La tempra dei tubi in acciaio zincato è un processo di trattamento termico fondamentale per migliorarne le proprietà meccaniche. Di seguito, forniremo una spiegazione dettagliata del significato, degli effetti, dei metodi operativi, della selezione dell'agente tempra, della posizione nel processo di produzione e dei punti chiave per un controllo preciso.
I. Il significato e la funzione del quenching
La tempra è un processo in cui i tubi di acciaio zincato vengono riscaldati alla temperatura critica (sopra Ac3 o Ac1) e mantenuti per un certo periodo di tempo, quindi raffreddati rapidamente in acqua, olio o altri mezzi. Lo scopo principale di questo processo è trasformare l'austenite sottoraffreddata in una struttura martensite o bainite, migliorando così in modo significativo le proprietà meccaniche dei tubi di acciaio come durezza, resistenza all'usura, resistenza, elasticità e tenacità.
Dopo la tempra e il successivo rinvenimento a diverse temperature, le proprietà meccaniche complete del tubo d'acciaio possono essere regolate per soddisfare i requisiti di vari scenari applicativi. Per alcuni acciai speciali, la tempra può anche migliorarne le proprietà fisiche e chimiche, come potenziare il ferromagnetismo e migliorare la resistenza alla corrosione, ecc.
II. Impatto sulla qualità dei tubi in acciaio
Impatto positivo
1. Migliorare significativamente le proprietà meccaniche: la durezza, la resistenza all'usura, la resistenza alla fatica e altri indicatori chiave del tubo d'acciaio dopo l'estinzione sono notevolmente migliorati.
2. Ottenere una struttura specifica: formare una struttura di martensite o bainite, ponendo le basi per il successivo rinvenimento per regolare le proprietà.
3. Aumentare la durata: una tempra ragionevole può aumentare la durata del pezzo del 30-50%.
Impatti negativi e controllo
1. Stress interno e deformazione: un raffreddamento rapido genererà uno stress interno significativo, che potrebbe causare la deformazione del tubo d'acciaio.
2. Rischio di crepe: se la velocità di raffreddamento è troppo elevata o il processo non è corretto, potrebbero verificarsi crepe da raffreddamento.
3. Struttura instabile: dopo la tempra si ottiene una struttura sbilanciata ed è necessario eseguire il rinvenimento per stabilizzare la struttura ed eliminare lo stress.
III. La posizione della tempra nel processo di produzione dei tubi di acciaio
La tempra è il processo principale del trattamento termico dei tubi di acciaio e solitamente si trova nella seguente posizione nel processo di produzione:
Processo tipico: Preparazione della billetta del tubo → Riscaldamento → Perforazione e laminazione → Controllo del diametro e raddrizzatura → Tempra → Rinvenimento → Ispezione di precisione
Nello specifico:
1. Dopo la laminazione o la formatura: dopo che il tubo d'acciaio ha raggiunto la dimensione base mediante laminazione a caldo o formatura a freddo, viene sottoposto a trattamento di tempra.
2. Prima della tempera: dopo la tempra, deve essere prontamente temperata per eliminare lo stress interno e stabilizzare la struttura.
3. Come parte del processo di tempra e rinvenimento: per tubi di acciaio ad alta resistenza-, viene spesso adottato il processo di tempra e rinvenimento di "tempra + rinvenimento ad alta-temperatura".
Le moderne linee di produzione di tubi in acciaio adottano principalmente il metodo di riscaldamento a induzione e tempra continua. Durante i processi di riscaldamento, tempra e rinvenimento, i tubi di acciaio si muovono longitudinalmente e avanzano a spirale.
IV. Controllo preciso dei punti chiave del processo di tempra
Controllo preciso della temperatura
• Temperatura di riscaldamento: per l'acciaio ipoeutettoidico, riscaldarlo oltre Ac3 di 30-50 gradi; per l'acciaio ipereutettoide, riscaldarlo al di sopra di Ac1 di 30-50 gradi. Nella produzione vera e propria è necessario apportare modifiche in base al tipo di acciaio e alla forma del pezzo. Per pezzi complessi, è necessario adottare la temperatura limite inferiore per evitare fessurazioni durante la tempra.
• Tecnologia di controllo della temperatura: utilizzando apparecchiature di riscaldamento ad alta-precisione (forni a resistenza, forni di riscaldamento a induzione) insieme ad algoritmi di controllo PID, la precisione del controllo della temperatura può raggiungere ±1 grado. All'interno del forno sono installate più termocoppie che consentono il controllo della temperatura basato sulla zona-per garantire l'uniformità della temperatura, con la differenza di temperatura controllata entro ±3 gradi.
• Velocità di riscaldamento: per pezzi di forma-complessa e di grandi-dimensioni, la velocità di riscaldamento è controllata a 5-10 gradi/min. Per i pezzi più semplici, è possibile aumentarla a 10-15 gradi/min.
2. Controllo del processo di raffreddamento
• Ottimizzazione del metodo di raffreddamento: si consiglia di sottoporre i tubi in acciaio zincato a tempra rotazionale combinata con raffreddamento sincrono sia all'interno che all'esterno.
• Raffreddamento interno: L'acqua viene spruzzata nel tubo attraverso l'ugello, con una portata non inferiore a 10 m/s.
• Raffreddamento esterno: utilizzare serbatoi di raffreddamento a spruzzo o ad immersione e installare ugelli di agitazione nei serbatoi per garantire i flussi del fluido.
• Parametri di raffreddamento: per tubi in acciaio a pareti sottili- (con uno spessore di parete inferiore o uguale a 6 mm), la velocità di raffreddamento nell'intervallo di temperatura di 650 - 400 gradi deve essere maggiore o uguale a 100 gradi/s. Per i materiali soggetti a fessurazioni (come il 42CrMo), è possibile adottare misure come la riduzione della temperatura di raffreddamento, la diminuzione della velocità del flusso dell'acqua e il controllo della temperatura dell'acqua in uscita (120 - 160 gradi).
• Gestione del mezzo di raffreddamento: la temperatura della soluzione di acqua salata deve essere inferiore o uguale a 60 gradi per prevenire la corrosione; la concentrazione e la temperatura dell'agente di tempra del polimero devono essere rigorosamente controllate.
3. Controllo completo dei parametri di processo
• Tempo di isolamento: calcolato in base allo spessore effettivo del pezzo, la formula è τ=kD (dove D è lo spessore effettivo e k è il coefficiente di correzione del carico). Quando la densità di carico supera il 60%, il coefficiente aumenta di 0.3 - 0.5.
• Processo di rinvenimento: dopo la tempra, il rinvenimento deve essere effettuato immediatamente. La temperatura per il rinvenimento a bassa-temperatura è 150-250 gradi e il tempo viene calcolato in base allo spessore della parete (1-2 minuti per millimetro). Ad esempio, per un tubo d'acciaio spesso 4 mm, il rinvenimento per 4-8 minuti manterrà la durezza a 35-45 HRC e aumenterà la tenacità del 20-30%.
• Controllo della deformazione: ottimizzando il processo di tempra per ridurre la concentrazione di stress, ad esempio utilizzando il calore residuo per l'auto-indurimento.
4. Ispezione della qualità e convalida del processo
• Ispezione della struttura: la struttura dopo la tempra dovrebbe essere martensite o bainite, senza quantità significative di austenite residua.
• Test delle prestazioni: verificare se gli indicatori come durezza, resistenza e tenacità soddisfano i requisiti.
• Prevenzione dei difetti: migliora i test a ultrasuoni e l'ispezione della qualità della superficie per prevenire difetti come cricche da raffreddamento e deformazioni.
5. Metodi di lavorazione differenziati per le diverse tipologie di acciaio
• Acciaio a basso-carbonio/Acciaio a medio-carbonio: utilizzare preferibilmente agenti di tempra a base di acqua-e concentrarsi sul controllo dell'uniformità del raffreddamento.
• Acciaio ad alto-carbonio/acciaio legato: utilizzare olio per tempra rapida a-raffreddamento lento o liquido per tempra-a base di acqua per bilanciare la durezza raggiunta con il rischio di cricche.
• Tubi in acciaio di alta qualità-nell'industria petrolifera: utilizzano principalmente acciaio strutturale legato a medio-carbonio con un contenuto di carbonio inferiore. Lo spessore della parete è uniforme ed è possibile dare priorità alla tempra in acqua.
Riepilogo:
Il controllo preciso della tempra dei tubi in acciaio zincato richiede la gestione dell'intero processo, compreso il controllo della temperatura, i metodi di raffreddamento, la selezione del mezzo, la corrispondenza dei parametri di processo e l'ispezione della qualità. Il principio fondamentale è garantire che la capacità di raffreddamento soddisfi gli standard e che il raffreddamento sia uniforme. Attraverso misure globali come la tempra rotazionale, il raffreddamento sincrono interno ed esterno, il controllo preciso della temperatura e il rinvenimento tempestivo, la durezza e la resistenza dei tubi di acciaio possono essere migliorate riducendo al minimo i rischi di deformazione e fessurazione.
