ونظرًا لهندستها الفريدة،أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ على شكل حرف U-.(عادةً ما تواجه الدرجات الأوستنيتي مثل 304، 316، 321، 347H، 310S، وما إلى ذلك) تحديات أكثر تعقيدًا أثناء المعالجة الحرارية مقارنة بالأنابيب المستقيمة-مثل توزيع الإجهاد غير المتساوي والميل لنمو الحبوب في المقاطع المنحنية. تعد المعالجة الحرارية المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لضمان استقرار الأبعاد ومقاومتها للتآكل وخواصها الميكانيكية. تشتمل عمليات المعالجة الحرارية القياسية للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي على معالجة المحلول والتليين وتخفيف الضغط ومعالجة التثبيت والمعالجات الحرارية المصممة للتخلص من مرحلة سيجما (σ).
عملية المعالجة الحرارية لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المستقيمة
1. ما هي طرق المعالجة الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي؟
I. علاج الحل
معالجة المحلول هي عملية معالجة حرارية يتم فيها تسخين مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ إلى درجة حرارة المحلول (1050-1100 درجة). وهذا يسمح لجميع الكربيدات-وكذلك أي مارتنسيت يتم تكوينه أثناء العمل البارد-بالذوبان التام والتحول إلى أوستينيت. يتم بعد ذلك تبريد المادة بسرعة للاحتفاظ بهذه البنية الدقيقة -المرحلة الواحدة ذات درجة الحرارة العالية-في درجة حرارة الغرفة. تنتج هذه المعالجة الحرارية الحالة الأكثر نعومة مع أعلى ليونة.
ثانيا. علاج تخفيف التوتر
يمكن التخلص من الضغوط الداخلية الناتجة عن العمل البارد من خلال التلدين بدرجة حرارة منخفضة (275-450 درجة لمدة 0.5-2 ساعة). بعد هذا العلاج، يتم تحسين الخواص الميكانيكية. ومع ذلك، فإن الاستطالة تبقى دون تغيير.
ثالثا. علاج الاستقرار
لمنع التآكل بين الحبيبات، تضاف كميات صغيرة من التيتانيوم أو النيوبيوم إلى الفولاذ الأوستنيتي، تليها عملية تعرف باسم معالجة التثبيت. تتضمن هذه المعالجة تسخين المادة إلى 900 درجة، مما يؤدي إلى ذوبان معظم كربيدات الكروم. يتحد الكربون المذاب بعد ذلك مع التيتانيوم أو النيوبيوم لتكوين مركبات TiC أو NbC الأكثر استقرارًا من كربيدات الكروم -وبالتالي تمنع كربيدات الكروم من الترسيب عند حدود الحبوب. هذا العلاج ليس له تأثير كبير على الخواص الميكانيكية.
رابعا. المعالجة الحرارية للقضاء على المرحلة σ
في الفولاذ الأوستنيتي عالي -الكروم مع محتوى غير كافٍ من النيكل، قد تؤدي المعالجة الحرارية إلى تكوين الطور σ، مما يؤدي إلى انخفاض في صلابة الفولاذ عند الصدم (قيمة ak). بالنسبة لهذه الفئة من الفولاذ، يتراوح نطاق درجة الحرارة لتكوين الطور σ- ما يقرب من 500–970 درجة. من خلال تجنب نطاق درجة حرارة التكوين هذا وتسخين المادة إلى درجة حرارة أعلى، يمكن تحويل المرحلة σ إلى مرحلة فريت ذات درجة حرارة عالية-، وبالتالي استعادة صلابة المادة.
2. ما هي المعالجات الحرارية الموصى بها للأنابيب الفولاذية الباردة -المشكل على شكل حرف U-؟
بالنسبة للأنابيب المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي على شكل حرف U، فإن المعالجة الحرارية تخدم في المقام الأول الأغراض التالية:
تخفيف التوتر: للتخلص من الضغوط الداخلية المتبقية الناتجة أثناء عمليات العمل الباردة والساخنة-مثل الثني واللحام والتقويم-وبالتالي منع التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي وتعزيز استقرار الأبعاد.
تحسين مقاومة التآكل: من خلال المعالجة بالمحلول، لإذابة الكربيدات التي قد تترسب عند حدود الحبوب، وبالتالي استعادة المقاومة المثالية للتآكل للمادة، وخاصة مقاومتها للتآكل بين الحبيبات.
تليين وتعزيز اللدونة: لاستعادة البنية الدقيقة-التي ربما تكون قد تصلبت بسبب العمل البارد-إلى حالة مخففة؛ وينتج عن ذلك بنية أوستنيتية موحدة-مرحلة واحدة، مما يحسن من مرونة المادة وصلابتها، ويسهل المعالجة أو التطبيق اللاحق.
اعتمادًا على الأهداف المحددة للمعالجة الحرارية، تخضع أنابيب U{0}}في المقام الأول للعمليتين التاليتين:
I. معالجة المحلول (التليين الكامل)
يشكل هذا الشكل الأكثر شمولاً للمعالجة الحرارية ويتم تطبيقه في المواقف التي تتطلب أقصى مقاومة للتآكل وليونة مثالية.
أ. الهدف: لإذابة المراحل المترسبة تمامًا-مثل الكربيدات وأطوار سيجما (σ)-في المصفوفة الأوستنيتية، وبالتالي تحقيق بنية مجهرية موحدة للطور -وإزالة جميع الضغوط الناتجة عن المعالجة- تمامًا.
ب. تدفق العملية:
- التسخين: قم بتسخين الأنبوب U-بسرعة إلى نطاق درجة حرارة يتراوح بين 1050 درجة إلى 1150 درجة. يجب أن يأخذ اختيار درجة الحرارة المحددة في الاعتبار درجة الفولاذ (على سبيل المثال، يتطلب الفولاذ الحامل للموليبدينوم-درجات حرارة أعلى) والحاجة إلى منع التخشن الزائد للحبوب.
- النقع: يتم حساب وقت النقع بناءً على سمك الجدار، ويتراوح عادة من 1 إلى 1.5 دقيقة لكل ملليمتر. على سبيل المثال، يتطلب الأنبوب U- الذي يبلغ سمك جداره 4.5 مم وقتًا نقعًا يتراوح من 5 إلى 7 دقائق تقريبًا. من الضروري التأكد من أن جميع أقسام الأنبوب U-أنبوب-وخاصة الأقسام المنحنية-تصل بشكل موحد إلى درجة الحرارة المستهدفة.
- التبريد: التبريد السريع هو الخطوة الحاسمة. يجب أن يتم إخماد الأنابيب بسرعة في الماء (أو يتم تبريدها بالرش- في حالة الأنابيب ذات الجدران الرقيقة-) لمنع تكرار ترسيب الكربيدات ضمن نطاق درجة حرارة التحسس (850 درجة إلى 400 درجة). بالنسبة لأنابيب U-، يجب تصميم التركيبات المتخصصة أو أنماط تدفق المياه المحددة لضمان تبريد نصف القطر الداخلي والخارجي للانحناء بشكل موحد وسريع، وبالتالي منع التبريد غير المتساوي من توليد ضغوط متبقية جديدة.
ثانيا. التلدين الناتج عن الإجهاد-التليين المخفف (التليين بدرجة حرارة منخفضة-)
يتم استخدام هذه العملية عندما يكون الهدف الأساسي هو التخلص من الإجهاد المتبقي، وعندما تكون المتطلبات المتعلقة بمقاومة التآكل الحبيبي غير صارمة بشكل خاص.
أ. الهدف: لتخفيف الضغوط المتبقية جزئيًا، وبالتالي تعزيز ثبات الأبعاد ومقاومة التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي، مع تجنب التليين المفرط للمادة أو إحداث تشوه كبير في نفس الوقت.
ب. تدفق العملية:
- التدفئة: تسخين الأنابيب إلى درجة حرارة منخفضة نسبيا تتراوح من 275 درجة إلى 450 درجة.
- النقع: حافظ على درجة الحرارة (النقع) لمدة تتراوح من 0.5 إلى ساعتين.
- التبريد: التبريد ببطء، عادة عن طريق تبريد الفرن أو تبريد الهواء. هذه العملية لها تأثير ضئيل على سلامة الأبعاد (التشوه) للأنابيب U-.
3. ما هي الاحتياطات الأساسية في -المعالجة الحرارية للأنبوب؟
بالنسبة للأنابيب المصنوعة من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ على شكل حرف U-، فإن المعالجة بالمحلول هي العملية المفضلة لضمان الأداء الشامل-وخاصة مقاومة التآكل؛ ومع ذلك، فإن العنصر الحاسم يكمن في تحقيق التبريد السريع والموحد لمنع هطول الأمطار كربيد. وعلى العكس من ذلك، فإن التلدين بالضغط-يعمل كحل وسط-يتم استخدامه بموجب متطلبات محددة-ينتج عنه تشوه أقل واستهلاك أقل للطاقة. في ممارسة التصنيع، يجب أن تتم صياغة عملية المعالجة الحرارية بشكل علمي ويتم التحكم فيها بشكل صارم استنادًا إلى درجة المادة المحددة والأبعاد وتاريخ المعالجة وبيئة الخدمة المقصودة للأنابيب على شكل حرف U-.
I. التدفئة الموحدة: قد يتعرض الجزء المنحني من الأنبوب على شكل حرف U-لتسخين غير متساوٍ داخل الفرن؛ ولذلك، مطلوب وضع مناسب أو استخدام المراوح المتداولة لضمان مجال درجة حرارة موحدة.
ثانيا. الوقاية من التشوه: في درجات الحرارة المرتفعة،-تكون الأنابيب على شكل حرف U عرضة للتشوه تحت ثقلها. وينبغي استخدام الدعامات أو التركيبات المتخصصة للحفاظ عليها في الوضع المناسب.
ثالثا. تبريد سريع وموحد: يشكل هذا التحدي الأكبر في معالجة محاليل الأنابيب على شكل حرف U-. تتضمن طريقة التبريد المثالية السماح لوسط التبريد (الماء) بالتدفق بسرعة وبشكل موحد عبر الأسطح الداخلية والخارجية للأنبوب. ومن الناحية العملية، يمكن تحقيق ذلك عن طريق حقن الماء المضغوط من أحد الطرفين مع السماح له بالخروج من الطرف الآخر؛ تضمن هذه التقنية عدم تشكل "مناطق راكدة" أو أغشية بخارية داخل القسم المنحني، مما يسهل التبريد السريع في جميع أنحاء الأنبوب بأكمله.
رابعا. عملية تسجيل المعلمة: يجب تسجيل البيانات المتعلقة بكل دورة معالجة حرارية-بما في ذلك معدل التسخين ودرجة الحرارة القصوى ووقت الاحتفاظ وطريقة التبريد-بدقة لتسهيل إمكانية التتبع ومراقبة الجودة.