تبريد الأنابيب الفولاذية المجلفنة

إن تبريد الأنابيب الفولاذية المجلفنة هو عملية معالجة حرارية رئيسية لتعزيز خواصها الميكانيكية. أدناه، سنقدم شرحًا تفصيليًا للأهمية والتأثيرات وطرق التشغيل واختيار عامل التبريد والموقع في عملية التصنيع والنقاط الرئيسية للتحكم الدقيق.

التسقية هي عملية يتم فيها تسخين الأنابيب الفولاذية المجلفنة إلى درجة الحرارة الحرجة (أعلى من Ac3 أو Ac1) ويتم الاحتفاظ بها لفترة معينة من الوقت، ثم يتم تبريدها بسرعة في الماء أو الزيت أو الوسائط الأخرى. الغرض الأساسي من هذه العملية هو تحويل الأوستينيت المبرد إلى هيكل مارتنزيت أو بينيت، وبالتالي تحسين الخواص الميكانيكية للأنابيب الفولاذية بشكل كبير مثل الصلابة ومقاومة التآكل والقوة والمرونة والمتانة.

بعد التبريد ويلي ذلك التقسية في درجات حرارة مختلفة، يمكن تعديل الخواص الميكانيكية الشاملة للأنابيب الفولاذية لتلبية متطلبات سيناريوهات التطبيق المختلفة. بالنسبة لبعض أنواع الفولاذ الخاصة، يمكن للتبريد أيضًا تحسين خواصها الفيزيائية والكيميائية، مثل تعزيز المغناطيسية الحديدية وتحسين مقاومة التآكل، وما إلى ذلك.

تأثير إيجابي

1. تعزيز الخواص الميكانيكية بشكل كبير: تم تحسين الصلابة، مقاومة التآكل، قوة الكلال والمؤشرات الرئيسية الأخرى للأنابيب الفولاذية بعد التبريد بشكل كبير.
2. الحصول على هيكل محدد: تشكيل هيكل مارتنزيت أو بينيت، ووضع الأساس للتلطيف اللاحق لضبط الخصائص.
3. زيادة عمر الخدمة: التبريد المعقول يمكن أن يزيد من عمر خدمة قطعة العمل بنسبة 30-50%.
التأثيرات السلبية والسيطرة عليها
1. الإجهاد الداخلي والتشوه: التبريد السريع سوف يولد إجهاد داخلي كبير، والذي قد يتسبب في تشوه الأنابيب الفولاذية.
2. خطر التشقق: إذا كانت سرعة التبريد سريعة جدًا أو كانت العملية غير مناسبة، فقد تحدث تشققات التبريد.
3. الهيكل غير المستقر: بعد التبريد، يتم الحصول على هيكل غير متوازن، ومن الضروري إجراء عملية التقسية لتثبيت الهيكل والقضاء على الإجهاد.

التسقية هي العملية الأساسية للمعالجة الحرارية لأنابيب الصلب، وعادة ما تكون موجودة في الموضع التالي في عملية التصنيع:
العملية النموذجية: إعداد كتلة الأنبوب ← التسخين ← الثقب والدرفلة ← التحكم في القطر واستقامته ← التبريد ← التقسية ← الفحص الدقيق
خاصة:
1. بعد الدرفلة أو التشكيل: بعد أن يصل الأنبوب الفولاذي إلى الحجم الأساسي من خلال الدرفلة على الساخن أو التشكيل على البارد، فإنه يخضع لمعالجة التبريد.
2. قبل التقسية: بعد التسقية، يجب أن يتم تلطيفها على الفور لإزالة الضغط الداخلي وتحقيق استقرار الهيكل.
3. كجزء من عملية التسقية والتلطيف: بالنسبة للأنابيب الفولاذية ذات القوة العالية-، غالبًا ما يتم اعتماد عملية التسقية والتلطيف "التبريد + التقسية بدرجة الحرارة العالية-".
تعتمد خطوط إنتاج الأنابيب الفولاذية الحديثة في الغالب طريقة التسخين الحثي والتبريد المستمر. أثناء عمليات التسخين، التبريد والتلطيف، تتحرك الأنابيب الفولاذية طوليًا وتتقدم بطريقة حلزونية.

التحكم الدقيق في درجة الحرارة
• درجة حرارة التسخين: بالنسبة للفولاذ ناقص اليوتكتويد، قم بتسخينه إلى درجة أعلى من Ac3 بمقدار 30-50 درجة. بالنسبة للصلب مفرط اليوتكتويد، قم بتسخينه إلى ما فوق Ac1 بمقدار 30-50 درجة. في الإنتاج الفعلي، يجب إجراء التعديلات وفقًا لنوع الفولاذ وشكل قطعة العمل. بالنسبة لقطع العمل المعقدة، يجب اعتماد درجة حرارة الحد الأدنى لمنع التشقق أثناء التبريد.
• تقنية التحكم في درجة الحرارة: باستخدام معدات التسخين عالية الدقة (أفران المقاومة، أفران التسخين بالحث) جنبًا إلى جنب مع خوارزميات التحكم PID، يمكن أن تصل دقة التحكم في درجة الحرارة إلى ±1 درجة . تم تركيب مزدوجات حرارية متعددة داخل الفرن، مما يتيح التحكم في درجة الحرارة على أساس المنطقة - لضمان توحيد درجة الحرارة، مع التحكم في اختلاف درجة الحرارة ضمن ±3 درجة .
• معدل التسخين: بالنسبة لقطع العمل ذات الأشكال المعقدة والكبيرة-، يتم التحكم في معدل التسخين بمعدل 5-10 درجات / دقيقة. بالنسبة لقطع العمل البسيطة، يمكن زيادتها إلى 10-15 درجة / دقيقة.
2. التحكم في عملية التبريد
• تحسين طريقة التبريد: يوصى بإخضاع الأنابيب الفولاذية المجلفنة للتبريد الدوراني مع التبريد المتزامن في الداخل والخارج.
• التبريد الداخلي: يتم رش الماء داخل الأنبوب من خلال الفوهة بمعدل تدفق لا يقل عن 10 م/ث.
• التبريد الخارجي: استخدام خزانات التبريد بالرش أو الغمر، وتركيب فوهات التحريك في الخزانات لضمان تدفق الوسط.
• معلمات التبريد: بالنسبة للأنابيب الفولاذية ذات الجدران الرفيعة- (بسمك جدار أقل من أو يساوي 6 مم)، يجب أن يكون معدل التبريد ضمن نطاق درجة الحرارة 650 - 400 درجة أكبر من أو يساوي 100 درجة / ثانية. بالنسبة للمواد المعرضة للتشقق (مثل 42CrMo)، يمكن اعتماد تدابير مثل تقليل درجة حرارة التبريد، وتقليل سرعة تدفق الماء، والتحكم في درجة حرارة الماء الخارج (120 - 160 درجة) .
• إدارة وسط التبريد: يجب أن تكون درجة حرارة محلول الماء المالح أقل من أو تساوي 60 درجة لمنع التآكل. يجب التحكم بشكل صارم في تركيز ودرجة حرارة عامل تبريد البوليمر.
3. التحكم الشامل في معلمات العملية
• زمن العزل: يتم حسابه على أساس السُمك الفعال لقطعة العمل، وتكون الصيغة τ=كيلو دالتون (حيث D هو السُمك الفعال وk هو معامل تصحيح التحميل). عندما تزيد كثافة التحميل عن 60% يزيد المعامل بمقدار 0.3 - 0.5.
• عملية التقسية: بعد التبريد، يجب تنفيذ عملية التقسية على الفور. تبلغ درجة الحرارة -لدرجة الحرارة المنخفضة 150-250 درجة، ويتم حساب الوقت بناءً على سمك الجدار (1-2 دقيقة لكل ملليمتر). على سبيل المثال، بالنسبة لأنبوب فولاذي بسمك 4 مم، فإن التقسية لمدة 4-8 دقائق سوف يحافظ على الصلابة عند HRC35-45 ويزيد من المتانة بنسبة 20-30%.
• التحكم في التشوه: من خلال تحسين عملية التبريد لتقليل تركيز الضغط، مثل استخدام الحرارة المتبقية للتصلب الذاتي-.
4. فحص الجودة والتحقق من صحة العملية
• فحص الهيكل: يجب أن يكون الهيكل بعد التسقية من مادة المارتينسيت أو الباينيت، مع عدم وجود كمية كبيرة من الأوستينيت المتبقي.
• اختبار الأداء: التحقق مما إذا كانت المؤشرات مثل الصلابة والقوة والمتانة تلبي المتطلبات.
• الوقاية من العيوب: تعزيز اختبار الموجات فوق الصوتية وفحص جودة السطح لمنع العيوب مثل الشقوق والتشوهات.
5. طرق معالجة متباينة لأنواع مختلفة من الفولاذ
• فولاذ منخفض الكربون - / فولاذ متوسط ​​الكربون -: يفضل استخدام عوامل التبريد المعتمدة على الماء - والتركيز على التحكم في تجانس التبريد.
• فولاذ عالي الكربون/سبائك الصلب-: استخدم زيت التبريد السريع البطيء أو سائل التبريد ذو الأساس- المائي لموازنة الصلابة التي تم تحقيقها مع خطر التشقق.
• أنابيب فولاذية عالية الجودة- في صناعة البترول: تستخدم في الغالب الفولاذ الهيكلي من سبائك الكربون المتوسطة- مع محتوى منخفض من الكربون. سمك الجدار موحد ويمكن إعطاء الأولوية لتبريد الماء.

يتطلب التحكم الدقيق في تبريد الأنابيب الفولاذية المجلفنة الإدارة طوال العملية بأكملها، بما في ذلك التحكم في درجة الحرارة، وطرق التبريد، واختيار الوسط، ومطابقة معلمات العملية، وفحص الجودة. المبدأ الأساسي هو التأكد من أن قدرة التبريد تتوافق مع المعايير وأن التبريد موحد. من خلال التدابير الشاملة مثل التبريد الدوراني، التبريد المتزامن في الداخل والخارج، التحكم الدقيق في درجة الحرارة، والتلطيف في الوقت المناسب، يمكن تعزيز صلابة وقوة الأنابيب الفولاذية مع تقليل مخاطر التشوه والتشقق.