Tại sao xử lý nguội ống thép liền mạch phải tuân theo trình tự nghiêm ngặt?

Xử lý nguội (đôi khi được gọi là xử lý dưới{0}}không hoặc xử lý đông lạnh) là bước tiếp theo-được áp dụng sau khi dập tắt một số ống thép liền mạch và các loại ống - phổ biến nhất là thép hợp kim, thép chịu lực và ống kéo-chính xác trong đó độ ổn định kích thước trong suốt thời gian sử dụng quan trọng hơn so với ống kết cấu thông thường. Thực hiện một cách chính xác, nó chuyển đổi austenite còn sót lại thành martensite và làm giảm căng thẳng bên trong mà quá trình làm nguội để lại. Thực hiện không đúng thứ tự hoặc bỏ qua một bước, nó có thể để lại một đường ống trông có kích thước ổn trên sàn phân xưởng và sau đó bị nứt, biến dạng hoặc phát triển vượt quá khả năng chịu đựng trong nhiều tháng sau khi sử dụng.

Quá trình này không phức tạp về mặt khái niệm, nhưngnó chỉ hoạt động như một chuỗi- mỗi bước tồn tại để quản lý áp lực do bước trước đó tạo ra. Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu về ngành luyện kim, lý do tại sao cần phải xử lý nguội, quy trình bốn-giai đoạn theo thứ tự thực sự phải xảy ra và những điều cần kiểm tra khi bạn mua ống được cho là đã trải qua quá trình đó.

Khi một loại thép cứng được tôi, austenite trong cấu trúc của nó sẽ biến đổi thành martensite khi vật liệu nguội đi đến nhiệt độ gọi là Ms (khởi đầu martensite). Quá trình biến đổi đó tiếp tục khi nhiệt độ tiếp tục giảm xuống nhiệt độ thấp hơn gọi là Mf (lớp hoàn thiện martensite) - điểm mà tại đó quá trình biến đổi về cơ bản hoàn tất. Vấn đề là ở chỗ đóđối với nhiều loại thép hợp kim và thép chịu lực, Mf nằm ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phòng. Do đó, quá trình làm nguội dừng ở nhiệt độ phòng (hoặc không khí-được làm mát trở lại nhiệt độ phòng) sẽ dừng quá trình biến đổi giữa chừng, để lại một phần austenite ban đầu không bị biến đổi. Đây làaustenit giữ lại.

Austenite được giữ lại có thể di chuyển được - nó không phải là pha ổn định vĩnh viễn, nó là austenite đơn giản là không bao giờ đủ lạnh để hoàn thành quá trình biến đổi. Còn lại, nó có thể biến đổi chậm theo thời gian sử dụng, đặc biệt là khi chịu tải, rung hoặc chu kỳ nhiệt độ. Bởi vì martensite chiếm nhiều thể tích hơn austenite mà nó hình thành nên sự biến đổi chậm đó xuất hiện dưới dạngtăng trưởng về kích thước và căng thẳng bên trong tăng lên sau khi bộ phận đó đã được đưa vào sử dụng- chính xác là chế độ hư hỏng mà xử lý nguội có thể ngăn chặn.

Đây là lý do tại sao việc điều trị cảm lạnh xuất hiện thường xuyên nhất trênống liền mạch chính xác, vòng bi, bộ phận đo và-bộ phận thép công cụ- ứng dụng trong đó một phần milimet lệch chiều sau khi bộ phận được lắp đặt là một vấn đề thực sự chứ không phải vấn đề về mặt thẩm mỹ. Nó không được áp dụng như một bước thông thường trên đường ống thép cacbon đơn giản-hoặc đường ống liền mạch kết cấu, bởi vì các lớp đó không được-làm cứng ngay từ đầu và đơn giản là không mang austenite được giữ lại đáng kể sau khi tôi. Nếu người mua đang tìm nguồn cung ứng tiêu chuẩnA106hoặcAPI 5Lđường ống liền mạch, xử lý lạnh không phải là điều cần hỏi; nếu đơn đặt hàng dành cho ống liền mạch được nối đất chính xác-dành cho vỏ ổ trục, ống lót xi lanh thủy lực hoặc khối đo, thì cần hỏi xem quy trình của nhà cung cấp có bao gồm quy trình đó hay không và bằng cách nào.

Bước 1: Tại sao nên-ngâm nước sôi trước?

Trước khi đường ống đạt đến nhiệt độ gần dưới{0}}0, trước tiên, đường ống được cho vào nước sôi và giữ ở đó trongkhoảng 30 giây. Bước này thực hiện hai việc cùng một lúc. Đầu tiên, nólàm giảm khoảng 15% căng thẳng bên trongcòn sót lại từ ứng suất dập tắt - ban đầu mà nếu không sẽ chồng lên ứng suất mới mà quá trình xử lý lạnh sắp đưa ra. Thứ hai, nóổn định austenite được giữ lạiở trạng thái hiện tại trước khi bộ phận tiếp xúc với sự dao động nhiệt độ lớn hơn nhiều sau đó. Việc bỏ qua bước này không làm quá trình xử lý lạnh ngừng hoạt động nhưng nó sẽ loại bỏ khoảng đệm mà các giai đoạn sau đang tính đến và đây là một trong những lối tắt phổ biến hơn được thực hiện khi cửa hàng đang cố gắng tiết kiệm thời gian chu kỳ.

Bước 2: Tại sao phải xử lý theo hai giai đoạn - Subzero, sau đó là đông lạnh sâu?

Bản thân việc xử lý lạnh được thực hiện ở hai giai đoạn nhiệt độ chứ không phải một. Đường ống đầu tiên đi đến mộtnhiệt độ dưới 0 thông thường khoảng -60 độ C, và chỉ sau đó đi xuốngxử lý đông lạnh sâu ở khoảng -120 độ C. Thực hiện việc này theo hai bước thay vì giảm trực tiếp xuống -120 độ C tồn tại vì lý do tương tự như việc ngâm-nước sôi- trước: nó quản lý tốc độ sốc nhiệt, vì một delta-T lớn, không kiểm soát được chính xác là nguyên nhân có xu hướng mở ra vết nứt ở một phần đã-đã nguội, đã bị ứng suất.

Nhiệt độ xử lý càng thấp thì austenite được giữ lại càng chuyển thành martensite- đây là toàn bộ mục đích của việc đạt tới -120 độ C thay vì dừng ở -60 độ C. Nhưng sự biến đổi không bao giờ hoàn tất. Kiểm tra một cách nhất quán cho thấy rằngkhoảng 2% còn lại austenite được giữ lạingay cả sau khi xử lý đông lạnh sâu ở -120 độ C, bất kể thời gian lưu giữ được kéo dài bao lâu. Phần dư đó không phải là một khiếm khuyết cần phải theo đuổi về 0 - một lượng nhỏ austenite được giữ lại được kiểm soát còn sót lại trong cấu trúc hoạt động như một chấtđệm hấp thụ căng thẳngthay vì truyền nó trực tiếp vào martensite xung quanh, đó là một lý do khiến các thông số kỹ thuật xử lý đông lạnh sâu nhắm đến nhiệt độ và thời gian lưu giữ thay vì kết quả austenite-được giữ lại{1}} bằng 0.

Bước 3: Tại sao phải hâm nóng trong nước ấm trước khi ủ?

Sau khi quá trình giữ lạnh sâu hoàn tất, ống được đưa ra ngoài và làm ấm trongnước ấm, không được để tự cân bằng với không khí xung quanh. Bước hâm nóng nàygiảm khoảng 40% áp lực do quá trình xử lý lạnh gây ra- martensite mới được hình thành trong giai đoạn nhiệt độ dưới 0 và nhiệt độ lạnh sâu mang theo sức căng bên trong của chính nó, bên cạnh những gì còn sót lại từ quá trình làm nguội ban đầu. Việc làm ấm dần dần trong nước sẽ quản lý hành trình quay về giống như cách-ngâm trước-nước sôi quản lý hành trình xuống: bằng cách kiểm soát sự thay đổi nhiệt độ thay vì đột ngột.

Bước 4: Tại sao quá trình ủ phải diễn ra nhanh chóng?

Trình tự kết thúc bằng quá trình ủ, vàquá trình ủ cần diễn ra ngay sau khi hâm nóng-nước ấm, không phải ở thời điểm thuận tiện sau này trong lịch trình sản xuất. Quá trình ủ sẽ loại bỏ phần lớn áp lực xử lý-lạnh còn sót lại sau bước-nước ấm và chính điều đó thực sự ngăn cản sự nứt nẻ chậm trễ. - martensite mới hình thành từ giai đoạn đông lạnh là cứng và giòn, đồng thời nó dễ bị nứt- nhất trong khoảng thời gian giữa xử lý lạnh và ủ. Đường ống được giữ quá lâu trong cửa sổ đó, ngay cả ở nhiệt độ phòng, thực sự có nguy cơ phát triển các vết nứt nhỏ-trước khi quá trình tôi luyện có cơ hội giảm bớt áp lực đang gây ra chúng.

Nếu thực hiện đúng, bước cuối cùng này sẽ mang lại kết quả thực tế cho toàn bộ quá trình: một phần vớikích thước cuối cùng ổn định, không có ứng suất dư dẫn đến biến dạng chậm khi sử dụng và không có nguy cơ nứt tiềm ẩn trong cấu trúc đã được tôi luyện chờ xuất hiện sau khi bộ phận đã được vận chuyển.

Mỗi bước trong trình tự này tồn tại để quản lý căng thẳng mà bước trước đó đã tạo ra, đó là lý do tại sao thứ tự không phải là vấn đề thuận tiện:

• Bỏ qua-nước sôi trước-ngâmvà các giai đoạn làm lạnh dưới 0/sâu{0}}bắt đầu từ ứng suất bên trong cơ bản cao hơn, làm tăng nguy cơ nứt trong chính các giai đoạn lạnh.
• Nhảy thẳng tới -120 độ C mà không cần giai đoạn trung gian -60 độ C, và đường ống chịu một cú sốc nhiệt lớn hơn nhiều, một lần nữa làm tăng nguy cơ nứt thay vì giảm thiểu.
• Bỏ qua hoặc rút ngắn thời gian hâm nóng-nước ấmvà khoảng 40% áp lực xử lý-cảm lạnh vẫn bị khóa ở phần chuyển sang quá trình ủ, hoạt động chống lại những gì quá trình ủ đang cố gắng đạt được.
• Trì hoãn ủ sau khi hâm nóngvà bộ phận đó nằm ở trạng thái-dễ bị nứt nhất trong thời gian dài hơn mức cần thiết mà không có gì đảm bảo rằng độ trễ sẽ được bỏ qua.

Một nhà cung cấp nén phần này thành một lần ngâm lạnh và một lần ủ duy nhất, không có phương pháp chia độ ở cả hai đầu, có thể tạo ra một bộ phận vượt qua kiểm tra kích thước ngay lập tức và vẫn có nguy cơ căng thẳng hoặc nứt mà chỉ xuất hiện sau đó.

Một lô ống liền mạch chính xác dành cho ứng dụng vòng bi đã được xử lý nguội-bởi một nhà thầu phụ thực hiện một chu trình rút ngắn: một lần giảm trực tiếp xuống -120 độ C mà không có giai đoạn trung gian -60 độ C, sau đó là ủ vào ngày hôm sau thay vì ngay sau khi hâm nóng. Các ống đã vượt qua khâu kiểm tra kích thước khi nhận. Sau vài tuần sử dụng, một tập hợp con của lô cho thấy vết nứt chân tóc bắt nguồn từ chu trình xử lý nén - sự kết hợp của một cú sốc nhiệt lớn hơn trong quá trình làm mát và độ trễ kéo dài trước khi ủ đã để lại ứng suất tiềm ẩn trong vật liệu mà chỉ kiểm tra kích thước không thể phát hiện được. Lô được làm lại với trình tự bốn giai đoạn đầy đủ và tài liệu quy trình của nhà cung cấp đã được sửa đổi để ghi lại thời gian lưu giữ cũng như khoảng cách giữa hâm nóng và ủ cho mọi lô trong tương lai, không chỉ các kích thước cuối cùng.

Xử lý nguội là một quá trình, không phải là dòng thông số kỹ thuật và chứng chỉ nhà máy chỉ báo cáo độ cứng cuối cùng hoặc kích thước cuối cùng sẽ không cho bạn biết liệu trình tự có thực sự được tuân thủ hay không. Trước khi đặt hàng ống liền mạch hoặc ống có xử lý lạnh quan trọng đối với ứng dụng của bạn, bạn nên yêu cầu:

1. Xác nhận lớp thực sự cần xử lý lạnh.Không phải mọi cấp độ ống thép liền mạch đều được hưởng lợi từ quy trình này - điều này quan trọng đối với thép hợp kim, thép chịu lực và thép công cụ có điểm Mf thấp, không phải đối với kết cấu cacbon đơn giản hoặc ống dẫn không bao giờ được làm cứng hoàn toàn-.
2. Thời gian và nhiệt độ giữ được ghi lại cho từng giai đoạn, không chỉ là ghi chú rằng "xử lý đông lạnh" đã được thực hiện. Hỏi cụ thể xem quy trình sử dụng phương pháp chia độ -60 độ C / -120 độ C hay ngâm lạnh trực tiếp một lần.
3. Khoảng cách giữa hâm nóng{0}}nước ấm và ủ.Một nhà cung cấp không thể nêu rõ khoảng cách này hoặc kiềm chế lịch trình lô bị trì hoãn thay vì ngay sau khi hâm nóng sẽ có nhiều rủi ro về nứt hơn mức mà chứng chỉ sẽ thể hiện.
4. Dữ liệu thử nghiệm austenite hoặc vi cấu trúc được giữ lại trong đó ứng dụng nhạy cảm với nó- mức dư ở mức một chữ số thấp được mong đợi và thường có lợi; mức dư lượng cao hơn nhiều cho thấy các giai đoạn xử lý lạnh đã được rút ngắn hoặc bỏ qua.
5. Bước-ngâm trước-nước sôi có phải là một phần trong quy trình tiêu chuẩn của nhà cung cấp hay không, vì đây là một trong những bước dễ dàng nhất để lặng lẽ thả nó xuống mà không xuất hiện trong báo cáo kiểm tra cuối cùng.
6. Truy xuất nguồn gốc lô hàng, do đó, nếu vấn đề về kích thước hoặc vết nứt xuất hiện sau đó, thì vấn đề đó có thể được truy nguyên về chu trình xử lý cụ thể thay vì được xử lý như một khiếm khuyết chung về vật liệu.

Một nhà cung cấp có thể trả lời tất cả sáu câu hỏi này một cách không do dự đang mô tả một quy trình được kiểm soát. Người chỉ có thể chỉ ra con số độ cứng cuối cùng đang mô tả kết quả chứ không phải quy trình - và đối với đường ống liền mạch được xử lý nguội-, kết quả vào ngày đầu tiên không cho bạn biết bộ phận đó sẽ hoạt động như thế nào sau sáu tháng đưa vào sử dụng.

Liên hệ ngay