Каков стандартный процесс термообработки труб из мартенситной нержавеющей стали?

АУСТЕНИЗАЦИЯ ОСНОВЫ ПРОЧНОСТИ

Термическая обработка – обязательный процесс, раскрывающий исключительные свойства Трубы из мартенситной нержавеющей стали , превращая его микроструктуру в твердую, прочную и износостойкую форму. Это преобразование достигается за счет трех основных стадий: аустенизации, закалки и отпуска.

Первым критическим этапом является аустенизация. Это включает в себя нагрев трубки MSS до точного температурного диапазона, при котором исходная ферритная и карбидосодержащая структура полностью превращается в однородную, однофазную, гранецентрированную кубическую структуру, известную как аустенит (гамма).

Точный контроль температуры

Температуры аустенизации обычно находятся в диапазоне от 950 до 1050 градусов Цельсия (от 1742 до 1922 градусов по Фаренгейту). Конкретная температура существенно зависит от марки и содержания углерода; например, для марки 420 из-за более высокого содержания углерода может потребоваться другой диапазон, чем для марки 410.

• Цель: Полностью растворить весь углерод и легирующие элементы в аустенитной матрице. Это обеспечивает максимальную последующую твердость.

• Риск отклонения: слишком слабый нагрев приводит к образованию нерастворенных карбидов, что снижает весь потенциал твердости. Слишком сильный нагрев приводит к чрезмерному росту зерен, что серьезно снижает окончательную прочность и пластичность трубы.

Время замачивания и предварительный нагрев

Трубку необходимо выдерживать при температуре аустенизации в течение достаточного времени, чтобы обеспечить равномерный нагрев всего поперечного сечения и полное растворение легирующих элементов. Для толстостенных трубок MSS или труб сложной геометрии часто используется предварительный нагрев в диапазоне от 650 до 850 градусов C. Этот шаг смягчает термический удар и сводит к минимуму риск деформации или растрескивания при быстром переходе к высоким температурам.

ЗАКАЛКА МАРТЕНСИТА, ФОРМИРОВАНИЕ И ЗАКАЛКА

Закалка – это фаза быстрого охлаждения сразу после аустенизации. Его цель состоит в том, чтобы подавить трансформацию аустенита в более мягкие фазы, такие как перлит или бейнит, заставляя его вместо этого превращаться в сверхтвердую, объемно-центрированную тетрагональную структуру, известную как мартенсит (Альфа-Прайм).

Контролируемая охлаждающая среда

Охлаждающая среда и скорость тщательно выбираются для достижения необходимой твердости при одновременном управлении остаточными напряжениями и деформациями.

• Закалка маслом: обеспечивает высокую скорость охлаждения, необходимую для некоторых марок MSS с более высоким содержанием углерода, но сопряжена с более высоким риском деформации и внутреннего напряжения.

• Закалка воздухом или газом: используется для марок с высокой прокаливаемостью, особенно содержащих никель или молибден. Он обеспечивает более медленную и менее агрессивную скорость охлаждения, что значительно снижает искажения, что делает его очень желательным для применения в прецизионных трубках.

• Прерывистая закалка (соляные ванны): используется для минимизации температурных градиентов путем быстрого охлаждения труб до температуры чуть выше температуры мартенситного начала (Ms), удержания ее изотермически, а затем обеспечения более медленного охлаждения. Этот метод жизненно важен для минимизации внутреннего напряжения и изменений размеров.

Структура сразу после закалки представляет собой неотпущенный мартенсит, отличающийся чрезвычайной твердостью, высокой прочностью, но очень высокой хрупкостью. Он не подходит для прямого использования.

ЗАПУСК БАЛАНСИРОВКА ПРОЧНОСТИ И ПРОЧНОСТИ

Закалка — это заключительный и наиболее важный этап, процесс повторного нагрева после закалки, используемый для корректировки свойств трубки MSS в соответствии со спецификациями конечного использования. Он снимает огромные внутренние напряжения, вызванные закалкой, и улучшает пластичность и ударную вязкость за счет некоторой твердости.

Температурный спектр отпуска

Температура, продолжительность и скорость охлаждения отпуска определяют окончательный баланс свойств. Выбор определяется требованиями приложения.

• Низкотемпературный отпуск (от 150 до 400 градусов C): используется для применений, требующих максимальной твердости и износостойкости, таких как хирургические инструменты или специальные трубки подшипников. Он сохраняет большую часть закаленной твердости.

• Высокотемпературный отпуск (от 550 до 700 градусов C): широко используется для трубной продукции нефтедобывающей отрасли (OC T G) и других конструкционных компонентов, требующих превосходной ударной вязкости и высокого уровня прочности. В результате этого процесса получается закаленный сорбит, оптимальная микроструктура для ударопрочности.

Как избежать эмоциональной хрупкости

Важным фактором является явление отпускного охрупчивания, при котором медленное нагревание или охлаждение в диапазоне примерно от 400 до 550 градусов C может серьезно снизить ударную вязкость материала. Для высокопроизводительных трубок этого температурного диапазона часто тщательно избегают или материал быстро охлаждается в нем после отпуска.

ТЕНДЕНЦИИ И ДОСТИЖЕНИЯ ОТРАСЛИ

Спрос на высокопроизводительные трубки MSS, особенно в энергетическом и аэрокосмическом секторах, стимулирует развитие термической обработки.

• Усовершенствованные низкоуглеродистые сплавы. Новые сплавы с содержанием 13 процентов Cr и супер 13 процентов Cr теперь широко используются в кислых средах. Для них требуются сложные протоколы высокоэффективного отпуска (HPT), чтобы гарантировать соответствие стандартам NACE по устойчивости к сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC) при сохранении высокого предела текучести.

• Вакуумная термообработка: современные вакуумные печи непрерывного действия все чаще используются для трубок MSS. Вакуумная обработка сводит к минимуму поверхностное окисление и обезуглероживание, которые являются распространенными проблемами в традиционных атмосферных печах. Это приводит к более чистой поверхности и более однородным свойствам материала по всей длине трубы, что приводит к снижению затрат на контроль и доработку.

• Криогенная обработка: для конкретных применений с высокой твердостью после закалки иногда используется температура ниже нуля или криогенная обработка до -196 градусов Цельсия для преобразования остаточного аустенита в мартенсит. Этот процесс максимизирует твердость и стабильность размеров перед заключительным этапом отпуска.

• Цифровое моделирование: анализ методом конечных элементов (FE A) теперь является стандартной практикой для моделирования теплового потока и фазового превращения в сложных или толстостенных трубах. Это позволяет производителям прогнозировать и противодействовать тепловым искажениям, сводя к минимуму овальность и несоответствие размеров.