معلومات عامة عن أنابيب الصلب السبائكي

المعرفة العامة بأنابيب الصلب السبائكي: مقدمة موجزة، التركيبات الكيميائية، أداء المعالجة الحرارية ومعدات الصهر.

1. مقدمة موجزة عن أنابيب الصلب السبائكي
تتميز أنابيب الصلب السبائكي بمقاطعها المجوفة. ويُستخدم عدد كبير منها في خطوط نقل السوائل، مثل خطوط نقل النفط والغاز الطبيعي والمياه وبعض المواد الصلبة. وبالمقارنة مع الفولاذ الصلب، كالفولاذ الدائري، تتمتع أنابيب الصلب السبائكي بنفس قوة الانحناء والالتواء، ولكنها أخف وزنًا.

تتميز أنابيب الصلب السبائكي بخصائص ميكانيكية ممتازة. وتُستخدم بشكل رئيسي في محطات توليد الطاقة، والطاقة النووية، والغلايات عالية الضغط، والمُسخّنات الفائقة، ومُسخّنات إعادة التسخين لخطوط الأنابيب والمعدات عالية الضغط ودرجة الحرارة. تُصنع هذه الأنابيب من مواد عالية الجودة، مثل الفولاذ الكربوني، والفولاذ الإنشائي السبائكي، والفولاذ المقاوم للصدأ، وذلك عن طريق الدرفلة على الساخن (التشكيل بالضغط) أو الدرفلة على البارد (السحب). وتتمثل ميزتها الأبرز في إمكانية إعادة تدويرها بنسبة 100%. علاوة على ذلك، فهي تتماشى مع الاستراتيجية الوطنية لحماية البيئة، وترشيد استهلاك الطاقة والموارد. وتشجع السياسة الوطنية على توسيع نطاق استخدام أنابيب الصلب السبائكي عالية الضغط. حاليًا، لا تتجاوز نسبة استهلاك الصين من أنابيب الصلب السبائكي في إجمالي استهلاكها من الصلب نصف مثيلتها في الدول المتقدمة. ومن شأن توسيع نطاق استخدام أنابيب الصلب السبائكي أن يوفر مجالًا أوسع لتطوير هذه الصناعة.

بحسب دراسة أجراها فريق الخبراء التابع لفرع أنابيب السبائك في الجمعية الصينية للصلب الخاص، من المتوقع أن يرتفع الطلب على أنابيب السبائك عالية الضغط في الصين بنسبة تتراوح بين 10 و12% سنويًا في المستقبل. ويُعرّف أنبوب السبائك بأنه أنبوب فولاذي يُصنّف وفقًا لمادة تصنيعه، كما يوحي اسمه. أما الأنبوب غير الملحوم، فيُصنّف وفقًا لعملية تصنيعه (ملحوم أو غير ملحوم).

2. التركيبات الكيميائية
ج: 0.08 ~ 0.15
Si: 0.17 ~ 0.37
المنغنيز: 0.40 ~ 0.70
نسبة الكرياتينين: 0.90 ~ 1.20
Mo: 0.25 ~ 0.35
V: 0.15 ~ 0.30

3. تأثير عناصر السبائك
الكربون (C): يُعدّ الكربون العنصر الأساسي في الفولاذ. مع ازدياد نسبة الكربون في الفولاذ، تزداد قوته وصلابته عند درجة الحرارة العادية. في المقابل، تنخفض مرونته ومتانته وطاقة لحامه. لذا، تتراوح نسبة الكربون في الفولاذ المستخدم في مكونات ضغط الغلايات عادةً بين 0.1% و0.25%.
المنغنيز: يُحسّن المنغنيز من قوة وصلابة ومقاومة التآكل للفولاذ في درجة الحرارة العادية. وعندما يكون تركيزه مرتفعًا، يزداد إجهاد اللحام. كما يُحسّن المنغنيز من قوة الفولاذ على المدى القصير في درجات الحرارة العالية، ولكنه لا يُؤثر بشكل ملحوظ على قوة الشد أو حد الزحف.

الموليبدينوم (Mo) والكروم (Cr): يُحسّن كلٌّ من الموليبدينوم والكروم من قوة الفولاذ. للكروم تأثيرٌ واضحٌ في تحسين استقرار البنية المجهرية للفولاذ عند درجات الحرارة العالية، مثل مقاومة التكوّن العقدي والتبلور الجرافيتي ومقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية. كما يُحسّن مقاومة التآكل. مع ذلك، يتميز الفولاذ ذو المحتوى العالي من الكروم بحساسية عالية لتشققات اللحام وإجهاد فرق درجات الحرارة العالي. للموليبدينوم تأثيرٌ واضحٌ في زيادة مقاومة الشد للفولاذ. يميل الموليبدينوم إلى التدرج، ويمكن إضافة الكروم للوقاية من التشققات. يُحسّن وجود هذين العنصرين معًا الخصائص الشاملة للفولاذ.

الفاناديوم (V): يمكن للفاناديوم في الفولاذ أن يحسن استقرار البنية المجهرية عند درجات الحرارة العالية، ويمكنه تعويض التأثير السلبي للكروم على خصائص اللحام.
التيتانيوم (Ti): يمكن للتيتانيوم تحسين قوة الشد للفولاذ. كما يمكنه تحسين قابلية لحام الفولاذ في حالة الفولاذ المقاوم للسبائك.
التنجستن (W): يمكن للتنجستن أن يحسن قوة الشد وصلابة الفولاذ عند درجات الحرارة العالية.
السيليكون (Si): يُحسّن السيليكون من قوة الفولاذ ومقاومته للتآكل والأكسدة. كما يُحسّن وجوده مع الكروم من مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية، بالإضافة إلى تحسين مقاومة التآكل في غازات المداخن.
النيوبيوم (Nb): يتمتع النيوبيوم بنفس تأثير التيتانيوم ويمكنه تحسين القوة الحرارية للفولاذ.
البورون (B): يلعب البورون دورًا بارزًا في تحسين قابلية الفولاذ للتصلب. ويمكن تحسين المقاومة الحرارية وليونة الفولاذ المقاومة للحرارة.

4. أداء المعالجة الحرارية
يمكن تقسيم عملية المعالجة الحرارية للفولاذ السبائكي إلى ثلاثة أنواع: الفولاذ السبائكي منخفض الكربون، والفولاذ السبائكي متوسط ​​الكربون، والفولاذ السبائكي عالي الكربون. يحتاج الفولاذ السبائكي منخفض الكربون عادةً إلى الكربنة، والتبريد السريع، والتطبيع. أما الفولاذ السبائكي متوسط ​​الكربون، فيحتاج عادةً إلى التبريد السريع والتطبيع، وقد يحتاج بعضها أيضًا إلى التبريد السريع على السطح. بينما يحتاج الفولاذ السبائكي عالي الكربون عادةً إلى التبريد السريع والتطبيع.

على سبيل المثال:
فولاذ منخفض الكربون من سبيكة 18CrMnTi: مُكربن عند 920-950 درجة مئوية، مُقسّى بالزيت عند 850-870 درجة مئوية، مُقسّى عند 180-200 درجة مئوية، صلابة السطح HRC58-67، صلابة اللب HRC30-45
فولاذ متوسط ​​الكربون من سبيكة 40CrMnMo: يُقسّى بالزيت عند درجة حرارة 840~850 درجة مئوية، أو بالماء أو الزيت عند درجة حرارة 630~650 درجة مئوية، وصلابته من 302 إلى 341 برينل
فولاذ عالي الكربون من سبيكة Cr12MoV: تبريد بالزيت عند 950-1000 درجة مئوية، وتلطيف عند 150-180 درجة مئوية، وصلابة HRC من 60 إلى 64

5. عملية الصهر
معدات الصهر: أفران المقاومة الحرارية وأفران الصهر المستمر بالغاز
مواصفات العملية: يجب وضع المواد المستخدمة في الصهر في مكان جاف وخالٍ من التلوث. ويجب معالجتها وفقًا لذلك قبل الاستخدام. كما يجب إزالة الملوثات السطحية من أفران الصهر وتجفيفها قبل الاستخدام.
المعالجة التكريرية: إزالة الغازات والشوائب غير المعدنية والعناصر الضارة الأخرى من السبيكة.