روش انجام عملیات حرارتی لوله فولادی آلیاژی و کربنی
روشهای انجام عملیات حرارتی در لوله فولادی آلیاژی و کربنی به طور کلی در چهار گروه طبقهبندی میشوند
نرمالیزه کردن، آنیل کردن، کوئنچ کردن و تمپر کردن.
انجام عملیات حرارتی باعث بهبود ویژگیهای مکانیکی ماده شده، عملیات ماشینکاری را تسهیل کرده و ترکیب شیمیایی آن را یکنواخت و همگن میکند.
عملیات حرارتی مواد فلزی فولادی را میتوان به انواع عملیات حرارتی یکپارچه عملیات حرارتی سطحی، و عملیات حرارتی شیمیایی تقسیمبندی کرد. برای لوله فولادی عموما عملیات حرارتی یکپارچه مناسب است.
چگونگی عملکرد ماده فولادی اساسا بر اساس ویژگیهای مکانیکی و فیزیکی و عملکرد فرآیندهای آن شناخته میشود. عملیات حرارتی میتواند ساختار متالورژیک متفاوت و عملکرد جدیدی را برای لوله فولادی به وجود آورد، به گونهای که بتوان از آن به روشی بهینهتر و مناسبتر در صنایع مختلف و یا خدمات مربوط به صنایع نفت و گاز استفاده کرد.
به طور کلی دو روش برای بهبود ویژگیهای ماده فولادی وجود دارد؛ یک روش آن است که ترکیبات شیمیایی ماده اصلاح شود که به آن روش آلیاژ کردن میگویند، و روش دوم استفاده از عملیات حرارتی است. در حوزه تکنولوژی مدرن صنعتی، عملیات حرارتی میتواند عملکرد لوله فولادی را تا حد بسیار زیادی بهبود بخشد.
اهداف انجام عملیات حرارتی
1- حرارت دادن
مواد فولادی را میتوان تا پایینتر از نقطه بحرانی آن یا بالاتر از حرارت داد. استفاده از روش اول حرارت دادن (پایینتر از نقطه بحرانی)، ساختار ماده را تثبیت کرده و تنش باقیمانده را از بین میبرد. .
روش دوم حرارت دادن (بالاتر از نقطه بحرانی) میتواند ماده را آستنیته کرد؛ آستنیته عبارت است از حرارت دادن ماده فولادی تا بالاتر از دمای نقطه بحرانی آن، تا حدی که استحاله انجام گردد. اگر فرآیند کوئنچ کردن بعد از آستنیته انجام شود، ماده مورد استفاده سخت خواهد شد. کوئنچ کردن آن قدر با سرعت انجام میشود که آستنیت به مارتنزیت تبدیل شود. بعد از آن که ماده به دمای آستنیته و ریزساختار و سختی مناسب رسید، با انجام عملیات حرارتی بیشتر، ماده لازم برای ساخت لوله فولادی بدست میآید.
2- حفظ حرارت
هدف از حفظ حرارت یکنواخت نگه داشتن دمای ماده فولادی است تا ساختار حرارتی مناسبی داشته باشد.
3- خنک کردن
فرآیند خنک کردن یک فرآیند کلیدی در عملیات حرارتی به شمار میرود و ویژگیهای مکانیکی لوله فولادی را تعیین میکند.
Four main heat treatment methods in carbon and alloy steel pipe industry
The heat treatment processes for steel pipe includes normalizing, annealing, tempering, quenching and other process.
نرمالیزه کردن
این فرآیند عبارت است حرارت لوله فولادی تا دمای بالاتر از نقطه بحرانی و خنک کردن آن در مجاور هوا.
از طریق نرمالیزه کردن میتوان تنش موجود در ماده فولادی را آزاد کرد و قابلیت شکلپذیری و چقرمگی آن را برای انجام کار سرد بهبود بخشید. نرمالیزه کردن معمولا برای مواد لوله فولادی کم آلیاژ و کربنی استفاده میشود. این عمل به تولید ساختار متفاوت فلزی، پرلیت، بینیت، و تا حدودی مارتنزیت منجر میشود که ماده فولادی را مستحکمتر و سختتر کرده و قابلیت شکلپذیری آن را نسبت به ماده کاملا آنیل شده کمتر میکند.
آنیل کردن
آنیل کردن عبارت است حرارت دادن ماده تا دمای بالاتر از نقطه بحرانی آن، تا حدی که ریزساختار ماده به آستنیت تبدیل شود. سپس فرآیند خنک کردن آرام در کوره باعث میشود که بیشترین مقدار تبدیل فریت و پرلیت صورت گیرد.
فرآیند آنیل کردن نقصهای احتمالی را برطرف کرده و ترکیب شیمیایی ماده را همگن می کند و دانه ها را ریزتر می کند. این فرآیند معمولا برای لوله فولادی آلیاژی، کم آلیاژ، و با کربن بالا که لازم است میزان سختی و استحکام آنها کاهش پیدا کرده و ساختار کریستالی آنها اصلاح شود، و قابلیت انعطافپذیری، شکلپذیری، چقرمگی و ماشینکاری آنها بهبود داده شود استفاده میشود.
کوئنچ کردن
این فرآیند عبارت است حرارت دادن ماده اولیه لوله فولادی تا دمای بحرانی آن، تا حدی که تبدیل ریزساختار در آن اتفاق بیفتد، و سپس سرد کردن این ماده با سرعت زیاد
هدف فرآیند کوئنچ کردن آن است که تنش حرارتی و تنش بافت به وجود بیاید. این فرآیند میتواند با انجام تمپرینگ حذف شود یا بهبود پیدا کند. با استفاده از ترکیب کوئنچ کردن و تمپر کردن در کنار یکدیگر میتوان عمکرد کلی ماده را تا حد مناسبی ارتقا بخشید.
تمپر کردن
این فرآیند عبارت است حرارت دادن ماده تا دمای دقیقی که پایینتر از دمای نقطه بحرانی است، و معمولا در مجاور هوا و یا در خلاء یا جو بیاثر انجام میگیرد. انواع تمپر کردن عبارت است تمپر کردن دمای پایین (205 تا 595 درجه فارنهایت)، تمپر کردن دمای متوسط (400 تا 1105 درجه فارنهایت)، و تمپر کردن دمای بالا (تا 1300 درجه فارنهایت).
هدف از این فرآیند آن است که میزان چقرمگی لوله فولادی و آلیاژ فولاد افزایش پیدا کند. فولاد، پیش از انجام فرآیند تمپر کردن بسیار سخت است اما برای استفاده در بسیاری از کاربریها بیش از حد شکننده خواهد بود. این فرآیند میتواند میزان انعطافپذیری و چقرمگی لوله فولادی را بهبود بخشیده و تنش باقیمانده را حذف کند یا کاهش دهد و اندازه لوله فولادی را نیز تثبیت کند؛ به عبارت دیگر مجموعه کاملی از وِیژگیهای مکانیکی به لوله فولادی اضافه میشود که به کارایی آن کمک میکند.
عملیات سولوشن (محلول) برای مواد مورد استفاده در ساخت لوله فولادی آلیاژی
این عملیات عبارت است از حرارت دادن آلیاژ تا دمای مناسب و نگه داشتن آن در این دما، تا حدی که اجزای تشکیل دهنده آن به محلول جامد تبدیل شوند، و سپس سرد کردن آن با سرعت زیاد به گونهای که این ترکیبات در حالت روان باقی بمانند.
برخی آلیاژهای ریخته گری شده و کار شده بر پایه نیکل وجود دارند که میتوانند با انجام عملیات سولوشن روی آنها و یا با پیرسختی (رسوب سختی: precipitation age hardening)، از کارایی و قابلیتهای مختلفی برخوردار شوند. ویژگیهایی مانند استحکام مکانیکی در دمای اتاق و دماهای بالا، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر اکسید شدن با انجام این عملیات حرارتی تا حد قابل ملاحظهای بهبود پیدا میکند. بسیاری از آلیاژهای بر پایه نیکل از جمله لوله فولادی آلیاژ نیکل و هستلوی، تنها از طریق عملیات سولوشن میتونند به مشخصههای مطلوب خود برسند.
در طی عملیات سولوشن، کاربید و سایر عناصر آلیاژی به طور همگن در آستنیت حل میشوند. خنک کردن سریع باعث میشود که کربن و عناصر آلیاژی فرصت رسوب کردن را پیدا نکنند و عملیات حرارتی با بافت آستنیتی حاصل شود. عملیات سولوشن میتواند ساختار داخلی ماده و ترکیبات شیمیایی آن را یکنواخت کند. علاوه بر آن میتواند خاصیت مقاومت در برابر خوردگی را نیز به لوله فولادی آلیاژ نیکل و هستلوی بازگرداند.
