Завдяки унікальній геометрії,U-подібні труби з нержавіючої сталі(зазвичай аустенітні марки, такі як 304, 316, 321, 347H, 310S тощо) стикаються зі складнішими проблемами під час термічної обробки, ніж прямі труби-, як-от нерівномірний розподіл напруги та схильність до зростання зерен у зігнутих секціях. Належна термічна обробка має вирішальне значення для забезпечення стабільності їх розмірів, стійкості до корозії та механічних властивостей. Стандартні процеси термічної обробки аустенітної нержавіючої сталі включають обробку розчином, відпал для зняття напруги, стабілізаційну обробку та термічну обробку, призначену для усунення сигма-фази (σ).
Процес термічної обробки прямої труби з нержавіючої сталі
1. Які існують методи термічної обробки аустенітної нержавіючої сталі?
I. Лікування розчином
Обробка розчином - це процес термічної обробки, під час якого компоненти з нержавіючої сталі нагрівають до температури розчину (1050–1100 градусів). Це дозволяє всім карбідам-а також будь-якому мартенситу, утвореному під час холодної обробки-повністю розчинитися та перетворитися на аустеніт. Потім матеріал швидко охолоджується, щоб зберегти цю одно-фазну високотемпературну-мікроструктуру при кімнатній температурі. Така термічна обробка дає найм’якший стан із найвищою пластичністю.
II. Лікування зняття стресу
Внутрішні напруги, що виникають під час холодної обробки, можна усунути за допомогою низько-температурного відпалу (275–450 градусів протягом 0,5–2 годин). Після такої обробки покращуються механічні властивості; однак подовження залишається незмінним.
III. Стабілізаційне лікування
Щоб запобігти міжкристалітній корозії, до аустенітних сталей додають невеликі кількості титану або ніобію з подальшим процесом, відомим як стабілізаційна обробка. Ця обробка передбачає нагрівання матеріалу до 900 градусів, у результаті чого більшість карбідів хрому розчиняється. Потім розчинений вуглець поєднується з титаном або ніобієм, утворюючи сполуки TiC або NbC, які є більш стабільними, ніж карбіди хрому-, таким чином запобігаючи випаданню карбідів хрому на границях зерен. Ця обробка не має істотного впливу на механічні властивості.
IV. Термічна обробка для усунення σ-фази
У -аустенітних сталях із високим вмістом хрому та недостатнім вмістом нікелю термічна обробка може призвести до утворення фази σ, що призведе до зниження ударної в’язкості сталі (значення ak). Для цього класу сталей температурний діапазон утворення фази σ- становить приблизно 500–970 градусів. Уникаючи цього діапазону температур утворення та нагріваючи матеріал до ще вищої температури, σ-фазу можна перетворити на високо{6}}температурну феритову фазу, таким чином відновлюючи міцність матеріалу.
2. Які рекомендовані термічні обробки для холодноформованих U- сталевих труб U-?
Для U--подібних аустенітних труб з нержавіючої сталі термічна обробка в основному слугує для таких цілей:
Зняття стресу: для усунення залишкових внутрішніх напруг, що виникають під час процесів холодної та гарячої обробки-таких як згинання, зварювання та випрямлення-, таким чином запобігаючи корозійному розтріскуванню під напругою та підвищуючи стабільність розмірів.
Оптимізація корозійної стійкості: Завдяки обробці розчином для розчинення карбідів, які могли осісти на межах зерен, таким чином відновлюючи оптимальну корозійну стійкість матеріалу, зокрема його стійкість до міжкристалічної корозії.
Розм'якшення і підвищення пластичності: для відновлення мікроструктури,-яка могла затвердіти внаслідок холодної обробки-до розм’якшеного стану; це призводить до однорідної одно-фазної аустенітної структури, покращує пластичність і міцність матеріалу та полегшує подальшу обробку або нанесення.
Залежно від конкретних цілей термічної обробки U-трубки в основному проходять такі два процеси:
I. Обробка розчином (повний відпал)
Це найбільш повна форма термічної обробки і застосовується в ситуаціях, коли потрібна максимальна стійкість до корозії та оптимальна пластичність.
А. Мета: Для повного розчинення виділених фаз-таких як карбіди та сигма (σ) фази-в аустенітній матриці, завдяки чому досягається рівномірна однофазна-мікроструктура та повністю усунено всі напруги,-спричинені обробкою.
B. Потік процесу:
- Нагрівання: Швидко нагрійте U-трубку до температури від 1050 до 1150 градусів. Вибір конкретної температури повинен враховувати марку сталі (наприклад, сталі, що містять молібден-, потребують вищих температур) і необхідність запобігання надмірному укрупненню зерна.
- Замочування: час замочування розраховується на основі товщини стінки, зазвичай коливається від 1 до 1,5 хвилин на міліметр. Наприклад, U-труба з товщиною стінки 4,5 мм потребує часу замочування приблизно від 5 до 7 хвилин. Важливо переконатися, що всі секції U-трубки-особливо зігнуті секції-рівномірно досягають цільової температури.
- Охолодження: Швидке охолодження є критичним кроком. Трубки необхідно швидко загартувати у воді (або охолодити-розпиленням у випадку тонкостінних-трубок), щоб придушити повторне осадження карбідів у діапазоні температур сенсибілізації (від 850 градусів до 400 градусів). Для U-трубок необхідно розробити спеціалізовані пристосування або певні схеми потоку води, щоб гарантувати рівномірне та швидке охолодження як внутрішнього, так і зовнішнього радіусів згину, таким чином запобігаючи створенню нових залишкових напруг через нерівномірне охолодження.
II. Відпал-зниження напруги (низько{2}}температурний відпал)
Цей процес використовується, коли основною метою є усунення залишкової напруги та коли вимоги щодо стійкості до міжкристалітної корозії не є особливо жорсткими.
А. Мета: Для часткового зняття залишкових напруг, тим самим підвищуючи стабільність розмірів і стійкість до корозійного розтріскування під напругою, одночасно уникаючи надмірного розм'якшення матеріалу або індукції значної деформації.
B. Потік процесу:
- Нагрівання: нагрійте трубки до відносно низького діапазону температур від 275 градусів до 450 градусів.
- Замочування: підтримувати температуру (замочувати) протягом 0,5-2 годин.
- Охолодження: повільно охолоджуйте, як правило, шляхом охолодження в печі або повітряним охолодженням. Цей процес має мінімальний вплив на цілісність розмірів (деформацію) U-труб.
3. Які ключові запобіжні заходи під час термічної обробки U-труб?
Для U--подібних труб з аустенітної нержавіючої сталі обробка розчином є кращим процесом для забезпечення повної ефективності-зокрема стійкості до корозії; однак критичний елемент полягає в досягненні швидкого та рівномірного охолодження для запобігання випаданню карбіду. І навпаки, відпал-зняття напруги є компромісним рішенням,-застосовуваним відповідно до певних вимог-, що призводить до меншої деформації та меншого споживання енергії. У виробничій практиці процес термічної обробки має бути науково сформульованим і суворо контрольованим на основі конкретного сорту матеріалу, розмірів, історії обробки та передбачуваного середовища експлуатації U--подібних труб.
I. Рівномірний нагрів: зігнута частина U-подібної труби може нерівномірно нагріватися в печі; тому необхідне правильне розміщення або використання циркуляційних вентиляторів для забезпечення рівномірного температурного поля.
II. Запобігання деформації: При підвищених температурах U--подібні труби чутливі до деформації під дією власної ваги. Щоб підтримувати їх у відповідному положенні, слід використовувати спеціальні опори або пристосування.
III. Швидке та рівномірне охолодження: це становить найбільшу проблему в обробці розчином U--подібних труб. Ідеальний метод охолодження передбачає швидкий і рівномірний потік охолоджувального середовища (води) як по внутрішній, так і по зовнішній поверхні трубки. На практиці цього можна досягти шляхом впорскування води під тиском з одного кінця, дозволяючи їй виходити з іншого; ця техніка гарантує відсутність «застійних зон» або парової плівки всередині зігнутої секції, тим самим сприяючи швидкому охолодженню по всій трубі.
IV. Запис параметрів процесу: Дані щодо кожного циклу термічної обробки-включаючи швидкість нагрівання, пікову температуру, час витримки та метод охолодження-потрібно суворо реєструвати для полегшення відстеження та контролю якості.