Почему холодная обработка бесшовных стальных труб должна осуществляться в строгой последовательности?

Холодная обработка (иногда называемая минусовой-нулевой или криогенной обработкой) — это следующий-этап, применяемый после закалки определенных марок бесшовных стальных труб и трубок -, чаще всего легированной стали, подшипниковой стали и прецизионных-тянутых труб, где стабильность размеров в течение срока службы имеет большее значение, чем для обычных конструкционных труб. Если все сделано правильно, он преобразует остатки остаточного аустенита в мартенсит и снимает внутреннее напряжение, которое оставляет после себя закалка. Если сделать это в неправильном порядке или пропустить один шаг, труба может выглядеть нормально по размерам в цеху, а затем треснуть, деформироваться или выйти за пределы допуска через несколько месяцев эксплуатации.

По сути процесс не сложен, ноэто работает только как последовательность- Каждый шаг предназначен для управления стрессом, вызванным предыдущим шагом. Ниже мы рассмотрим металлургию, объясняющую, почему вообще необходима холодная обработка, четырехэтапный процесс в том порядке, в котором он действительно должен происходить, и на что следует обратить внимание при покупке труб, которые должны пройти через нее.

При закалке закаливаемой стали аустенит в ее структуре превращается в мартенсит, когда материал охлаждается выше температуры, называемой Ms (начало мартенсита). Это превращение продолжается по мере того, как температура продолжает падать, вплоть до более низкой температуры, называемой Mf (мартенситное окончание) -, точки, в которой превращение практически завершается. Проблема в том, чтодля многих легированных и подшипниковых сталей Mf находится значительно ниже комнатной температуры.. Таким образом, закалка, которая прекращается при комнатной температуре (или охлаждается воздухом- до комнатной температуры), останавливает превращение на полпути, оставляя часть исходного аустенита непреобразованной. Этоостаточный аустенит.

Остаточный аустенит метастабилен -, это не постоянно стабильная фаза, это аустенит, который просто никогда не остывал настолько, чтобы завершить трансформацию. Если оставить его в покое, он может медленно трансформироваться с течением времени в процессе эксплуатации, особенно под нагрузкой, вибрацией или циклическими изменениями температуры. Поскольку мартенсит занимает больший объем, чем аустенит, из которого он образуется, это медленное превращение проявляется какрост размеров и нарастание внутреннего напряжения после того, как деталь уже находится в эксплуатации- именно тот режим отказа, для предотвращения которого существует холодная обработка.

Вот почему холодовая обработка чаще всего проявляется напрецизионные бесшовные трубы, кольца подшипников, компоненты датчиков и детали из инструментальной-стали- приложения, в которых отклонение размеров на долю миллиметра после установки детали является реальной проблемой, а не косметической. Его не применяют в качестве обычного этапа для труб из простой углеродистой-стали или конструкционных бесшовных труб, поскольку эти марки не проходят сквозную-закалку в первую очередь и просто не несут значимого остаточного аустенита после закалки. Если покупатель использует стандартныйA106илиAPI 5Лбесшовная трубопроводная труба, холодная обработка – не то, о чем спрашивать; Если заказ касается прецизионной-шлифованной бесшовной трубы, предназначенной для корпуса подшипника, гильзы гидравлического цилиндра или измерительного блока, стоит спросить, включает ли это процесс поставщика и каким образом.

Шаг 1. Зачем сначала-замачивать в кипятке?

Прежде чем температура трубы приблизится к температуре ниже-нулевой, ее сначала помещают в кипящую воду и выдерживают там в течениеоколо 30 секунд. Этот шаг делает две вещи одновременно. Во-первых, этоснимает примерно 15% внутреннего напряженияоставшееся от первоначального напряжения закалки -, которое в противном случае сложилось бы поверх нового напряжения, которое вот-вот возникнет в результате холодной обработки. Во-вторых, этостабилизирует остаточный аустенитв своем текущем состоянии до того, как деталь подвергнется гораздо большему перепаду температуры, который последует за этим. Пропуск этого шага не останавливает холодную обработку, но удаляет буфер, на который рассчитывают более поздние этапы, и это один из наиболее распространенных сокращений, которые предпринимают, когда цех пытается сэкономить время цикла.

Шаг 2. Зачем проводить двухэтапную обработку - при низких температурах, а затем при глубокой криогенной обработке?

Сама холодовая обработка проводится в два температурных этапа, а не в один. Труба сначала идет кобычная минусовая температура около -60 град.С., и только после этого опускается доглубокая криогенная обработка при температуре около -120 град.С.. Выполнение этого в два этапа вместо непосредственного погружения в -120 градусов Цельсия существует по той же причине, что и предварительная вымачивание в кипящей-воде-: оно управляет скоростью теплового удара, поскольку большая неконтролируемая дельта-T — это именно то, что приводит к образованию трещин в уже-закаленной детали, уже находящейся под напряжением.

Чем ниже температура обработки, тем больше остаточного аустенита превращается в мартенсит.- В этом вся суть перехода к температуре -120 градусов Цельсия, а не остановки на отметке -60 градусов Цельсия. Но трансформация никогда не бывает полной. Тестирование неизменно показывает, чтопримерно 2% остаточного аустенитадаже после глубокой криогенной обработки при -120 градС, независимо от продолжительности выдержки. Этот остаток не является дефектом, который нужно стремиться к нулю – небольшое, контролируемое количество остаточного аустенита, оставшегося в структуре, действует какбуфер, поглощающий стрессвместо того, чтобы передавать его непосредственно в окружающий мартенсит, что является одной из причин, по которой спецификации глубокой криогенной обработки ориентированы на температуру и время выдержки, а не на нулевой -остаточный-аустенит.

Шаг 3: Зачем разогревать в теплой воде перед закалкой?

После завершения глубокой криогенной выдержки трубу снова вынимают и нагревают.теплая вода, не позволяющий самостоятельно выравниваться с окружающим воздухом. Этот этап разогреваснимает примерно 40% стресса, вызванного самой обработкой холодом- новый мартенсит, образовавшийся на стадиях минусовой и глубокой криоконсервации, несет в себе собственное внутреннее напряжение сверх того, что осталось от первоначальной закалки. Постепенное нагревание в воде обеспечивает обратный путь так же, как предварительное замачивание в кипящей воде- контролирует обратный путь: сохраняя контролируемое, а не резкое изменение температуры.

Шаг 4. Почему закалку необходимо проводить незамедлительно?

Последовательность завершается закалкой, изакалку необходимо проводить сразу после повторного нагрева-теплой воды., а не в более поздний удобный момент производственного графика. Закалка устраняет большую часть всех напряжений, связанных с холодной-обработкой, остающихся после стадии теплой-воды, и именно это фактически предотвращает замедленное растрескивание - свежесформированный мартенсит на криогенных стадиях является твердым и хрупким и наиболее склонен к растрескиванию-в период между холодной обработкой и отпуском. Если труба слишком долго находится в этом окне, даже при комнатной температуре, существует реальный риск появления микротрещин, прежде чем закалка сможет снять напряжение, которое их вызывает.

Если все сделано правильно, именно этот последний шаг обеспечивает практическую отдачу от всего процесса: часть сстабильные окончательные размерыотсутствие остаточного напряжения, вызывающего медленную деформацию при эксплуатации, и отсутствие риска скрытых трещин в закаленной конструкции, ожидающих своего появления после того, как деталь уже отгружена.

Каждый шаг в этой последовательности предназначен для управления стрессом, вызванным предыдущим шагом, поэтому порядок не является вопросом удобства:

• Не замачивайте-кипящую воду-, а стадии минусовой/глубокой-криотерапии начинаются с более высокого базового внутреннего напряжения, что увеличивает риск возникновения трещин на самих холодных стадиях.
• Прыгните прямо к -120 градусам без промежуточной стадии -60 град., и труба испытывает гораздо больший одиночный тепловой удар, что снова увеличивает риск появления трещин, а не снижает его.
• Пропустите или сократите время повторного нагрева-теплой воды.и примерно 40 % стресса, вызванного холодной-обработкой, остается в той части, которая подвергается закалке, противодействуя тому, чего пытается добиться закалка.
• Задержка отпуска после повторного нагрева, и деталь находится в наиболее уязвимом-состоянии дольше, чем необходимо, без гарантии, что задержка будет прощающей.

Поставщик, который сжимает это в одну холодную выдержку и единый отпуск без поэтапного подхода с обеих сторон, может произвести деталь, которая проходит немедленную проверку размеров и по-прежнему несет в себе риск напряжения или растрескивания, который проявится только позже.

Партия прецизионных бесшовных труб для подшипников прошла холодную-обработку субподрядчиком по сокращенному циклу: одно прямое погружение до -120 градусов Цельсия без -промежуточного этапа при 60 градусах Цельсия с последующим отпуском на следующий день, а не сразу после повторного нагрева. При получении трубы прошли размерный контроль. Через несколько недель после начала использования в некоторой части партии были обнаружены микротрещины, возникшие в результате сжатого цикла обработки - сочетание более крупного одиночного термического удара во время охлаждения и длительной задержки перед отпуском оставило в материале скрытое напряжение, которое один только контроль размеров не мог обнаружить. Партия была переработана с соблюдением полной четырехстадийной последовательности, а технологическая документация поставщика была пересмотрена, чтобы фиксировать время выдержки и промежуток между повторным нагревом и отпуском для каждой последующей партии, а не только окончательные размеры.

Холодная обработка — это процесс, а не спецификация, и сертификат стана, в котором указывается только конечная твердость или конечные размеры, не скажет вам, действительно ли соблюдалась последовательность. Прежде чем заказывать бесшовную трубу или трубку, для которой холодная обработка важна для вашего применения, стоит запросить:

1. Подтверждение того, что сорт действительно нуждается в холодной обработке.Не каждая марка бесшовных стальных труб получает пользу от этого процесса - это важно для легированных, подшипниковых и инструментальных сталей с низкой точкой Mf, а не для простых углеродистых конструкционных или трубопроводных труб, которые никогда не проходят сквозную-закалку.
2. Документированное время выдержки и температура для каждого этапа., а не просто отметка о том, что была проведена "криогенная обработка". Спросите конкретно, использовался ли в процессе процесс постепенного охлаждения -60°C/-120°C или однократное прямое холодное замачивание.
3. Разрыв между разогревом-теплой воды и темперированием.Поставщик, который не может указать этот пробел или который придерживается графика партии с отсрочкой, а не сразу после разогрева, несет больший риск растрескивания, чем указано в сертификате.
4. Сохраненные данные испытаний аустенита или микроструктуры, если приложение к ним чувствительно.- ожидается, что остаточный уровень будет выражаться меньшими однозначными цифрами и в целом полезен; гораздо более высокий остаточный уровень позволяет предположить, что этапы холодной обработки были сокращены или пропущены.
5. Является ли этап предварительного-предварительного-замачивания в кипящей воде частью стандартной процедуры поставщика?, поскольку это один из самых простых шагов, чтобы незаметно отказаться от него, не отображая его в окончательном отчете о проверке.
6. Отслеживаемость партии, так что, если проблема с размерами или растрескиванием всплывет позже, ее можно будет отнести к конкретному циклу обработки, а не рассматривать как общий дефект материала.

Поставщик, который может без колебаний ответить на все шесть вопросов, описывает контролируемый процесс. Тот, кто может указать только окончательный показатель твердости, описывает результат, а не процесс -, а для бесшовных труб, прошедших холодную-обработку, результат в первый день не говорит вам о том, что деталь будет делать через шесть месяцев эксплуатации.

Свяжитесь сейчас