چگونه لوله‌های فولادی ضد زنگ آستنیتی شکل U- را به طور موثر گرم کنیم

به دلیل هندسه منحصر به فرد آنها،لوله های فولادی ضد زنگ U{0}}شکل(معمولا گریدهای آستنیتی مانند 304، 316، 321، 347H، 310S، و غیره) در طول عملیات حرارتی نسبت به لوله‌های مستقیم با چالش‌های پیچیده‌تری مانند توزیع ناهموار تنش و تمایل به رشد دانه در بخش‌های خم شده مواجه هستند. عملیات حرارتی مناسب برای اطمینان از پایداری ابعادی، مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی آنها بسیار مهم است. فرآیندهای عملیات حرارتی استاندارد برای فولادهای زنگ نزن آستنیتی شامل تصفیه محلول، بازپخت تنش زدایی، عملیات تثبیت و عملیات حرارتی طراحی شده برای حذف فاز سیگما (σ) است.

فرآیند عملیات حرارتی لوله مستقیم فولادی ضد زنگ

1. روش های عملیات حرارتی برای فولاد زنگ نزن آستنیتی چیست؟

I. درمان با محلول
درمان محلول یک فرآیند عملیات حرارتی است که در آن اجزای فولاد ضد زنگ تا دمای محلول (1050-1100 درجه) گرم می شوند. این امر به همه کاربیدها-و همچنین هر مارتنزیتی که در حین کار سرد تشکیل می‌شود{4} اجازه می‌دهد تا کاملاً حل شده و به آستنیت تبدیل شود. سپس این ماده به سرعت سرد می شود تا این ریزساختار تک فاز-در دمای بالا در دمای اتاق حفظ شود. این عملیات حرارتی نرم ترین حالت را با بالاترین شکل پذیری ایجاد می کند.

II. درمان کاهش استرس
تنش های داخلی ایجاد شده توسط کار سرد را می توان از طریق بازپخت در دمای پایین (275-450 درجه برای 0.5-2 ساعت)-از بین برد. پس از این درمان، خواص مکانیکی بهبود می یابد. با این حال، ازدیاد طول بدون تغییر باقی می ماند.

III. درمان تثبیت
برای جلوگیری از خوردگی بین دانه‌ای، مقادیر کمی تیتانیوم یا نیوبیم به فولادهای آستنیتی اضافه می‌شود و به دنبال آن فرآیندی به نام عملیات تثبیت‌سازی شناخته می‌شود. این درمان شامل حرارت دادن مواد تا 900 درجه است که باعث حل شدن بیشتر کاربیدهای کروم می شود. سپس کربن محلول با تیتانیوم یا نیوبیم ترکیب می‌شود و ترکیبات TiC یا NbC را تشکیل می‌دهد که پایدارتر از کاربیدهای کروم هستند- در نتیجه از رسوب کاربیدهای کروم در مرزهای دانه جلوگیری می‌کنند. این درمان تاثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی ندارد.

IV. عملیات حرارتی برای حذف فاز σ
در فولادهای آستنیتی {0}کروم بالا با محتوای نیکل ناکافی، عملیات حرارتی ممکن است منجر به تشکیل فاز σ شود و در نتیجه چقرمگی ضربه فولاد (مقدار ak) کاهش یابد. برای این دسته از فولادها، محدوده دما برای تشکیل فاز σ-تقریباً 500-970 درجه است. با اجتناب از این محدوده دمایی تشکیل و گرم کردن ماده تا دمای بالاتر، فاز σ را می توان به فاز فریت با دمای بالا تبدیل کرد و در نتیجه چقرمگی ماده را بازیابی کرد.

2. عملیات حرارتی توصیه شده برای لوله‌های فولادی سرد-به شکل U{2}} چیست؟

برای لوله‌های فولاد ضد زنگ آستنیتی U شکل، عملیات حرارتی عمدتاً اهداف زیر را انجام می‌دهد:
تسکین استرس: برای از بین بردن تنش های داخلی باقیمانده ایجاد شده در فرآیندهای سرد و گرم-مانند خمش، جوشکاری و صاف کردن-در نتیجه از ترک خوردگی ناشی از تنش و افزایش پایداری ابعادی جلوگیری می کند.
بهینه سازی مقاومت در برابر خوردگی: از طریق تصفیه محلول، برای حل کردن کاربیدهایی که ممکن است در مرزهای دانه رسوب کرده باشند، در نتیجه مقاومت بهینه در برابر خوردگی مواد، به ویژه مقاومت آن در برابر خوردگی بین دانه ای بازیابی شود.
نرم شدن و افزایش پلاستیک: برای بازگرداندن ریزساختار-که ممکن است در اثر سرد کاری سخت شده باشد-به حالت نرم شده. این منجر به یک ساختار آستنیتی یکنواخت-تک فاز می‌شود، انعطاف‌پذیری و چقرمگی مواد را بهبود می‌بخشد و پردازش یا کاربرد بعدی را تسهیل می‌کند.

بسته به اهداف خاص عملیات حرارتی، لوله‌های U{0}}در درجه اول تحت دو فرآیند زیر قرار می‌گیرند:

I. درمان با محلول (پخت کامل)

این جامع ترین شکل عملیات حرارتی را تشکیل می دهد و در شرایطی که به حداکثر مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری مطلوب نیاز دارند، اعمال می شود.

الف. هدف: برای حل کامل فازهای رسوب‌شده-مانند کاربیدها و فازهای سیگما (σ)-در ماتریس آستنیتی، در نتیجه به یک ریزساختار تک فازی یک-و حذف کامل همه تنش‌های ناشی از پردازش{{3}.

ب. جریان فرآیند:

• گرم کردن: لوله U{0}}را به سرعت تا محدوده دمایی 1050 درجه تا 1150 درجه گرم کنید. انتخاب دمای خاص باید درجه فولاد را در نظر بگیرد (به عنوان مثال، فولادهای دارای مولیبدن{6}}به دمای بالاتری نیاز دارند) و نیاز به جلوگیری از درشت شدن بیش از حد دانه.
• خیساندن: زمان خیساندن بر اساس ضخامت دیواره محاسبه می شود که معمولاً از 1 تا 1.5 دقیقه در میلی متر متغیر است. به عنوان مثال، یک لوله U- با ضخامت دیواره 4.5 میلی متر، به زمان خیساندن تقریباً 5 تا 7 دقیقه نیاز دارد. ضروری است اطمینان حاصل شود که تمام بخش‌های لوله U-به‌ویژه بخش‌های خمیده{10}}به طور یکنواخت به دمای مورد نظر می‌رسند.
• خنک‌سازی: خنک‌سازی سریع مرحله حیاتی است. لوله ها باید به سرعت در آب خاموش شوند (یا در مورد لوله های دیواره نازک-با اسپری خنک شوند) تا از رسوب مجدد کاربیدها در محدوده دمایی حساسیت (850 درجه تا 400 درجه) جلوگیری شود. برای لوله‌های U، وسایل تخصصی یا الگوهای جریان آب خاص باید طراحی شوند تا اطمینان حاصل شود که هر دو شعاع داخلی و خارجی خم به‌طور یکنواخت و سریع خنک می‌شوند و در نتیجه از ایجاد تنش‌های پسماند جدید در سرمایش ناهموار جلوگیری می‌شود.

II. بازپخت کردن استرس-تسکین دهنده (بازپخت در دمای پایین-)

این فرآیند زمانی به کار می رود که هدف اصلی حذف تنش پسماند باشد و زمانی که الزامات مربوط به مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای سختگیرانه نباشد.

الف. هدف: برای کاهش نسبی تنش‌های پسماند، در نتیجه افزایش پایداری ابعادی و مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش، در حالی که همزمان از نرم شدن بیش از حد مواد یا ایجاد تغییر شکل قابل توجه جلوگیری می‌کند.

ب. جریان فرآیند:

• گرمایش: لوله ها را در محدوده دمایی نسبتاً پایین 275 درجه تا 450 درجه گرم کنید.
• خیساندن: درجه حرارت (خیساندن) را به مدت 0.5 تا 2 ساعت حفظ کنید.
• خنک سازی: به آرامی خنک می شود، معمولاً با خنک کننده کوره یا خنک کننده هوا. این فرآیند کمترین تأثیر را بر یکپارچگی ابعادی (تغییر شکل) لوله‌های U- دارد.

3. اقدامات احتیاطی کلیدی در درمان حرارتی U{1}}لوله چیست؟

برای لوله‌های فولادی ضد زنگ آستنیتی U شکل، عملیات محلول برای اطمینان از عملکرد جامع-به‌ویژه مقاومت در برابر خوردگی، ترجیح داده می‌شود. با این حال، عنصر حیاتی در دستیابی به خنک سازی سریع و یکنواخت برای جلوگیری از بارش کاربید است. برعکس،{3}}بازپخت تسکین استرس به عنوان یک راه حل سازش کار می‌کند-که تحت شرایط خاص استفاده می‌شود{5}}که منجر به تغییر شکل کمتر و مصرف انرژی کمتر می‌شود. در عمل تولید، فرآیند عملیات حرارتی باید بر اساس درجه مواد خاص، ابعاد، تاریخچه پردازش و محیط خدمات مورد نظر لوله‌های U{7}}به شکل علمی فرموله شده و به شدت کنترل شود.

I. گرمایش یکنواخت: بخش خم شده یک لوله U شکل ممکن است گرمای ناهمواری را در داخل کوره تجربه کند. بنابراین، قرار دادن مناسب یا استفاده از فن های گردشی برای اطمینان از یک میدان دمایی یکنواخت مورد نیاز است.

II. پیشگیری از تغییر شکل: در دماهای بالا، لوله‌های U{0}}شکل در برابر وزن خود مستعد تغییر شکل هستند. برای نگهداری آنها در موقعیت مناسب باید از تکیه گاه ها یا فیکسچرهای تخصصی استفاده شود.

III. خنک کننده سریع و یکنواخت: این بزرگترین چالش در درمان محلول لوله‌های U{0}}شکل است. روش خنک کننده ایده آل شامل اجازه دادن به محیط خنک کننده (آب) برای جریان سریع و یکنواخت در هر دو سطح داخلی و خارجی لوله است. در عمل، این امر را می توان با تزریق آب تحت فشار از یک طرف در حالی که اجازه می دهد از طرف دیگر خارج شود به دست آورد. این تکنیک تضمین می کند که هیچ "مناطق راکد" یا لایه های بخار در بخش خم شده تشکیل نمی شود، در نتیجه خنک شدن سریع در کل لوله را تسهیل می کند.

IV. ضبط پارامتر فرآیند: داده‌های مربوط به هر چرخه عملیات حرارتی-از جمله نرخ گرمایش، دمای پیک، زمان نگهداری و روش خنک‌سازی-باید به شدت ثبت شوند تا قابلیت ردیابی و کنترل کیفیت تسهیل شود.