Análisis del proceso de tratamiento en frío y alivio de tensiones para tubos de acero sin costura

El tratamiento en frío de tuberías sin costura generalmente se refiere al tratamiento en frío profundo (tratamiento a baja-temperatura, generalmente en un ambiente de nitrógeno líquido entre -70 grados y -196 grados), y a menudo se usa junto con procesos de enfriamiento, revenido, laminación y estirado en frío. La función principal es:

1. Estabilizar estructura y dimensiones.:

elImine la austenita restante y promueva su transformación en martensita estable para evitar la deformación dimensional y la variación de la precisión durante el uso y procesamiento posterior de la tubería, especialmente para tuberías hidráulicas de precisión, tuberías de instrumentos y tuberías de rodamientos.

2. Mejorar la dureza, la resistencia al desgaste y la resistencia:

La organización se vuelve más densa, la dureza de la superficie y la resistencia al desgaste aumentan y la vida útil de la tubería se prolonga.

3. Liberar micro estrés interno:

Reduzca la micro-tensión causada por la distorsión de la red durante el estirado en frío y el enfriamiento, y reduzca los riesgos de agrietamiento y deformación en la etapa posterior.

4. Mejorar la tenacidad y el rendimiento ante la fatiga:

Refine la estructura del grano, reduzca los puntos de concentración de tensiones y mejore la resistencia a la fatiga y al impacto del material de la tubería.

Punto distintivo:

Tratamiento en frío ≠ estirado en frío/laminación en frío a temperatura normal. El tratamiento en frío es un proceso de enfriamiento profundo a baja-temperatura y es un procedimiento auxiliar después del tratamiento térmico.

(1) Preparación previa-al tratamiento

1. Control previo al proceso-
El material de la tubería debe someterse primero a un enfriamiento rápido/revenido/estirado en frío, luego enfriarse a temperatura ambiente (20-40 grados) antes de colocarlo en el horno. Está estrictamente prohibido introducir directamente alta-temperatura en equipos de baja temperatura para evitar diferencias excesivas de temperatura y grietas.

2. Clasificación e inspección visual

Retire las tuberías con grietas, pliegues, espesores de pared irregulares, rayones y golpes en la superficie. Clasifique por material, especificación y lote para evitar mezclar materiales.

3. Limpieza y Secado

Elimine completamente las manchas de aceite, la humedad y el líquido de corte de la superficie. El agua helada puede agrietar la pared de la tubería y corroer la pared interior. Ambos extremos del tubo largo están sellados para evitar que entren medios de baja-temperatura en el tubo.

4. Estándares de carga del horno
Coloque el material de la tubería capa por capa, dejando espacios, sin apilar ni apretar. Sostenga tuberías delgadas y largas para evitar que el peso propio-se doble y deforme a bajas temperaturas.

5. Configuración previa de parámetros de proceso-
Establezca la temperatura objetivo y el tiempo de mantenimiento de acuerdo con el material: los tubos sin costura de acero al carbono/baja aleación suelen tener entre -70 y -120 grados, los tubos de alta aleación/con rodamientos, entre -150 y -196 grados.

(II) Control de Procesos de Tratamiento en Frío

1. Velocidad de enfriamiento lenta
Evite el enfriamiento rápido. Controle la velocidad de enfriamiento de 1 a 3 grados/min. Las grandes diferencias de temperatura pueden provocar nuevas tensiones térmicas que provoquen microfisuras.

2. Aislamiento adecuado
Después de que toda la tubería alcance la temperatura baja establecida, mantenga el aislamiento durante 2 a 4 horas (para tuberías con un espesor de pared grande y un diámetro grande, extienda de 4 a 6 horas). Asegúrese de que las estructuras internas y externas se transformen completamente para evitar un rendimiento desigual dentro y fuera.

3. Ambiente sellado y medio uniforme
La circulación de nitrógeno líquido/aire frío es uniforme, lo que elimina el sobreenfriamiento local; Controle continuamente la temperatura para evitar temperaturas extremadamente bajas.

4. Prohibir el impacto y el movimiento externos
A bajas temperaturas, la tenacidad del acero disminuye temporalmente y es propenso a sufrir grietas latentes bajo tensión.

(III) Operaciones posteriores a-enfriamiento

1. Enfriamiento lento (clave)
Después de la descarga, deje que la tubería se caliente naturalmente a temperatura ambiente. No lo exponga a la luz solar directa, no le sople aire caliente ni lo sumerja en agua para calentarlo rápidamente. Esto es para evitar el estrés secundario causado por la alternancia de temperaturas frías y calientes. La duración del enfriamiento depende del espesor de la pared: para tuberías-de paredes delgadas, de 2 a 4 horas; para tuberías-de paredes gruesas, más de 6 horas.

2. Templado/envejecimiento oportuno
Después del enfriamiento profundo, es necesario realizar un templado a baja-temperatura (entre 120 y 200 grados) para eliminar la pequeña cantidad de estrés por baja-temperatura generada durante el tratamiento en frío. Esto también ayuda a restaurar la dureza del material de la tubería y a prevenir la fragilidad.

3. Re-inspección y clasificación
Inspeccione la apariencia, rectitud y redondez de cada tubería individualmente; tome muestras de dureza, análisis metalográficos y detección de defectos para comprobar si hay micro-fisuras y deformaciones.

4. Protección y Almacenamiento
Después de secar y enfriar, almacene las tuberías en un almacén para evitar la exposición a los elementos, la lluvia y los golpes.
 

Las principales fuentes de tensión en los tubos sin costura: laminado en caliente, estirado/laminado en frío, temple, soldadura, enderezamiento y procesamiento mecánico. La tensión se divide en tensión residual macroscópica y tensión reticular microscópica.

1. Prevenir fallas futuras
La liberación de tensiones residuales puede hacer que la tubería se doble, se tuerza y ​​tenga desviaciones de tamaño; Es probable que la superposición de tensiones provoque grietas y estallidos en las paredes de las tuberías, lo que plantea riesgos extremadamente altos para las tuberías de alta-presión y las tuberías de transporte de fluidos.

2. Estabilización de la precisión del procesamiento
Durante procesos de mecanizado posteriores, como torneado, roscado, corte y doblado, la liberación de tensión provocará la deformación del producto procesado. Eliminar la tensión puede garantizar la estabilidad-a largo plazo de las dimensiones del producto terminado.

3. Mejora de las propiedades mecánicas
La eliminación de la concentración de tensiones mejora la resistencia de la tubería a la fatiga, la corrosión y la fractura frágil, lo que mejora significativamente la seguridad en condiciones de carga cíclica y alta{0}}presión y baja-temperatura.

4. Mejorar el tratamiento superficial posterior
Después de la eliminación de tensiones, la estructura de la tubería se vuelve uniforme. Es menos probable que procesos como el galvanizado, el fosfatado y el recubrimiento tengan peladuras o poros.
 

1. Recocido de alivio de tensiones a baja-temperatura (el proceso principal más utilizado)

Aplicable a: tuberías-estiradas en frío, tuberías templadas y revenidas, tuberías sin costura de precisión, tuberías-de diámetro mediano y pequeño

• Procedimientoss:Calentar a 180 ~ 300 grados, mantener durante un período de tiempo y luego enfriar lentamente al aire-o al horno-enfriar
• Principio:Los átomos se difunden lentamente, liberando la tensión de distorsión de la red, sin cambiar la dureza y resistencia de la matriz, solo eliminando la tensión residual.
• Puntos clave:La temperatura de todo el horno debe ser uniforme, el tiempo de mantenimiento es de 30 a 60 minutos por cada 10 mm de espesor de pared; la velocidad de enfriamiento debe ser menor o igual a 2 grados/min.

2. Recocido de alivio de tensión a alta-temperatura (alivio completo de tensión, gran deformación en tuberías)

Aplicable a: tuberías-de paredes gruesas-de gran diámetro, tuberías-laminadas en caliente, codos, accesorios de tuberías procesadas y tuberías soldadas.

• Proceso:Calentar a 550 ~ 650 grados (por debajo de la temperatura de transformación), mantener por un tiempo, luego enfriar lentamente en el horno (sacar del horno cuando la temperatura descienda por debajo de 200 grados).
• Características:El efecto de alivio del estrés es el más completo, eliminando casi todas las tensiones macroscópicas y microscópicas; La desventaja es que reduce ligeramente la dureza y la resistencia, lo que es adecuado para tuberías estructurales y tuberías de transporte con requisitos de baja dureza.

3. Envejecimiento por vibración (alivio del estrés físico, no requiere calentamiento)

Aplicable a: tuberías ultra-largas, tuberías-de gran diámetro, tuberías terminadas que no permiten que el calor cambie de color o se ablanden.

• Principio: Por resonancia, la tensión interna del material de la tubería se relaja y redistribuye.
• Ventajas: Sin deformación térmica, sin descarburación por oxidación, bajo consumo de energía; Desventajas: Limitado para eliminar tensiones profundas, se utiliza principalmente como método auxiliar de alivio de tensiones.

4. Envejecimiento natural (bajo costo, solo para tuberías con requisitos bajos-)

Aplicable a: tuberías estructurales ordinarias de baja-presión, tuberías sin-precisión

• Principio: Colocado a temperatura ambiente durante mucho tiempo, el estrés se libera gradualmente de forma natural.
• Desventajas: El período es extremadamente largo (de varias semanas a varios meses), el alivio del estrés no es completo y rara vez se utiliza en la producción industrial por lotes.

5. Tratamiento con frío profundo (anteriormente denominado tratamiento con frío, que sirve como método auxiliar para aliviar el estrés)

Generalmente se utiliza junto con el templado. Primero, la estructura se estabiliza mediante un tratamiento profundo en frío y luego se realiza un templado a menor temperatura. El efecto combinado del alivio del estrés es más eficaz.
 

Combinando tratamiento en frío + alivio de tensiones + conformado, existen dos métodos principales de procesamiento de tuberías:

Solución 1: tubos sin costura estirados en frío-de precisión (utilizados para maquinaria hidráulica, de instrumentación y de precisión)

1. Tocho de tubo laminado en caliente- → Estirado en frío/laminado en frío (lo que resulta en estrés por trabajo en frío)
2.Recocido de alivio de tensiones a baja-temperatura (200 ~ 280 grados): Elimina el estrés del dibujo en frío
3. Enderezar, cortar la cabeza y terminar
4. Tratamiento de frío profundo (-80~-120 grados, enfriamiento lento + tiempo de retención suficiente): Estabiliza la estructura y mejora la dureza y la resistencia al desgaste.
5. Recocido secundario a baja-temperatura (150~200 grados): Elimina el estrés del tratamiento en frío y restaura la dureza.
6. Pruebas no-destructivas, inspección de tamaño y almacenamiento de productos terminados

Efecto: Dimensiones estables, dureza uniforme, excelente rendimiento ante la fatiga y sin deformación durante un largo período de uso.

Solución 2: tubos sin costura laminados en caliente-de alta-presión/paredes-gruesas-(petróleo y gas, calderas, transporte de fluidos)

1. Conformado por laminación en caliente → Enderezamiento en bruto
2. Recocido de alivio de tensiones a alta -temperatura (580 - 630 grados, enfriamiento lento en el horno): elimina completamente las tensiones del laminado y enderezamiento en caliente.
3. Mecanizado, biselado, doblado de tubos, etc. para su posterior procesamiento.
4. Detección de defectos del producto, prueba hidráulica.
 

Efecto: Resistente al agrietamiento, soporta alta presión, tensión estable, adecuado para condiciones de trabajo pesado-.
 

1. Núcleo del tratamiento del frío: Mantiene las dimensiones, mejora la dureza, promueve la transformación de los tejidos. Todo el proceso debe implicar un enfriamiento lento, un re-calentamiento lento y un re-retemplado posterior; de lo contrario, es propenso a agrietarse.

2. Núcleo del alivio del estrés:Evite deformaciones, grietas y variaciones dimensionales. Para aliviar la tensión durante el tratamiento térmico, dé prioridad al "recocido a alta-temperatura (completo)" y al "templado a baja-temperatura (para mantener la dureza)". 

3.Lógica para mejorar el rendimiento:Realizar alivio de tensión durante el conformado → Implementar endurecimiento en frío → Realizar alivio de tensión secundario. La combinación de estos tres procesos tiene en cuenta la resistencia, la dureza, la tenacidad y la estabilidad dimensional.