فرآیند عملیات حرارتی استاندارد برای لوله های فولادی ضد زنگ مارتنزیتی چیست؟

تقویت بنیان قدرت

عملیات حرارتی فرآیندی ضروری است که خواص استثنایی را باز می کند لوله های فولادی ضد زنگ مارتنزیتی ریزساختار آن را به شکلی سخت، قوی و مقاوم در برابر سایش تبدیل می کند. این دگرگونی از طریق سه مرحله اولیه به دست می‌آید: آستنیته کردن، خاموش کردن و تمپر کردن.

اولین مرحله بحرانی آستنیته کردن است. این شامل گرم کردن لوله MSS تا یک محدوده دمایی دقیق است که در آن ساختار اصلی حاوی فریت و کاربید به طور کامل به یک ساختار مکعبی همگن، تک فاز و روی محور معروف به آستنیت (گاما) تبدیل می‌شود.

کنترل دقیق دما

دمای آستنیته معمولاً بین 950 درجه سانتیگراد تا 1050 درجه سانتیگراد (1742 درجه فارنهایت و 1922 درجه فارنهایت) متغیر است. دمای خاص به شدت به درجه و محتوای کربن بستگی دارد. برای مثال، گرید 420، به دلیل محتوای کربن بالاتر، ممکن است به محدوده متفاوتی نسبت به درجه 410 نیاز داشته باشد.

• هدف: حل کامل کربن و عناصر آلیاژی در ماتریس آستنیت. این حداکثر سختی بعدی را تضمین می کند.

• خطر انحراف: حرارت دادن خیلی کم منجر به کاربیدهای حل نشده می شود و پتانسیل کامل سختی را کاهش می دهد. گرمایش بیش از حد منجر به رشد بیش از حد دانه می شود و به شدت چقرمگی و شکل پذیری لوله را کاهش می دهد.

زمان خیساندن و پیش گرم کردن

لوله باید برای مدت زمان خیساندن کافی در دمای آستنیته نگه داشته شود تا اطمینان حاصل شود که کل سطح مقطع به طور یکنواخت گرم شده و عناصر آلیاژی کاملاً حل شده اند. برای لوله های MSS با دیواره ضخیم یا هندسه های پیچیده، پیش گرمایش در محدوده 650 درجه سانتیگراد تا 850 درجه سانتیگراد اغلب استفاده می شود. این مرحله شوک حرارتی را کاهش می دهد و خطر تاب برداشتن یا ترک خوردن را در طول انتقال سریع به دماهای بالا به حداقل می رساند.

خاموش کردن تشکیل مارتنزیت و سخت شدن

کوئنچ مرحله سرد شدن سریع بلافاصله پس از آستنیته کردن است. هدف آن سرکوب تبدیل آستنیت به فازهای نرم‌تر مانند پرلیت یا بینیت است و در عوض آن را مجبور می‌کند تا به ساختار چهارضلعی فوق‌سخت و بدن محور معروف به مارتنزیت (آلفا پرایم) تبدیل شود.

رسانه خنک کننده کنترل شده

محیط خنک کننده و سرعت به دقت انتخاب می شوند تا در حین مدیریت تنش و اعوجاج پسماند به سختی مورد نیاز دست یابند.

• Oil Quenching: سرعت خنک‌سازی سریعی را فراهم می‌کند که برای برخی از گریدهای MSS با کربن بالاتر ضروری است، اما خطر اعوجاج و استرس داخلی را افزایش می‌دهد.

• خاموش کردن هوا یا گاز: برای گریدهایی با سختی پذیری بالا، به ویژه آنهایی که حاوی نیکل یا مولیبدن هستند، استفاده می شود. سرعت خنک کنندگی کندتر و کم تهاجمی را ارائه می دهد که به طور قابل توجهی اعوجاج را کاهش می دهد و آن را برای کاربردهای لوله های دقیق بسیار مطلوب می کند.

• خاموش کردن قطع شده (حمام نمک): برای به حداقل رساندن گرادیان های حرارتی با خنک کردن سریع لوله تا دمایی درست بالاتر از دمای شروع مارتنزیت (Ms)، نگه داشتن آن به صورت همدما و سپس اجازه خنک شدن آهسته تر استفاده می شود. این تکنیک برای به حداقل رساندن استرس داخلی و تغییرات ابعادی حیاتی است.

ساختار بلافاصله پس از خاموش کردن، مارتنزیت بدون تمپر است که با سختی شدید، استحکام بالا، اما شکنندگی بسیار بالا مشخص می شود. برای استفاده مستقیم مناسب نیست.

متعادل کننده قدرت و سختی

تمپر کردن آخرین و حیاتی ترین مرحله است، یک فرآیند گرم کردن مجدد پس از خاموشی که برای تنظیم ویژگی های لوله MSS برای برآورده کردن مشخصات نهایی استفاده می شود. تنش‌های داخلی عظیم ناشی از خاموش کردن را کاهش می‌دهد و شکل‌پذیری و چقرمگی را به ازای مقداری سختی بهبود می‌بخشد.

طیف دمایی معتدل

دما، مدت زمان و سرعت سرد شدن تلطیف، تعادل نهایی خواص را تعیین می کند. انتخاب توسط الزامات برنامه کنترل می شود.

• درجه حرارت پایین (150 درجه سانتیگراد تا 400 درجه سانتیگراد): برای کاربردهایی که به حداکثر سختی و مقاومت در برابر سایش نیاز دارند، مانند ابزارهای جراحی یا لوله های بلبرینگ تخصصی استفاده می شود. بیشتر سختی خاموش شده را حفظ می کند.

• درجه حرارت بالا (550 درجه سانتیگراد تا 700 درجه سانتیگراد): به طور گسترده برای کالاهای لوله ای کشور نفت (O C T G) و سایر اجزای ساختاری که به چقرمگی عالی و سطوح مقاومت بالا نیاز دارند استفاده می شود. این فرآیند سوربیت تمپر شده را تولید می کند که یک ریزساختار بهینه برای مقاومت در برابر ضربه است.

اجتناب از تردی مزاج

یک نکته مهم پدیده شکنندگی مزاج است، که در آن گرم کردن یا خنک کردن آهسته در محدوده حدوداً 400 درجه سانتیگراد تا 550 درجه سانتیگراد می تواند به شدت مقاومت ضربه را کاهش دهد. برای لوله‌های با کارایی بالا، اغلب از این محدوده دما با دقت اجتناب می‌شود، یا بعد از تمپر کردن، مواد به سرعت از طریق آن خنک می‌شوند.

روندها و پیشرفت های صنعت

تقاضا برای لوله‌های MSS با کارایی بالا، به‌ویژه در بخش‌های انرژی و هوافضا، باعث پیشرفت‌های پردازش حرارتی می‌شود.

• آلیاژهای پیشرفته کم کربن: گریدهای جدیدتر 13 درصد کروم و فوق 13 درصد کروم اکنون برای کاربردهای خدمات ترش رایج هستند. آن‌ها به پروتکل‌های پیچیده‌ای با کارایی بالا Tempering (H P T) نیاز دارند تا از انطباق با استانداردهای NACE برای مقاومت در برابر ترک‌خوردگی استرس سولفیدی (S S C) در عین حفظ استحکام تسلیم بالا اطمینان حاصل کنند.

• عملیات حرارتی خلاء: کوره های خلاء پیوسته مدرن به طور فزاینده ای برای لوله های MSS استفاده می شوند. عملیات خلاء اکسیداسیون و کربن زدایی سطح را به حداقل می رساند، که مسائل رایج در کوره های جوی سنتی است. این منجر به یک سطح تمیزتر و خواص مواد یکنواخت تر در طول لوله می شود که منجر به کاهش هزینه های بازرسی و کار مجدد می شود.

• درمان برودتی: برای کاربردهای خاص با سختی بالا، گاهی اوقات از عملیات زیر صفر یا برودتی تا 196- درجه سانتیگراد پس از کوئنچ برای تبدیل آستنیت باقی مانده به مارتنزیت استفاده می شود. این فرآیند سختی و پایداری ابعادی را قبل از مرحله تمپر نهایی به حداکثر می رساند.

• شبیه سازی دیجیتال: آنالیز المان محدود (F E A) اکنون یک روش استاندارد برای مدل سازی جریان گرما و تبدیل فاز در لوله های پیچیده یا دیواره سنگین است. این به سازندگان اجازه می‌دهد تا اعوجاج حرارتی را پیش‌بینی کرده و با آن مقابله کنند و بیضی بودن و عدم انطباق ابعاد را به حداقل برسانند.