Vodič za proces toplinske obrade čeličnih cijevi

Šta 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 da se promijeni mikrostruktura čelika, čime se mijenjaju njegova mehanička svojstva - čvrstoća, tvrdoća, žilavost i duktilnost. Toplinska obrada je neophodna za postizanje specificiranih svojstava koja zahtijevaju standardi kao što su ASTM, API i EN. Bez odgovarajuće termičke obrade, čelična cijev možda neće ispuniti zahtjeve za minimalnu čvrstoću tečenja, može imati nedostatak žilavosti za rad na niskim-temperaturama ili može imati preveliku tvrdoću koja dovodi do pucanja ili kvara izazvanog vodonikom-.

Potreba za toplinskom obradom javlja se u različitim fazama proizvodnje cijevi. Nakon toplog valjanja ili hladnog izvlačenja, ovako -formirana mikrostruktura je tipično ne-ujednačena i može sadržavati nepoželjne faze. Toplinska obrada homogenizuje strukturu i ublažava unutrašnja naprezanja. Nakon zavarivanja, zona -zahvaćena toplinom (HAZ) može imati očvrsnutu ili krhku mikrostrukturu koja zahtijeva termičku obradu nakon -zavarivanja (PWHT) da bi se povratila svojstva. Standardi kao što je A106 Gr.B zahtijevaju normalizirano stanje za određene veličine, dok API 5L X60 i noviji tipično zahtijevaju kaljenje i kaljenje (Q&T) za visoke-vrste čvrstoće.

Normalizacija

Normalizacija uključuje zagrijavanje cijevi na temperaturu približno 30-50 stepeni iznad Ac3 transformacijske temperature (temperatura na kojoj se ferit u potpunosti pretvara u austenit), zadržavanje kako bi se osigurala potpuna austenitizacija, a zatim hlađenje na mirnom zraku. Za ugljenični čelik (A106 Gr.B), temperatura normalizacije je tipično 870-930 stepeni. Sporo hlađenje na zraku proizvodi finu perlitnu-feritnu mikrostrukturu sa ujednačenom veličinom zrna. Normalizacija oplemenjuje strukturu zrna kao valjanog, homogenizuje hemijski sastav i poboljšava žilavost u poređenju sa stanjem valjanog zrna.

Cijevi koje obično zahtijevaju normalizaciju uključuju A106 Gr.B (standardni uvjeti isporuke za veličine s debljinom stijenke > 19 mm), A333 Gr.6 niskotemperaturnu cijev (normalizacija osigurava finu zrnastu strukturu potrebnu za žilavost pri niskim-temperaturama) i mnoge vrste ugljičnog čelika za opću upotrebu pod pritiskom. Proces normalizacije također poboljšava obradivost stvaranjem ujednačene, relativno meke mikrostrukture. Nakon normalizacije, cijev ima konzistentna mehanička svojstva duž svoje dužine i obima, što je bitno za predvidljive performanse pod pritiskom.

Gašenje

Kašenje uključuje zagrijavanje cijevi do temperature austenitizacije (obično 850-950 stupnjeva za ugljični čelik, 1040-1080 stupnjeva za legirani čelik P91/P92) i zatim brzo hlađenje u mediju za gašenje - vode, ulja ili otopine 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 specifični sastav čelika da bi se postigla potpuna martenzitna transformacija. Gašenje vodom omogućava najbržu brzinu hlađenja, ali može uzrokovati izobličenje ili pucanje. Gašenje ulja i polimera nudi sporije, kontrolisanije hlađenje sa smanjenim rizikom od pucanja.

Cijevi koje zahtijevaju gašenje uključuju visoke{0}}vrste API 5L (X60 do X80) gdje se mora postići minimalna čvrstoća tečenja od 414-552 MPa, i API 5CT klase kućišta i cijevi (N80, L80, P110) za servis naftnih bušotina. Izbor medija za gašenje ovisi o sastavu čelika i geometriji cijevi. Za cijev s debelim{12}}cijevima, gašenje vodom može biti potrebno kako bi se postigla dovoljna brzina hlađenja u sredini zida, dok tankoslojna cijev može koristiti ulje ili polimer kako bi se smanjio rizik od izobličenja.

Kaljenje

Kaljenje se izvodi odmah nakon gašenja i uključuje ponovno zagrijavanje cijevi na temperaturu ispod Ac1 temperature transformacije (obično 500-750 stepeni u zavisnosti od razreda), zadržavanje određeno vrijeme, a zatim hlađenje. Kaljenje ublažava unutrašnja naprezanja nastala tokom kaljenja, smanjuje tvrdoću na određeni nivo i poboljšava žilavost dozvoljavajući delimičnu razgradnju martenzita u kaljeni martenzit. Bez kaljenja, kaljena cijev bi bila previše lomljiva za rad i bila bi podložna pucanju pod pritiskom ili udarom.

Kaljenje na niskoj-temperaturi (150-300 stepeni) omogućava minimalno smanjenje tvrdoće uz održavanje visoke čvrstoće, koristi se za neke visoke{4}}vrste čvrstoće. Visoko{9}}kaljenje na visokim temperaturama (600-750 stepeni) značajno smanjuje tvrdoću, ali značajno poboljšava žilavost, koristi se za tipove koji zahtijevaju ravnotežu snage i žilavosti, kao što je API 5L X65/X70. Kombinacija kaljenja praćenog kaljenjem (Q&T) je standardni proces za tipove cijevi visoke čvrstoće, pružajući znatno bolja mehanička svojstva nego što se mogu postići samo normalizacijom.

Žarenje

Potpuno žarenje uključuje zagrijavanje do opsega austenitizacije, sporo hlađenje u peći kako bi se dobila gruba perlitna struktura i hlađenje na sobnu temperaturu. Potpuno žarenje proizvodi najnižu čvrstoću i najveću duktilnost. Rijetko se koristi za proizvodnju standardnih cijevi, ali se može primijeniti za teške operacije oblikovanja ili za ublažavanje naprezanja složenih proizvedenih komponenti. Žarenje za otklanjanje naprezanja (takođe zvano procesno žarenje) se izvodi na 550-650 stepeni za ugljični čelik, ispod temperature transformacije, kako bi se otklonila zaostala naprezanja od hladnog izvlačenja ili hladnog oblikovanja bez značajnog utjecaja na mehanička svojstva. Sferoidizirajuće žarenje (dugo zadržavanje odmah ispod Ac1) transformira pločice karbida u sferoidne čestice, uvelike poboljšavajući obradivost cijevi koje zahtijevaju opsežnu mašinsku obradu. Žarenje se također koristi za precizne cijevi (hladno vučene) nakon operacije hladnog izvlačenja kako bi se obnovila duktilnost i ublažilo otvrdnjavanje - pogledajte našePrecizni vs standardni vodič za cijevi.

Tabela za upoređivanje toplinske obrade

Toplinska obrada prema materijalu

Cijev od ugljičnog čelika (A106 Gr.B) se obično isporučuje u normaliziranom stanju za veličine koje zahtijevaju termičku obradu, ili u-valjanom stanju za manje veličine tankog zida-. API 5L linijska cijev se može isporučiti u normaliziranom, normalizirano valjanom ili Q&T stanju u zavisnosti od nivoa i debljine zida. Viši razredi (X60 i više) obično zahtijevaju Q&T ili termomehaničku kontroliranu obradu (TMCP). Cijevi od legiranog čelika (A335 P11, P22, P91) se uvijek isporučuju u normaliziranom i kaljenom stanju. P91 zahtijeva preciznu kontrolu temperature normalizacije (1040-1080 stepeni) i temperiranja (730-780 stepeni) kako bi se razvila optimizirana struktura kaljenog martenzita sa finim talozima vanadij-niobijum karbonitrida koji obezbjeđuju njegovu izuzetnu snagu puzanja. Cev od nerđajućeg čelika (304/316) zahteva žarenje rastvorom na 1010-1120 stepeni praćeno brzim hlađenjem (gašenje vodom ili brzo hlađenje vazduhom) kako bi se sprečilo taloženje hrom karbida koje bi smanjilo otpornost na koroziju.

Oprema i kontrola toplinske obrade

Za termičku obradu cijevi koriste se dvije glavne vrste peći: kontinualne peći s valjkastim ložištem (za velike-proizvodnje standardnih veličina) i serijske peći-donje peći (za veliki-promjer, debeli-zid ili cijevi od posebne legure). Ujednačenost temperature je kritična: peć mora održavati temperaturu unutar ±10 stupnjeva zadane vrijednosti u cijeloj radnoj zoni. Moderne peći koriste više termoparova povezanih na automatizovane sisteme upravljanja koji bilježe vremenske{7}}temperaturne krive za svaki ciklus toplinske obrade. Ovi zapisi omogućavaju sljedivost kako bi se pokazalo da je svaka cijev ili serija prošla specificiranu termičku obradu. Nakon termičke obrade, cijevi će možda zahtijevati ispravljanje radi ispravljanja izobličenja. Ovo se obično radi u 7-rolnama ili 9-valjkama poprečnim valjcima za ispravljanje, nakon čega slijedi ispitivanje tvrdoće kako bi se potvrdilo da je termička obrada bila efikasna.

Defekti termičke obrade

Nepravilna termička obrada može dovesti do kvarova. Do pregrijavanja ili gorenja dolazi kada temperatura premaši preporučeni maksimum, uzrokujući grublje zrna i početno topljenje na granicama zrna. Dekarbonizacija je gubitak ugljika iz površinskog sloja, formirajući meki, nisko-ugljični sloj koji smanjuje čvrstoću na zamor. Pukotine koje se gase nastaju zbog pretjerano brzog hlađenja ili koncentracije geometrijskog naprezanja, najčešće u cijevima s debelim-zidovima ili složenim-odjeljcima. Neujednačenost tvrdoće - može biti rezultat neujednačene temperature peći, neujednačenog hlađenja - ili varijacija u hemijskom sastavu unutar topline. Ovi se nedostaci mogu otkriti ispitivanjem tvrdoće, metalografskim ispitivanjem i površinskim NDT metodama.

Naša sposobnost toplinske obrade

ManufacturerPipe upravlja modernim postrojenjima za termičku obradu koja su sposobna za normalizaciju, Q&T i ublažavanje naprezanja za cijevi od 1/2" do 48" prečnika. Naše peći imaju preciznu kontrolu temperature sa punim-bilježenjem temperature za potpunu sljedivost. Možemo izvršiti sve standardne cikluse termičke obrade za ugljični čelik, legirani čelik i cijevi od nehrđajućeg čelika prema ASTM, API i EN zahtjevima.

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
• Galvanized Pipe