Análise do processo de tratamento a frio e alívio de tensões para tubos de aço sem costura

O tratamento a frio de tubos sem costura geralmente se refere ao tratamento a frio profundo (tratamento-de baixa temperatura, geralmente em um ambiente de nitrogênio líquido de -70 graus a -196 graus) e é frequentemente usado em conjunto com processos de têmpera, revenido, laminação a frio/estiramento a frio. A função principal é:

1. Estabilizar estrutura e dimensões:

Eliminar a austenita restante e promover sua transformação em martensita estável para evitar deformação dimensional e desvio de precisão durante o uso e processamento subsequente do tubo, especialmente para tubos hidráulicos de precisão, tubos de instrumentos e tubos de rolamento.

2. Aumente a dureza, resistência ao desgaste e resistência:

A organização torna-se mais densa, a dureza superficial e a resistência ao desgaste são melhoradas e a vida útil do tubo é prolongada.

3. Libere o micro estresse interno:

Reduza a micro-tensão causada pela distorção da rede durante a trefilação e a têmpera a frio e reduza os riscos de rachaduras e empenamentos no estágio posterior.

4. Melhore a resistência e o desempenho de fadiga:

Refine a estrutura do grão, reduza os pontos de concentração de tensão e aumente a fadiga e a resistência ao impacto do material do tubo.

Ponto distintivo:

Tratamento a frio ≠ trefilação/laminação a frio em temperatura normal. O tratamento a frio é um processo de resfriamento profundo-de baixa temperatura e é um procedimento auxiliar após o tratamento térmico.

(1) Preparação pré-do tratamento

1. Controle pré-do processo
O material do tubo deve passar primeiro por têmpera/revenimento/estiramento a frio e, em seguida, ser resfriado até a temperatura ambiente (20-40 graus) antes de ser colocado no forno. É estritamente proibido introduzir diretamente alta-temperatura em equipamentos de baixa temperatura para evitar diferenças excessivas de temperatura e rachaduras.

2. Classificação e inspeção visual

Remova tubos com rachaduras, dobras, espessuras de parede irregulares, arranhões superficiais e solavancos. Classifique por material, especificação e lote para evitar mistura de materiais.

3. Limpeza e secagem

Remova completamente manchas superficiais de óleo, umidade e fluido de corte. A água congelada pode rachar a parede do tubo e corroer a parede interna. Ambas as extremidades do tubo longo são vedadas para evitar que meios-de baixa temperatura entrem no tubo.

4. Padrões de carregamento do forno
Coloque o material do tubo camada por camada, deixando espaços, sem empilhar e apertar. Suporta tubos finos e longos para evitar-flexão e deformação por peso próprio sob baixa temperatura.

5. Pré-configuração-de parâmetros de processo
Defina a temperatura alvo e o tempo de retenção de acordo com o material: tubos sem costura de aço carbono/baixa liga são geralmente de -70 a -120 graus, tubos de alta liga/rolamento -150 a -196 graus.

(II) Controle de Processo de Tratamento a Frio

1. Taxa de resfriamento lento
Evite o resfriamento rápido. Controle a taxa de resfriamento de 1 a 3 graus/min. Grandes diferenças de temperatura podem causar novas tensões de temperatura, levando a microfissuras.

2. Isolamento Adequado
Depois que todo o tubo atingir a baixa temperatura definida, mantenha o isolamento por 2 a 4 horas (para tubos com grande espessura de parede e grande diâmetro, estenda para 4 a 6 horas). Certifique-se de que as estruturas internas e externas se transformem totalmente para evitar desempenho desigual dentro e fora.

3. Ambiente Selado e Meio Uniforme
A circulação de nitrogênio líquido/ar frio é uniforme, eliminando o resfriamento excessivo local; monitorar continuamente a temperatura para evitar temperaturas extremamente baixas.

4. Proibir impacto e movimento externo
Em baixas temperaturas, a tenacidade do aço diminui temporariamente e ele fica sujeito a trincas latentes sob tensão.

(III) Pós{0}}operações de resfriamento

1. Resfriamento lento (chave)
Após a descarga, deixe o tubo aquecer naturalmente até a temperatura ambiente. Não o exponha à luz solar direta, não sopre ar quente ou mergulhe-o em água para aquecê-lo rapidamente. Isto evita o estresse secundário causado pela alternância de temperaturas frias e quentes. A duração do resfriamento depende da espessura da parede: para tubos-de paredes finas, 2 a 4 horas; para tubos-de paredes grossas, mais de 6 horas.

2. Temperamento/envelhecimento oportuno
Após o resfriamento profundo, é necessário realizar o revenido-de baixa temperatura (de 120 a 200 graus) para eliminar a pequena quantidade de tensão-de baixa temperatura gerada durante o tratamento a frio. Isso também ajuda a restaurar a resistência do material do tubo e a evitar fragilidade.

3. Re-inspeção e classificação
Inspecione a aparência, retilineidade e circularidade de cada tubo individualmente; colete amostras para dureza, análise metalográfica e detecção de falhas para verificar micro-fissuras e deformações.

4. Proteção e armazenamento
Após a secagem e resfriamento, guarde os tubos em depósito para evitar exposição às intempéries, chuva e solavancos.
 

As principais fontes de tensão em tubos sem costura: laminação a quente, trefilação a frio/laminação a frio, têmpera, soldagem, endireitamento, processamento mecânico. A tensão é dividida em tensão residual macroscópica e tensão de rede microscópica.

1. Prevenindo Falhas Futuras
A liberação da tensão residual pode fazer com que o tubo dobre, torça e tenha desvios de tamanho; a superposição de tensões provavelmente causará rachaduras e rupturas nas paredes dos tubos, o que representa riscos extremamente altos para tubulações de alta-pressão e tubulações de transporte de fluidos.

2. Estabilizando a precisão do processamento
Durante os processos de usinagem subsequentes, como torneamento, rosqueamento, corte e dobra, a liberação de tensão levará à deformação do produto processado. A remoção da tensão pode garantir a estabilidade-de longo prazo das dimensões do produto acabado.

3. Melhorando Propriedades Mecânicas
A eliminação da concentração de tensão melhora a resistência do tubo à fadiga, à corrosão e à fratura frágil, aumentando significativamente a segurança em condições de alta-pressão e baixa{1}}temperatura e de carga cíclica.

4. Melhorando o tratamento de superfície subsequente
Após a remoção da tensão, a estrutura do tubo torna-se uniforme. Processos como galvanização, fosfatação e revestimento têm menos probabilidade de apresentar descascamento ou furos.
 

1. Recozimento de alívio de tensão-de baixa temperatura (mais comumente usado, processo principal)

Aplicável a: tubos estirados-a frio, tubos temperados e revenidos, tubos sem costura de precisão, tubos-de diâmetro médio e pequeno

• Processoss:Aqueça a 180 ~ 300 graus, mantenha por um período de tempo e, em seguida, lentamente ar-resfrie ou forno-resfrie
• Princípio:Os átomos se difundem lentamente, liberando a tensão de distorção da rede, sem alterar a dureza e a resistência da matriz, apenas eliminando a tensão residual.
• Pontos principais:A temperatura de todo o forno deve ser uniforme, o tempo de espera é de 30 ~ 60 minutos por 10 mm de espessura da parede; a taxa de resfriamento deve ser menor ou igual a 2 graus/min.

2. Recozimento de alívio de tensão-de alta temperatura (alívio completo de tensão, grande deformação em tubos)

Aplicável a: tubos com paredes-com espessura-de grande diâmetro, tubos-laminados a quente, cotovelos, acessórios para tubos processados, tubos soldados

• Processo:Aqueça até 550 ~ 650 graus (abaixo da temperatura de transformação), segure por um tempo e depois esfrie lentamente no forno (retire do forno quando a temperatura cair abaixo de 200 graus).
• Características:O efeito de alívio de tensões é o mais completo, quase eliminando todas as tensões macroscópicas e microscópicas; A desvantagem é que reduz ligeiramente a dureza e a resistência, adequado para tubos estruturais e tubos de transporte com baixos requisitos de dureza.

3. Envelhecimento por vibração (alívio do estresse físico, sem necessidade de aquecimento)

Aplicável a: tubos ultra{0}}longos, tubos-de grande diâmetro, tubos acabados que não permitem que o aquecimento mude de cor ou amoleça.

• Princípio: Por ressonância, a tensão interna do material do tubo é relaxada e redistribuída.
• Vantagens: Sem deformação térmica, sem descarbonização por oxidação, baixo consumo de energia; Desvantagens: Limitado para eliminar tensões profundas, usado principalmente como método auxiliar de alívio de tensões.

4. Envelhecimento natural (baixo custo, somente para tubulações de baixa{1}}exigência)

Aplicável a: tubos estruturais comuns de baixa-pressão, tubos de-não precisão

• Princípio: Colocado em temperatura ambiente por um longo tempo, o estresse é liberado gradualmente naturalmente.
• Desvantagens: O período é extremamente longo (várias semanas a vários meses), o alívio do estresse não é completo e raramente é usado na produção industrial em lotes.

5. Tratamento a frio profundo (anteriormente denominado tratamento a frio, servindo como método auxiliar de alívio do estresse)

Geralmente é usado em conjunto com têmpera. Primeiro, a estrutura é estabilizada através de tratamento a frio profundo e, em seguida, o revenido é realizado a uma temperatura mais baixa. O efeito combinado de alívio do estresse é mais eficaz.
 

Combinando tratamento a frio + alívio de tensão + conformação, existem dois métodos principais de processamento de dutos:

Solução 1: tubos sem costura-trefilados a frio de precisão (usados ​​para máquinas hidráulicas, de instrumentação e de precisão)

1. Boleto de tubo- laminado a quente → Estiramento/formação a frio (resultando em estresse de trabalho a frio)
2.Recozimento de alívio de tensão-de baixa temperatura (200~280 graus): Elimine o estresse de trefilação a frio
3. Endireitamento, corte da cabeça e acabamento
4. Tratamento a frio profundo (-80 ~ -120 graus, resfriamento lento + tempo de retenção suficiente): Estabilizar a estrutura e aumentar a dureza e a resistência ao desgaste
5. Recozimento secundário-de baixa temperatura (150~200 graus): Elimine o estresse do tratamento a frio e restaure a resistência
6. Testes não-destrutivos, inspeção de tamanho e armazenamento de produto acabado

Efeito: Dimensões estáveis, dureza uniforme, excelente desempenho à fadiga e sem deformação durante um longo período de uso.

Solução 2: tubos sem costura laminados a quente-de alta-pressão/paredes espessas-(petróleo e gás, caldeiras, transporte de fluidos)

1. Conformação por laminação a quente → Endireitamento de desbaste
2. Recozimento de alívio de tensão de alta-temperatura (580 - 630 graus, resfriamento lento no forno): Elimine completamente as tensões de laminação a quente e endireitamento
3. Usinagem, biselamento, dobra de tubos, etc. para processamento posterior
4. Detecção de falhas do produto, teste hidráulico
 

Efeito: Resistente a rachaduras, suporta alta pressão, tensão estável, adequado para condições-de serviço pesado.
 

1. Núcleo do Tratamento Frio: Manter as dimensões, aumentar a dureza, promover a transformação dos tecidos. Todo o processo deve envolver resfriamento lento, reaquecimento lento,-aquecimento e subsequente re-têmpera; caso contrário, está sujeito a rachar.

2. Núcleo de alívio do estresse:Evite deformações, rachaduras e desvios dimensionais. Para aliviar a tensão durante o tratamento térmico, priorize "recozimento-de alta temperatura (completo)" e "revenido-de baixa temperatura (para manter a dureza)". 

3.Lógica para melhoria de desempenho:Execute o alívio de tensão durante a conformação → Implemente o endurecimento a frio → Realize o alívio de tensão secundário. A combinação desses três processos leva em consideração resistência, dureza, tenacidade e estabilidade dimensional.