راهنمای فرآیند عملیات حرارتی لوله های فولادی

عملیات حرارتی لوله چیست و چرا اهمیت دارد؟

عملیات حرارتی یک فرآیند کنترل شده برای گرم کردن لوله فولادی تا یک دمای خاص است که در آن دما برای مدت زمان مشخصی باقی می ماند و سپس با سرعت کنترل شده خنک می شود. هدف تغییر ریزساختار فولاد و در نتیجه تغییر خواص مکانیکی - استحکام، سختی، چقرمگی و شکل‌پذیری آن است. عملیات حرارتی برای دستیابی به خواص مشخص شده مورد نیاز استانداردهایی مانند ASTM، API و EN ضروری است. بدون عملیات حرارتی مناسب، لوله فولادی ممکن است حداقل الزامات استحکام تسلیم را برآورده نکند، ممکن است برای سرویس در دمای پایین فاقد چقرمگی باشد، یا ممکن است سختی بیش از حدی داشته باشد که منجر به ترک خوردگی یا شکست ناشی از هیدروژن- شود.

نیاز به عملیات حرارتی در مراحل مختلف تولید لوله بوجود می آید. پس از نورد گرم یا کشش سرد، ریزساختار-به‌طور معمول غیریکنواخت است و ممکن است دارای فازهای نامطلوب باشد. عملیات حرارتی ساختار را همگن می کند و تنش های داخلی را از بین می برد. پس از جوشکاری، منطقه تحت تأثیر گرما (HAZ) ممکن است دارای ریزساختار سخت یا شکننده باشد که برای بازیابی خواص نیاز به عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT) دارد. استانداردهایی مانند A106 Gr.B به شرایط عادی برای اندازه‌های خاص نیاز دارند، در حالی که API 5L X60 و بالاتر معمولاً برای درجه‌های{12} استحکام بالا نیاز به خاموش کردن و تمپر کردن (Q&T) دارند.

عادی سازی

عادی سازی شامل گرم کردن لوله تا دمای تقریباً 30{7}}50 درجه بالاتر از دمای تبدیل Ac3 (دمایی که در آن فریت به طور کامل به آستنیت تبدیل می شود)، نگه داشتن برای اطمینان از آستنیته شدن کامل، و سپس خنک شدن در هوای ساکن است. برای فولاد کربنی (A106 Gr.B)، دمای نرمال سازی معمولاً 870{9}}930 درجه است. خنک شدن آهسته در هوا یک ریزساختار ریز پرلیت{10}}فریت با اندازه دانه یکنواخت ایجاد می کند. نرمال سازی ساختار دانه های نورد شده را اصلاح می کند، ترکیب شیمیایی را همگن می کند و چقرمگی را در مقایسه با شرایط نورد شده بهبود می بخشد.

لوله‌هایی که معمولاً به نرمال‌سازی نیاز دارند عبارتند از A106 Gr.B (شرایط تحویل استاندارد برای اندازه‌هایی با ضخامت دیواره > 19 میلی‌متر)، لوله‌های A333 Gr.6 با دمای پایین{5} (نرمال‌سازی ساختار دانه‌های ریز مورد نیاز برای چقرمگی ضربه‌ای در دمای پایین را تضمین می‌کند)، و بسیاری از نمرات فولاد کربنی برای خدمات فشار عمومی. فرآیند نرمال سازی همچنین با ایجاد یک ریزساختار یکنواخت و نسبتا نرم، قابلیت ماشینکاری را بهبود می بخشد. پس از نرمال شدن، لوله دارای خواص مکانیکی ثابتی در طول و محیط خود است که برای عملکرد قابل پیش بینی تحت فشار ضروری است.

خاموش کردن

کوئنچ شامل حرارت دادن لوله تا دمای آستنیته (معمولاً 850-950 درجه برای فولاد کربنی، 1040{6}}1080 درجه برای فولاد آلیاژی P91/P92) و سپس سرد شدن سریع در محیط خاموش کننده - آب، روغن یا محلول پلیمری است. خنک شدن سریع تبدیل کنترل شده با انتشار به پرلیت را سرکوب می کند و در عوض باعث تشکیل مارتنزیت می شود، یک ریزساختار سخت و با استحکام بالا. برای دستیابی به دگرگونی کامل مارتنزیت، نرخ خنک‌سازی باید از نرخ خنک‌سازی بحرانی برای ترکیب فولاد خاص فراتر رود. کوئنچ آب سریعترین سرعت خنک کننده را فراهم می کند اما می تواند باعث اعوجاج یا ترک شود. کوئنچ روغن و پلیمر خنک‌سازی کندتر و کنترل‌شده‌تری را با کاهش خطر ترک‌خوردگی ارائه می‌دهد.

لوله‌هایی که نیاز به خاموش کردن دارند عبارتند از-درجات API 5L با استحکام بالا (X60 تا X80) که در آن حداقل قدرت تسلیم 414{11}}552 مگاپاسکال باید بدست آید، و درجات پوشش و لوله API 5CT (N80، L80، P110) برای سرویس چاه نفت. انتخاب محیط کوئنچ بستگی به ترکیب فولاد و هندسه لوله دارد. برای لوله‌های دیوار ضخیم، ممکن است برای دستیابی به سرعت خنک‌سازی کافی در مرکز دیوار، خاموش کردن آب لازم باشد، در حالی که لوله‌های جدار نازک می‌توانند از روغن یا پلیمر برای کاهش خطر اعوجاج استفاده کنند.

معتدل کردن

تمپر کردن بلافاصله پس از خاموش کردن انجام می شود و شامل گرم کردن مجدد لوله تا دمای کمتر از دمای تبدیل Ac1 (معمولاً 500-750 درجه بسته به درجه)، نگه داشتن برای مدت زمان مشخص و سپس خنک شدن است. تمپر کردن تنش های داخلی ایجاد شده در حین کوئنچ را کاهش می دهد، سختی را تا حد مشخصی کاهش می دهد و با اجازه دادن به تجزیه جزئی مارتنزیت به مارتنزیت تمپر شده، چقرمگی را بهبود می بخشد. بدون تمپر، لوله خاموش شده برای سرویس بسیار شکننده خواهد بود و تحت فشار یا ضربه مستعد ترک خوردن خواهد بود.

درجه حرارت پایین-(150-300 درجه) حداقل سختی را کاهش می‌دهد و در عین حال استحکام بالایی را حفظ می‌کند، که برای برخی از درجه‌های{4} مقاومت بالا استفاده می‌شود. درجه حرارت بالا (600-750 درجه) به طور قابل توجهی سختی را کاهش می دهد اما چقرمگی را تا حد زیادی بهبود می بخشد. ترکیبی از کوئنچ و به دنبال آن تمپرینگ (Q&T) یک فرآیند استاندارد برای گریدهای لوله با استحکام بالا است که خواص مکانیکی قابل توجهی بهتری نسبت به آنچه که تنها از طریق نرمال‌سازی به دست می‌آید ارائه می‌دهد.

آنیلینگ

بازپخت کامل شامل حرارت دادن به محدوده آستنیته، سرد شدن آهسته در کوره برای تولید ساختار پرلیت درشت و خنک شدن تا دمای اتاق است. بازپخت کامل کمترین استحکام و بالاترین حالت شکل پذیری را ایجاد می کند. به ندرت برای تولید لوله استاندارد استفاده می شود، اما ممکن است برای عملیات شکل دهی شدید یا برای کاهش تنش اجزای پیچیده ساخته شده استفاده شود. بازپخت تنش زدایی (که آنیل فرآیند نیز نامیده می شود) در دمای 550{7}}650 درجه برای فولاد کربنی، زیر دمای تبدیل انجام می شود تا تنش های پسماند ناشی از کشش سرد یا شکل دهی سرد بدون تأثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی کاهش یابد. بازپخت کروی (نگهداری طولانی درست در زیر Ac1) پلاکت‌های کاربید را به ذرات کروی تبدیل می‌کند و ماشین‌کاری لوله‌هایی را که نیاز به ماشینکاری گسترده دارند، تا حد زیادی بهبود می‌بخشد. بازپخت همچنین برای لوله های دقیق (کشش سرد) پس از عملیات کشش سرد برای بازیابی شکل پذیری و رفع سختی کار استفاده می شود - به ما مراجعه کنیدراهنمای لوله دقیق در مقابل استاندارد.

جدول مقایسه عملیات حرارتی

عملیات حرارتی با مواد

لوله فولادی کربن (A106 Gr.B) معمولاً در شرایط عادی برای اندازه‌هایی که نیاز به عملیات حرارتی دارند، یا در حالت-نوردی برای اندازه‌های دیوار نازک- کوچک‌تر عرضه می‌شود. لوله خط API 5L بسته به درجه و ضخامت دیواره ممکن است در شرایط نورد نرمال شده، نرمال سازی شده یا Q&T عرضه شود. گریدهای بالاتر (X60 و بالاتر) معمولاً به Q&T یا پردازش کنترل شده ترمومکانیکی (TMCP) نیاز دارند. لوله فولادی آلیاژی (A335 P11, P22, P91) همیشه در شرایط نرمال و تمپر عرضه می شود. P91 به کنترل دقیق دمای نرمال سازی (1040-1080 درجه) و تلطیف (730-780 درجه) نیاز دارد تا ساختار مارتنزیت بهینه شده با رسوبات کربنیترید وانادیوم-نیوبیم ریز را ایجاد کند که استحکام خزش استثنایی آن را فراهم می کند. لوله فولادی ضد زنگ (304/316) برای جلوگیری از بارش کاربید کروم که مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد، نیاز به بازپخت محلول در 1010-1120 درجه دارد و به دنبال آن خنک شدن سریع (آب خاموش یا خنک شدن سریع هوا) است.

تجهیزات و کنترل عملیات حرارتی

دو نوع کوره اصلی برای عملیات حرارتی لوله استفاده می‌شود: کوره‌های غلتکی پیوسته (برای-تولید با حجم بالا با اندازه‌های استاندارد) و کوره‌های دسته‌ای{1}}پایین (برای-قطر، ضخیم-دیوار یا لوله‌های آلیاژی خاص). یکنواختی دما بسیار مهم است: کوره باید دمای 10± درجه از نقطه تنظیم را در سراسر منطقه کار حفظ کند. کوره‌های مدرن از چندین ترموکوپل متصل به سیستم‌های کنترل خودکار استفاده می‌کنند که منحنی‌های دما{7} زمان را برای هر چرخه عملیات حرارتی ثبت می‌کنند. این سوابق قابلیت ردیابی را برای نشان دادن اینکه هر لوله یا دسته ای عملیات حرارتی مشخص شده را دریافت کرده است، فراهم می کند. پس از عملیات حرارتی، ممکن است لوله ها برای اصلاح اعوجاج نیاز به صاف کردن داشته باشند. این کار معمولاً در یک صاف کننده متقاطع رول 7 رول یا 9 رول انجام می‌شود و پس از آن آزمایش سختی برای تأیید مؤثر بودن عملیات حرارتی انجام می‌شود.

نقص های عملیات حرارتی

عملیات حرارتی نامناسب می تواند باعث ایجاد نقص شود. گرمای بیش از حد یا سوختن زمانی اتفاق می‌افتد که دما از حداکثر توصیه‌شده تجاوز کند و باعث درشت شدن دانه و ذوب اولیه در مرز دانه‌ها شود. کربن زدایی عبارت است از از دست دادن کربن از لایه سطحی و تشکیل یک لایه نرم و کم کربن که قدرت خستگی را کاهش می دهد. ترک‌های خاموش‌کننده ناشی از سرد شدن بیش از حد سریع یا غلظت‌های تنش هندسی هستند که بیشتر در لوله‌های ضخیم-دیواره یا بخش پیچیده- رایج است. عدم یکنواختی سختی می‌تواند ناشی از دمای ناهموار کوره، خنک‌شدن غیریکنواخت-یا تغییرات ترکیب شیمیایی در گرما باشد. این عیوب را می توان با تست سختی، بررسی متالوگرافی و روش های NDT سطحی تشخیص داد.

قابلیت عملیات حرارتی ما

ManufacturerPipe از تاسیسات عملیات حرارتی مدرن استفاده می کند که قادر به نرمال سازی، Q&T و کاهش تنش برای لوله از قطر 1/2 تا 48 اینچ هستند. کوره‌های ما دارای کنترل دقیق دما با{4}}ضبط دمای تمام وقت برای قابلیت ردیابی کامل هستند. ما می‌توانیم تمام چرخه‌های عملیات حرارتی استاندارد را برای فولاد کربن، فولاد آلیاژی و لوله فولادی ضد زنگ بر اساس الزامات ASTM، API و EN اجرا کنیم.

آیا به خدمات حرارتی نیاز دارید؟

برای انتخاب فرآیند عملیات حرارتی و قیمت رقابتی در مورد نرمالیزاسیون، Q&T و خدمات بازپخت با تیم ما تماس بگیرید.

دسته بندی محصولات

• لوله فولادی ضد زنگ
• لوله کربن فولادی
• لوله فولادی آلیاژی
• لوله گالوانیزه