Стальные трубы используются не только для транспортировки жидкостей и порошкообразных твердых веществ, теплообмена, изготовления механических деталей и контейнеров, но и являются экономичным видом стали. Использование стальных труб для создания строительных конструкций, опор и механических систем позволяет снизить вес, сэкономить 20-40% металла и обеспечить механизированное строительство, аналогичное заводскому. Использование стальных труб для строительства дорожных мостов позволяет не только экономить сталь и упрощать строительство, но и значительно сократить площадь защитного покрытия, что снижает инвестиционные и эксплуатационные расходы.Стальные трубы большого диаметраТрубы имеют полое сечение, длина которого значительно превышает диаметр или окружность стали. По форме поперечного сечения они делятся на круглые, квадратные, прямоугольные и трубы специальной формы; по материалу — на трубы из углеродистой конструкционной стали, трубы из низколегированной конструкционной стали, трубы из легированной стали и композитные стальные трубы; по назначению — на транспортные трубопроводы, строительные конструкции, стальные трубы для теплового оборудования, нефтехимическую промышленность, машиностроение, геологическое бурение, оборудование высокого давления и т. д.; по способу производства — на бесшовные и сварные стальные трубы, среди которых бесшовные стальные трубы делятся на горячекатаные и холоднокатаные (тянутые). Сварные стальные трубы делятся на прямошовные и спиральношовные.
Во-первых, что представляет собой процесс термообработки стальных труб большого диаметра?
(1) В процессе термообработки причиной изменения геометрической формы стальных труб большого диаметра является воздействие напряжений, возникающих при термообработке. Напряжения при термообработке – это относительно сложная проблема. Они являются не только причиной дефектов, таких как деформация и трещины, но и важным средством повышения усталостной прочности и срока службы заготовок.
(2) Поэтому важно понимать механизм и закономерности изменения напряжений, возникающих при термической обработке, и освоить методы контроля внутренних напряжений. Под напряжением, возникающим при термической обработке, понимается напряжение, возникающее внутри заготовки из-за факторов термической обработки (термический процесс и процесс структурного преобразования).
(3) Это саморавновесие во всем объеме заготовки или ее части, поэтому оно называется внутренним напряжением. Напряжения, возникающие при термической обработке, делятся на растягивающие и сжимающие в зависимости от характера их действия; на мгновенные и остаточные в зависимости от времени их действия; и на термические и тканевые напряжения в зависимости от причины их возникновения.
(4) Тепловое напряжение возникает из-за синхронных изменений температуры в различных частях заготовки в процессе нагрева или охлаждения. Например, для цельной заготовки поверхность всегда нагревается быстрее, чем сердцевина, а сердцевина охлаждается медленнее, чем поверхность. Это происходит потому, что поглощение и рассеивание тепла происходит через поверхность.
(5) Для стальных труб большого диаметра, состав и структура которых не изменяются, при разных температурах, если коэффициент линейного расширения не равен нулю, удельный объем будет изменяться. Следовательно, в процессе нагрева или охлаждения между поверхностью и центром заготовки будет возникать зазор. Взаимное внутреннее напряжение растяжения. Очевидно, что чем больше разница температур, возникающая внутри заготовки, тем больше термическое напряжение.
Во-вторых, как охладить стальные трубы большого диаметра после процесса закалки?
(1) В процессе закалки заготовку необходимо нагреть до более высокой температуры и охладить быстрее. Поэтому во время закалки, особенно во время охлаждения, возникает большое термическое напряжение. Когда стальной шарик диаметром 26 мм охлаждают в воде после нагрева до 700 °C, происходит изменение температуры поверхности и сердцевины.
(2) На начальной стадии охлаждения скорость охлаждения поверхности значительно выше, чем скорость охлаждения ядра, и разница температур между поверхностью и ядром непрерывно увеличивается. При дальнейшем охлаждении скорость охлаждения поверхности замедляется, в то время как скорость охлаждения ядра относительно возрастает. Когда скорости охлаждения поверхности и ядра становятся почти равными, разница их температур достигает большого значения.
(3) Впоследствии скорость охлаждения ядра становится больше скорости охлаждения поверхности, и разница температур между поверхностью и ядром постепенно уменьшается, пока разница температур не исчезнет, когда ядро полностью остынет. Процесс возникновения теплового напряжения при быстром охлаждении.
(4) На ранней стадии охлаждения поверхностный слой быстро охлаждается, и между ним и ядром начинает возникать разница температур. Из-за физических характеристик теплового расширения и сжатия объем поверхности должен надежно уменьшаться, но температура ядра все еще высока, а удельный объем велик, что препятствует свободному сжатию поверхности внутрь, тем самым создавая термическое напряжение, при котором поверхность растягивается, а ядро сжимается.
(5) По мере охлаждения указанная выше разница температур продолжает увеличиваться, и, соответственно, возрастает и возникающее термическое напряжение. Когда разница температур достигает большого значения, термическое напряжение также становится большим. Если термическое напряжение в это время ниже предела текучести стали при соответствующей температуре, это не вызовет пластической деформации, а лишь небольшую упругую деформацию.
(6) При дальнейшем охлаждении скорость охлаждения поверхности замедляется, а скорость охлаждения сердцевины соответственно увеличивается, разница температур стремится к уменьшению, и термическое напряжение постепенно уменьшается. По мере уменьшения термического напряжения, вышеупомянутая упругая деформация также соответственно уменьшается.
Дата публикации: 05.09.2023