Stressiongelma teräsputkien tuotannossa

Teräsputkien sisäisen jännityksen tärkeimmät syyt ovatepätasaiset lämpötilan muutokset, epätasainen plastinen muodonmuutos, jaasynkroniset vaihesiirrot rakenteessa.Näitä jännitysilmiöitä esiintyy tuotantoprosessin alku-, keski- ja loppuvaiheessa, ja ne voidaan luokitella ohimeneviin jännityksiin (joka häviää prosessin päätyttyä) ja jäännösjännitykseen (joka säilyy valmiissa tuotteessa ja on laatuun vaikuttava ydintekijä). Eri tuotantoreittien jännityksenmuodostusvaiheissa on merkittäviä eroja (kuten saumattomat teräsputket ja hitsatut teräsputket). Tarkemmat tiedot ovat seuraavat:

Tässä vaiheessa jännitys on pääasiassa lämpöjännitystä, enimmäkseen ohimenevää jännitystä. Jonkin verran alkuperäistä jäännösjännitystä siirretään seuraaviin prosessointivaiheisiin raaka-aineiden mukana.

• Putkiaihioiden alkuperäinen jäännösjännitys: Putken aihioiden ja valssattujen putkiaihioiden jatkuvan valun jäähdytys- ja oikaisuprosessin aikana, sisäinenstressiä onon jo säilytetty. Tämä kuuluu raaka-aineiden aiheuttamaan esikäsittelyjännitykseen, ja se kohdistuu myöhempään käsittelyjännitykseen.
• Lämpöjännitys lämmitysprosessin aikana:Putkiaihioita kuumennettaessa pintakerros laajenee ensin lämmön vaikutuksesta, kun taas ydinkerroksen lämpötila on alhaisempi ja laajenemismäärä pienempi. Pintakerros puristetaan ja ydinkerrosta venytetään. Jos kuumennusnopeus on liian nopea tai uunin lämpötila on epätasainen, lämpöjännitys kasvaa jyrkästi ja voi ääritapauksissa aiheuttaa halkeamia putkiaihioiden pintaan. Tasaisen kuumennuksen jälkeen hetkellinen lämpöjännitys vähenee merkittävästi.

Tämä on stressin synnyttämisen kriittisin vaihe. Suuret plastiset muodonmuutokset ja paikalliset lämpösyklit synnyttävät suuren määrän muodonmuutosjännitystä ja lämpöjännitystä, jotka ovat pääasialliset jäännösjännityksen lähteet valmiissa tuotteessa.

• Saumattomien teräsputkien ydinprosessit

1. Lävistysprosessi: Kaltevan rullarei'ityksen aikana putkiaihio käy läpi voimakkaan kolmiulotteisen, epä-epätasaisen plastisen muodonmuutoksen telojen ja lävistyspään vaikutuksesta. Seinämän paksuuden sekä sisä- ja ulkopinnan muodonmuutosmäärässä on merkittävä ero, mikä johtaa merkittävään muodonmuutosjännitykseen; lävistyksen jälkeinen epätasainen jäähdytys lisää lämpöjännitystä ja muodostaa yhdessä putken alkuperäisen jäännösjännityksen.
2. Pyörivä putki / kiinteä halkaisijan pienennysprosessi:Jatkuvan valssauksen ja automaattisen putken valssauksen aikana seinämän paksuus pienenee ja aksiaalinen laajeneminen tapahtuu. Muodonmuutos jakautuu epätasaisesti seinämän paksuuteen; kiinteän halkaisijan ja pienennyshalkaisijan prosesseissa tapahtuu kehän suuntaista puristusmuodonmuutosta ja sisä- ja ulkopinnan välinen muodonmuutosero vahvistuu entisestään, mikä on kuumavalssattujen saumattomien putkien aksiaalisen ja kehän suuntaisen jäännösjännityksen päälähde.

• Hitsattujen teräsputkien ydinprosessi

1. Muodostusprosessi:Nauhaterästä taivutetaan useita kertoja teloilla putkiaihion muodostamiseksi. Taivutusmuodonmuutos aiheuttaa teräslevyn ulkokerroksen jännityksen ja sisäkerroksen puristumisen. Kylmän plastisen muodonmuutoksen jälkeen jäännöstaivutuksen jäännösjännitys jää jäljelle. Tämä kuuluu muovauskäsittelyjännitykseen.
2. Hitsausprosessi:Hitsaussauma ja lämpövaikutusalue kuumenevat ja jäähdytetään nopeasti paikallisesti. Lämmitysalueen lämpölaajenemista rajoittaa ympäröivä kylmä metalli, mikä johtaa puristavaan plastiseen muodonmuutokseen; jäähdytyksen aikana ympäröivä epäjalo metalli rajoittaa supistumista ja lopuksi hitsisauma-alueelle muodostuu erittäin suuri jäännösvetolujuus. Molemmilla puolilla oleva perusmetalli on puristusjännityksen alaisena tasapainon ylläpitämiseksi, mikä on hitsattujen putkien ydinjännityksen lähde. Mitä suurempi hitsauslinjan energia ja mitä nopeampi jäähdytysnopeus, sitä korkeampi on jäännösjännitys.

Tämä vaihe voi aiheuttaa uusia jäännösjännityksiä tai nämä jännitykset voidaan poistaa edellisen vaiheen erityisillä prosesseilla.

• Jäähdytysprosessi: Kun kuumavalssatut ja hitsatut teräsputket jäähtyvät, pinta jäähtyy nopeammin, kun taas ydin jäähtyy hitaammin. Pinta ensin supistuu ja on jännityksen alainen, kun taas ydin supistuu myöhemmin ja puristuu kokoon, mikä johtaa jäännöslämpöjännitykseen; mitä nopeampi jäähdytysnopeus ja mitä epätasaisempi jäähdytys, sitä suurempi on jäännöslämpöjännitys.
• Suoristusprosessi:Kylmäoikaisu korjaa putken kaarevuutta toistuvan käänteisen taivutuksen ja plastisen muodonmuutoksen kautta, mutta epätasainen muodonmuutos aiheuttaa uutta taivutusjäännösjännitystä. Yleensä putken pintakerros säilyttää puristusjännityksen ja ali{1}}pintakerros säilyttää vetojännityksen. kuumaoikaisu (käyttäen valssauksesta oikaisuun jäännöslämpöä) aiheuttaa paljon pienempiä jännityksiä kuin kylmäoikaisussa.
• Kylmäkäsittelyvaiheet (kylmäveto/kylmävalssausputket): Suurissa plastisissa muodonmuutoksissa huoneenlämpötilassa syntyy erittäin voimakasta käsittelykarkenemista ja jäännösjännitystä, mikä on ehdoton pääasiallinen jäännösjännityksen lähde kylmävalssatuille-/kylmävalssatuille-teräsputkille, ja jännitystaso on paljon korkeampi kuin kuumavalssattujen teräsputkien jännitystaso.
• Putken leikkaaminen ja päiden käsittely: Sahaus, kierteitys ja urien käsittely aiheuttaa paikallista plastista muodonmuutosta, mikä johtaa paikalliseen jännityskeskittymään putken päässä.
• Lämpökäsittelyprosessi: Kun prosessi suoritetaan oikein, stressi voidaan poistaa; jos lämmitys on epätasaista tai jäähdytys on liian nopea (esim. sammutus), syntyy uutta lämpöjännitystä ja mikrorakenteellista jännitystä, ja vaikeissa tapauksissa teräsputki halkeilee.

Välitön jännitys prosessin aikana vaikuttaa vain prosessin vakauteen. Jäännösjännitys on keskeinen lopputuotteen laatua ja palvelusuoritusta määräävä tekijä, ja sillä on kaksi vaikutusta: negatiiviset vaikutukset ja hallittavissa olevat positiiviset vaikutukset.

• Mittojen ja muodon epävakaus:Jäännösjännitys on sisäinen itse{0}}tasapainottava voima. Kun myöhemmät käsittelyvaiheet, kuten leikkaus, kierteitys, taivutus jne. häiritsevät jännitystasapainoa, jännityksen vapautuminen aiheuttaa teräsputken taipumisen, ylittää elliptisyysrajan, laajenee tai supistuu halkaisijaltaan ja vaikuttaa mittatarkkuuteen; hidas jännityksen vapautuminen pitkäaikaisen varastoinnin aikana-voi myös johtaa muodonmuutosvirheisiin.
• Vähentynyt paine{0}}laakeri ja väsymiskyky: Jäljellä oleva vetojännitys kohdistuu työpaineen ja vaihtuvien kuormien synnyttämän käyttöjännityksen kanssa, jolloin teräsputki itse asiassa kantaa enemmän voimaa kuin suunnitteluarvo, mikä vähentää sen paineen{0}}kantokykyä. vaihtuvissa kuormiuksissa, kuten nesteen paineen vaihteluissa ja tärinässä, jäännösvetolujuus nopeuttaa halkeaman alkamista ja lyhentää merkittävästi väsymisikää ja vaikeissa tapauksissa aiheuttaa putken repeämisen tai murtuman.
• Aiheuttaa jännityskorroosiohalkeilua: Syövyttävässä väliaineessa, joka sisältää rikkiä, kloridi-ioneja jne. (kuten öljyn ja kaasun kuljetukset, kemialliset putkistot), jäännösvetolujuus vaikuttaa korroosioon, mikä aiheuttaa jännityskorroosiohalkeilua (SCC), joka on yksi öljyn ja kaasun kuljetusputkien sekä jalostus- ja kemiallisten putkien ydinvauriomuodoista.
• Myöhemmän käsittelyn suorituskyvyn heikkeneminen: Teräsputket, joissa on suuri jäännösjännitys, ovat toissijaisten prosessointivaiheiden, kuten taivutuksen, laajenemisen ja supistumisen, aikana alttiita halkeilemaan ja liialliselle pomppimiselle, mikä johtaa merkittävästi käsittelyn kelpoisuusasteen laskuun.

Kaikki jäännösjännitykset eivät ole haitallisia: Pinnan jäännöspuristusjännitys voi vastustaa joitain ulkoisia vetokuormia, mikä parantaa teräsputken väsymislujuutta ja jännityskorroosionkestävyyttä. Teollisuudessa hallittua pintapuristusjännitystä tuodaan aktiivisesti käyttöön prosesseilla, kuten haulilastalla ja hydrostaattisilla testauksilla teräsputken palvelun suorituskyvyn optimoimiseksi.

Stressin osalta se on jaettu kahden tyyppiseen lähestymistapaan: "Jo syntyneen jäännösjännityksen poistaminen/hallinta" ja "Stressin syntymisen vähentäminen lähteellä".

• Lämpökäsittelymenetelmä (usein ydin, suurin eliminaatioaste)

​​​​​​​

Yleisimmin käytetty menetelmä on jännitystä-keventävä hehkutus: lämmitä teräsputki uudelleenkiteytyslämpötilan alapuolelle (hiiliteräkselle yleensä 550-650 astetta, seosteräkselle, säädä materiaalin mukaan), pidä hetki ja jäähdytä sitten hitaasti. Mikromuovivirtauksen ja atomidiffuusion kautta sisäinen jännitys vapautuu, eliminaatioaste on 70–90 %, mutta materiaalin lujuus ei heikkene merkittävästi. Se on vakioprosessi kylmävedetyille-putkille, hitsatuille putkille ja korkeapainekattilaputkille.

Normalisointi + karkaisuprosessi eliminoi jäännösjännityksen samanaikaisesti säätämällä rakennetta ja optimoimalla mekaanisia ominaisuuksia, joita käytetään enimmäkseen saumattomien teräsputkien lopulliseen lämpökäsittelyyn.

• Mekaaninen säätömenetelmä

1. Hydrostaattinen testi: Käytä ylipaineista vedenpainetta putken seinämän mikroplastisen muodonmuutoksen aiheuttamiseksi, jäännösjännityksen poistamiseksi ja jännityksen uudelleenjakamiseksi muodostaen suotuisan puristusjännityksen pintakerrokseen, jolla on kaksi tehtävää, laaduntarkastus ja jännityksen säätely, ja se on välttämätön prosessi painetta{0}}kannattaville teräsputkille.
2. Suihkupuhallus/pintakäsittely: nopeat -ammukset iskevät teräsputken pintaan aiheuttaen pintakerroksen plastisia muodonmuutoksia, aiheuttaen hallittavissa olevan pinnan jäännöspuristusjännityksen, vastustaen haitallista vetojännitystä ja samalla parantaen väsymislujuutta ja korroosionkestävyyttä. Sitä käytetään yleisesti esikäsittelyssä ennen-korroosionestoa.
3. Tärinä ikääntyminen: käytä resonanssia teräsputken mikroskooppisten vikojen tekemiseen, vapauta jäännösjännitys, sopii suuriin-halkaisijaisiin ja suuriin-teräsputkiin, joissa on alhainen energiankulutus ja lyhyt sykli, mutta jännityksenpoistonopeus on alhaisempi kuin lämpökäsittelyssä.

• Luonnollinen ikääntyminen: säilytä ulkona, jotta stressi vapautuu hitaasti ja luonnollisesti, pitkä jakso ja rajoitettu vaikutus, käytetään vain apumenetelmänä.

• Optimoi lämpökäsittelytekniikat: Säädä putkiaihion lämmitysnopeutta varmistaaksesi tasaisen uunin lämpötilan; Ota käyttöön kontrolloitu jäähdytys kuumavalssauksen jälkeen nopean jäähdytyksen ja epätasaisen jäähdytyksen välttämiseksi, mikä vähentää lämpörasitusta.
• Optimoi plastiset muodonmuutostekniikat: Paranna lävistys-, putkivalssaus- ja jatkuvan supistuksen muottikonfiguraatioita tasaisen muodonmuutoksen varmistamiseksi seinämän paksuuden ja pituussuunnassa; jakaa muodonmuutosmäärä kohtuullisesti jokaisessa ajossa, jotta vältetään liiallinen muodonmuutos yhdessä ajossa.
• Hitsausprosessin optimointi (hitsatut putket): Hallitse hitsauslämmön syöttöä, käytä esi- ja jälkilämmitysprosesseja jäähdytysnopeuden vähentämiseksi ja lämpötilagradientin minimoimiseksi hitsaussaumassa; Käytä symmetristä hitsausta ja monivirtahitsausta{0}} muodonmuutoksia ja jännityksiä vastaan.
• Kylmäkäsittelytekniikan optimointi: Jaa muodonmuutosmäärä kylmävetossa/kylmävalssauksessa kohtuudella, ajoita välihehkutus työstön kovettumisen ja rasituksen poistamiseksi käsittelyn aikana ja jatka sitten seuraavaan kylmäkäsittelyyn.
• Oikaisuprosessin optimointi: Priorisoi kuumaoikaisun käyttäminen kylmäoikaisun sijaan, optimoi oikaisun vähennysmäärä ja rullakuvio, vähennä oikaisun aiheuttamaa rasitusta; käytä tarkkuussahausta leikkaamisen sijaan vähentääksesi jännityspitoisuutta putken päissä.