Благодарение на тяхната уникална геометрия,U-образни тръби от неръждаема стомана(обикновено аустенитни класове като 304, 316, 321, 347H, 310S и т.н.) са изправени пред по-сложни предизвикателства по време на термична обработка отколкото правите тръби-като неравномерно разпределение на напрежението и склонност към растеж на зърна в огънатите секции. Правилната топлинна обработка е от решаващо значение за осигуряване на тяхната стабилност на размерите, устойчивост на корозия и механични свойства. Стандартните процеси за термична обработка на аустенитни неръждаеми стомани включват обработка с разтвор, отгряване за освобождаване на напрежението, стабилизираща обработка и топлинна обработка, предназначена да елиминира сигма (σ) фазата.
Процес на топлинна обработка на права тръба от неръждаема стомана
1. Какви са методите за топлинна обработка на аустенитна неръждаема стомана?
I. Лечение с разтвор
Обработката с разтвор е процес на топлинна обработка, при който компонентите от неръждаема стомана се нагряват до температура на разтвора (1050–1100 градуса). Това позволява на всички карбиди-както и на всеки мартензит, образуван по време на студена обработка-да се разтворят напълно и да се превърнат в аустенит. След това материалът се охлажда бързо, за да се запази тази еднофазна-фазова микроструктура с висока-температура при стайна температура. Тази топлинна обработка дава най-мекото състояние с най-висока пластичност.
II. Лечение за облекчаване на стреса
Вътрешните напрежения, генерирани от студена обработка, могат да бъдат елиминирани чрез ни-температурно отгряване (275–450 градуса за 0,5–2 часа). След тази обработка се подобряват механичните свойства; но удължението остава непроменено.
III. Стабилизиращо лечение
За да се предотврати междукристална корозия, малки количества титан или ниобий се добавят към аустенитни стомани, последвани от процес, известен като стабилизираща обработка. Тази обработка включва нагряване на материала до 900 градуса, което води до разтваряне на повечето хромни карбиди. След това разтвореният въглерод се комбинира с титан или ниобий, за да образува TiC или NbC съединения, които са по-стабилни от хромните карбиди-като по този начин предотвратяват утаяването на хромните карбиди по границите на зърната. Тази обработка няма значително влияние върху механичните свойства.
IV. Топлинна обработка за елиминиране на σ фазата
В аустенитни стомани с високо-хромно съдържание с недостатъчно съдържание на никел термичната обработка може да доведе до образуването на σ фаза, което води до намаляване на ударната якост на стоманата (стойност ak). За този клас стомани температурният диапазон за образуване на σ-фаза е приблизително 500–970 градуса. Чрез избягване на този температурен диапазон на формиране и нагряване на материала до още по-висока температура, σ фазата може да се трансформира във високо-температурна феритна фаза, като по този начин се възстановява здравината на материала.
2. Какви са препоръчителните термични обработки за студено{1}}формовани U-образни стоманени тръби?
За U--образни аустенитни тръби от неръждаема стомана топлинната обработка служи основно за следните цели:
Облекчаване на стреса: За елиминиране на остатъчните вътрешни напрежения, генерирани по време на студени и горещи работни процеси-като огъване, заваряване и изправяне-като по този начин се предотвратява корозионно напукване под напрежение и се подобрява стабилността на размерите.
Оптимизиране на устойчивостта на корозия: Чрез третиране с разтвор, за разтваряне на карбиди, които може да са се утаили по границите на зърната, като по този начин се възстановява оптималната корозионна устойчивост на материала, особено неговата устойчивост на междукристална корозия.
Омекотяване и подобряване на пластичността: За възстановяване на микроструктурата-която може да се е втвърдила поради студена обработка-до омекнало състояние; това води до еднаква, едно-фазова аустенитна структура, подобрява пластичността и издръжливостта на материала и улеснява последващата обработка или приложение.
В зависимост от конкретните цели на термичната обработка U-тръбите преминават основно през следните два процеса:
I. Третиране с разтвор (пълно отгряване)
Това представлява най-всеобхватната форма на термична обработка и се прилага в ситуации, изискващи максимална устойчивост на корозия и оптимална пластичност.
А. Обектив: За пълно разтваряне на утаените фази-като карбиди и сигма (σ) фази-в аустенитната матрица, като по този начин се постига еднаква еднофазна-микроструктура и напълно се елиминират всички напрежения,-предизвикани от обработката.
Б. Поток на процеса:
- Нагряване: Бързо загрейте U-тръбата до температурен диапазон от 1050 градуса до 1150 градуса. Специфичният избор на температура трябва да вземе предвид марката стомана (напр. молибден-съдържащите стомани изискват по-високи температури) и необходимостта да се предотврати прекомерното нагрубяване на зърната.
- Накисване: Времето на накисване се изчислява въз основа на дебелината на стената, като обикновено варира от 1 до 1,5 минути на милиметър. Например, U-тръба с дебелина на стената 4,5 mm ще изисква време на накисване от приблизително 5 до 7 минути. От съществено значение е да се гарантира, че всички секции на U-тръбата-особено огънатите секции-равномерно достигат целевата температура.
- Охлаждане: Бързото охлаждане е критичната стъпка. Тръбите трябва да се закалят бързо във вода (или спрей-охладени в случай на тънко-стенни тръби), за да се потисне повторното утаяване на карбиди в температурния диапазон на сенсибилизация (850 градуса до 400 градуса). За U-тръбите трябва да се проектират специализирани приспособления или специфични модели на водния поток, за да се гарантира, че както вътрешният, така и външният радиус на завоя се охлаждат равномерно и бързо, като по този начин се предотвратява неравномерното охлаждане от генериране на нови остатъчни напрежения.
II. Отгряване-за намаляване на напрежението (отгряване при ниска-температура)
Този процес се използва, когато основната цел е елиминирането на остатъчното напрежение и когато изискванията относно устойчивостта на междукристална корозия не са особено строги.
А. Обектив: За частично облекчаване на остатъчните напрежения, като по този начин се повишава стабилността на размерите и устойчивостта на корозионно напукване под напрежение, като същевременно се избягва прекомерното омекване на материала или предизвикването на значителна деформация.
Б. Поток на процеса:
- Нагряване: Загрейте тръбите до сравнително нисък температурен диапазон от 275 градуса до 450 градуса.
- Накисване: Поддържайте температурата (накисване) за 0,5 до 2 часа.
- Охлаждане: Охлажда се бавно, обикновено чрез охлаждане в пещ или въздушно охлаждане. Този процес има минимално въздействие върху целостта на размерите (деформацията) на U-тръбите.
3. Какви са основните предпазни мерки при топлинна обработка на U-тръби?
За U-образни аустенитни тръби от неръждаема стомана обработката с разтвор е предпочитаният процес за осигуряване на всеобхватни характеристики-по-специално устойчивост на корозия; но критичният елемент се крие в постигането на бързо и равномерно охлаждане, за да се предотврати утаяването на карбид. Обратно, отгряването-за облекчаване на напрежението служи като компромисно решение-използвано при специфични изисквания-което води до по-малко деформации и по-ниска консумация на енергия. В производствената практика процесът на топлинна обработка трябва да бъде научно формулиран и строго контролиран въз основа на специфичния клас на материала, размерите, историята на обработката и предвидената работна среда на U--образните тръби.
I. Равномерно отопление: Огънатата секция на U--образна тръба може да претърпи неравномерно нагряване в пещта; следователно е необходимо правилното разположение или използването на циркулационни вентилатори, за да се осигури равномерно температурно поле.
II. Предотвратяване на деформация: При повишени температури U--образните тръби са податливи на деформация под собственото си тегло. Трябва да се използват специализирани опори или приспособления, за да се поддържат в правилната позиция.
III. Бързо и равномерно охлаждане: Това представлява най-голямото предизвикателство при обработката с разтвор на U--образни тръби. Идеалният метод за охлаждане включва позволяването на охлаждащата среда (вода) да тече бързо и равномерно през вътрешната и външната повърхност на тръбата. На практика това може да се постигне чрез впръскване на вода под налягане от единия край, като същевременно се оставя да излезе от другия; тази техника гарантира, че няма да се образуват "застояли зони" или парни филми в огъната секция, като по този начин улеснява бързото охлаждане в цялата тръба.
IV. Записване на параметри на процеса: Данните относно всеки цикъл на термична обработка-включително скорост на нагряване, пикова температура, време на задържане и метод на охлаждане-трябва да се записват стриктно, за да се улесни проследимостта и контролът на качеството.