Aukšto{0}}slėgio legiruoto plieno vamzdžių struktūrinis stiprinimas: matricos fazė ir transformacija

Kodėl svarbu stiprinti aukšto{0}slėgio lydinio vamzdžius

Aukšto -slėgio legiruoto plieno vamzdis parenkamas atsižvelgiant į slėgio izoliavimo, atsparumo aukštoje temperatūroje{1}} ir tvirtumo derinį, kurį jis gali išlaikyti ilgą tarnavimo laiką. Šios savybės nėra nustatytos vien chemijos. Vamzdžiui palikus valcavimo stovą, medžiagai vėsstant keičiasi plieno viduje esanti struktūra, ir šis pokytis nusprendžia, ar gatavas vamzdis elgiasi kaip kietas, plastiškas gaminys, ar kaip kietas, trapus.

Bainitas, martensitas ir kiti virsmo produktai susidaro iš tos pačios plieno šilumos, ir kiekvienas iš jų turi skirtingą stiprumo ir lankstumo pusiausvyrą. Kadangi transformacijos kelią galima valdyti, viena legiruotojo plieno rūšis gali būti pagaminta iki kelių skirtingų stiprumo lygių skirtingoms slėgio klasėms. Todėl stiprinimo mechanizmo valdymas yra ekonomiškesnis ir paprastai veiksmingesnis, nei paprasčiausiai pridėti legiravimo elementus.

Matricos fazės reikalavimas

Struktūriniam stiprinimui visada reikia matricos fazės. Legiruotojo plieno vamzdyje ta matrica yra kietas feritinis tirpalas, o joje ištirpę elementai, tokie kaip chromas, molibdenas, manganas, silicis ir nedideli vanadžio ar niobio priedai, suteikia medžiagai pagrindo stiprumą, kietumą ir gebėjimą reaguoti į terminį apdorojimą. Jei matricos fazė netinkama arba suformuota netolygiai, transformacijos produktai vystosi nenuosekliai, struktūra tampa juostuota, o vamzdžio stiprumo vertės yra išsklaidytos nuo vieno ilgio iki kito.

Todėl matricos valdymas apima šilumos chemiją ir konstrukcijos būklę tuo metu, kai prasideda aušinimas. Šiurkšti ir nenuosekli grūdelių struktūra tuo metu sukuria stambaus virsmo produktą ir mažesnį kietumą; puiki ir vienoda struktūra palaiko smulkesnius virsmo produktus ir geresnį stiprumo ir kietumo balansą.

Difuzija ir ne{0}}difuzija

Konstrukcijos stiprinimas yra procesas, apimantis ir konstrukcijos deformaciją, ir difuziją joje. Yra du maršrutai, ir temperatūra nusprendžia, kuris iš jų dominuoja:

Aukštos{0}}temperatūros aplinkoje pokyčius kontroliuoja difuzija. Anglies ir legiravimo elementai migruoja dideliais atstumais, o struktūra vystosi laipsniškai krintant temperatūrai, todėl gaminiai tampa minkštesni ir lankstesni.

Žemos{0}}temperatūros aplinkoje difuzija tampa per lėta ir ima viršų sklaidos kelias. Grotelės virsta šlyties būdu, sudarydamos labai smulkų, kietą produktą su dideliu vidiniu įtempimu.

Tarp dviejų režimų transformacija yra tik iš dalies difuzinė, o rezultatas priklauso nuo tikslaus aušinimo kelio, o ne nuo temperatūros.

Nė vienas iš kraštutinumų nėra idealus{0}}atsižvelgiant į aukštą slėgį. Visiškai difuzinė struktūra suteikia didelį stiprumą, bet ribotą atsparumą ir turi būti grūdinta prieš naudojant, o stambios difuzijos{2}}valdoma struktūra yra tvirta, bet per minkšta, kad būtų galima naudoti stiprų slėgį. Todėl gamyboje siekiama sukurti puikią, mišrią struktūrą, kuri išlaikytų reikiamą stiprumą neprarandant tvirtumo.

Įtampa, įtampos energija ir aušinimo aplinka

Du veiksniai lemia, kiek stiprinimas gali būti stumiamas praktikoje: medžiagoje išlaikoma deformacija ir aušinimo aplinka po formavimo. Deformacija riedėjimo metu kaupia energiją grotelėje kaip dislokacijas ir vidines ribas. Ta sukaupta energija padidina sekančios transformacijos varomąją jėgą, patobulina transformacijos produktą ir, be transformacijos stiprinimo, prideda darbo grūdinimo.

Tada aušinimo aplinka nusprendžia, kaip ta sukaupta energija naudojama. Keičiantis vamzdžio temperatūrai, kartu su juo keičiasi ir struktūra, o medžiagos energetinė būsena keičiasi iš žemos į aukštą, kai temperatūra pakyla, o vėliau vėl nusėda, kai aušinant susidaro nauja konstrukcija. Labai smulkios, tankios konstrukcijos ypatybės greitai reaguoja į tokius pokyčius, todėl vamzdžio konstrukcinė būklė turi būti vertinama atsižvelgiant į numatomą eksploatavimo būklę, o ne manoma, kad ji išliks stabili visą linijos eksploatavimo laiką.

Praktinė pasekmė yra ta, kad stiprinimo mechanizmas turėtų būti suderintas su realia aptarnavimo būkle. Vamzdis, kurio stiprumas daugiausia priklauso nuo kieto ir nestabilaus gaminio, gali prarasti stiprumą arba tapti trapus ilgai veikiamas aukštoje temperatūroje, o vamzdis, sustiprintas stabilia, smulkia feritine{1}}bainitine struktūra, per ilgą tarnavimo laiką išlaiko savo savybes daug patikimiau.

Valdymo taškai gamyboje ir tikrinime

Chemija: laikykite anglį, manganą ir legiravimo priedus nurodytame diapazone, o sieros ir fosforo kiekį išlaikykite mažą, kad kietumas nebūtų aukojamas dėl stiprumo.

Formavimo kelias: karštai valcuoti-, šaltai valcuoti-ir šaltai traukti- keliai turi skirtingą įtempimo lygį, todėl vamzdis termiškai apdorojamas esant skirtingoms konstrukcijoms.

Aušinimo kontrolė: apdailos temperatūra ir aušinimo greitis po formavimo nustato, ar transformacija vyksta difuziniu, iš dalies difuziniu ar be difuzijos keliu.

Terminis apdorojimas: normalizavimas arba normalizavimas, po kurio eina grūdinimas, naudojamas vienodai smulkiai struktūrai gauti ir sumažinti vidinę įtampą, atsirandančią dėl šalto apdirbimo.

Patikrinimas: tempimo bandymas ir kietumo matavimas naudojami kartu, nes kietumas atspindi susidariusį transformacijos produktą, o tempimo duomenys patvirtina iš tikrųjų pasiektą stiprumo lygį.

Dažnai užduodami klausimai

Kl .: Kas yra legiruotojo plieno vamzdžio struktūrinis stiprinimas?
Tai stiprumo padidėjimas, gaunamas keičiant vidinę plieno struktūrą transformuojant ir deformuojant, o ne keičiant cheminę šilumos sudėtį.

Kl .: Kodėl reikalinga matricos fazė?
Matricos fazė, kietas feritinis šių klasių tirpalas, turi legiravimo elementus, kurie užtikrina kietumą ir pagrindo stiprumą. Be garso matricos virsmo produktai formuojasi netolygiai, o vamzdis pasižymi išsklaidytomis savybėmis.

Kl.: kuo skiriasi difuzija ir ne{0}}difuzija?
Difuzinė transformacija priklauso nuo atomų migracijos ir dominuoja aukštoje temperatūroje. Ne-difuzinė transformacija yra išstumianti ir dominuoja žemoje temperatūroje, kur atomai negali migruoti toli prieš pasikeitus struktūrai.

K: Kaip aušinimo greitis keičia galutines savybes?
Greitesnis aušinimas skatina transformaciją link ne{0}}difuzijos kelio ir gamina smulkesnius, kietesnius ir stipresnius produktus. Lėtesnis aušinimas suteikia pirmenybę difuzijai{2}}valdomiems gaminiams, kurių stiprumas yra mažesnis ir lankstesnis.

Kl.: ar šaltas apdirbimas padeda ar kenkia aukšto{0}slėgio vamzdžiui?
Šaltasis apdorojimas padidina įtampą ir patobulina struktūrą, o tai padidina stiprumą, bet taip pat sumažina plastiškumą ir palieka liekamąjį įtempį. Vėlesnis terminis apdorojimas paprastai reikalingas prieš vamzdžiui pradedant naudoti slėgį.

Kl .: Kaip patvirtinama teisinga gatavo vamzdžio konstrukcija?
Cheminė analizė derinama su gatavo produkto tempimo bandymu ir kietumo matavimu, o siuntos terminio apdorojimo įrašas tikrinamas siekiant patvirtinti, kad buvo laikomasi numatyto transformacijos kelio.