-bardzo długich, rur o dużych-średnicach, rur gotowych, które nie pozwalają na zmianę koloru lub zmiękczenie pod wpływem ogrzewania.

• Zasada: W wyniku rezonansu naprężenia wewnętrzne materiału rury są rozluźniane i rozkładane.
• Zalety: Brak odkształceń termicznych, brak odwęglenia utleniającego, niskie zużycie energii; Wady: Ograniczone do eliminowania głębokich naprężeń, najczęściej stosowane jako pomocnicza metoda łagodzenia naprężeń.

4. Naturalne starzenie się (niski koszt, tylko w przypadku rur o niskich-wymaganiach)

Dotyczy: zwykłych rur konstrukcyjnych o niskim-ciśnieniu, rur-nieprecyzyjnych

• Zasada: Umieszczone w temperaturze pokojowej przez długi czas, stres stopniowo i w sposób naturalny uwalnia się.
• Wady: Okres ten jest niezwykle długi (od kilku tygodni do kilku miesięcy), odprężanie nie jest dokładne i jest rzadko stosowane w przemysłowej produkcji seryjnej.

5. Głębokie zimno (wcześniej zwane zimnem, służące jako pomocnicza metoda odprężenia)

Zwykle stosuje się go w połączeniu z hartowaniem. W pierwszej kolejności struktura jest stabilizowana poprzez obróbkę na zimno, a następnie następuje odpuszczanie w niższej temperaturze. Połączony efekt łagodzenia stresu jest bardziej skuteczny.
 

Łącząc obróbkę na zimno + odprężanie + formowanie, istnieją dwie główne metody obróbki rurociągów:

Rozwiązanie 1: Precyzyjne-rury bez szwu ciągnione na zimno (stosowane w hydraulice, oprzyrządowaniu i maszynach precyzyjnych)

1. Kęs-walcowanej na gorąco rury → Ciągnienie na zimno/formowanie na zimno (powodujące naprężenia podczas pracy na zimno)
2.Wyżarzanie odprężające w niskiej-temperaturze (200~280 stopni): Wyeliminuj naprężenia ciągnące na zimno
3. Prostowanie, strzyżenie głowy i wykończenie
4. Głębokie zimno (-80 ~ -120 stopni, powolne chłodzenie + wystarczający czas przetrzymywania): Stabilizuje strukturę i zwiększa twardość i odporność na zużycie
5. Wtórne wyżarzanie w niskiej-temperaturze (150~200 stopni): Wyeliminuj stres związany z zimnem i przywróć wytrzymałość
6. Testy nieniszczące, kontrola rozmiarów i przechowywanie gotowego produktu

Efekt: Stabilne wymiary, jednolita twardość, doskonała odporność na zmęczenie i brak deformacji przez długi okres użytkowania.

Rozwiązanie 2: Wysokociśnieniowe/grube-rury walcowane na gorąco-rury bez szwu (ropa i gaz, kotły, transport płynów)

1. Walcowanie na gorąco → Zgrubne prostowanie
2. Wyżarzanie odprężające w wysokiej-temperaturze (580 - 630 stopnia, powolne chłodzenie w piecu): Całkowicie eliminuje naprężenia powstające podczas walcowania na gorąco i prostowania
3. Obróbka skrawaniem, ukosowanie, gięcie rur itp. w celu dalszej obróbki
4. Wykrywanie wad produktu, test hydrauliczny
 

Efekt: odporny na pękanie, wytrzymuje wysokie ciśnienie, stabilne naprężenia, odpowiedni do-ciężkich warunków.
 

1. Rdzeń leczenia zimnem: Utrzymaj wymiary, zwiększ twardość, promuj transformację tkanek. Cały proces musi obejmować powolne chłodzenie, powolne-ponowne nagrzewanie i późniejsze-odpuszczanie; w przeciwnym razie jest podatny na pękanie.

2. Rdzeń łagodzenia stresu:Zapobiegaj deformacjom, pęknięciom i dryfowi wymiarowemu. Aby uzyskać odprężenie podczas obróbki cieplnej, należy priorytetowo traktować „wyżarzanie-w wysokiej temperaturze (całkowite)” i „odpuszczanie-w niskiej temperaturze (w celu utrzymania twardości). 

3.Logika poprawy wydajności:Wykonaj odprężanie podczas formowania → Wykonaj hartowanie na zimno → Przeprowadź wtórne odprężanie. Połączenie tych trzech procesów uwzględnia wytrzymałość, twardość, wytrzymałość i stabilność wymiarową.