Проблем напрезања у производњи челичних цеви

Главни узроци унутрашњег напрезања у челичним цевима сунеједнаке промене температуре, неуједначена пластична деформација, иасинхрони фазни прелази у структури.Ови стресни феномени се јављају у раној, средњој и завршној фази производног процеса и могу се класификовати на пролазни стрес (који нестаје након завршетка процеса) и резидуални стрес (који остаје у готовом производу и представља кључни фактор који утиче на квалитет). Постоје значајне разлике у фазама стварања напона за различите производне руте (као што су бешавне челичне цеви и заварене челичне цеви). Конкретни детаљи су следећи:

Током ове фазе, напон је углавном термички стрес, углавном пролазни стрес. Неки почетни резидуални напони ће се пренети на наредне кораке обраде заједно са сировинама.

• Почетно заостало напрезање цевних гредица: Током процеса хлађења и исправљања цевних гредица за континуално ливење и ваљаних цевних гредица, унутрашњестрес имавећ задржано. Ово спада у претходну{1}}прераду напрезања коју доносе сирови материјали и биће наглашено напрезању које следи приликом обраде.
• Термички стрес током процеса загревања:Када се гредице цеви загреју, површински слој се прво шири услед топлоте, док језгровни слој има нижу температуру и мању експанзију. Површински слој је компримован, а основни слој растегнут. Ако је брзина загревања пребрза или је температура у пећи неуједначена, топлотни напон ће се нагло повећати, ау екстремним случајевима може изазвати пуцање на површини цевних гредица. Након равномерног загревања, тренутни термички стрес ће бити значајно растерећен.

Ово је најкритичнија фаза за стварање стреса. Велике пластичне деформације и локални термички циклуси стварају велику количину деформационог напрезања и термичког напрезања, који су главни извори заосталих напрезања у готовом производу.

• Основни процеси бешавних челичних цеви

1. Процес пирсинга: Током косог ваљања пирсинга, цевна гредица пролази кроз интензивну тродимензионалну не-неуједначену пластичну деформацију под дејством ваљака и главе за бушење. Постоји значајна разлика у количини деформације дебљине зида и унутрашње и спољашње површине, што резултира значајним деформационим напоном; неравномерно хлађење након пирсинга ће додати термички стрес, заједно формирајући почетни заостали напон цеви.
2. Котрљајућа цев / процес фиксног смањења пречника:Током непрекидног ваљања и аутоматског ваљања цеви, дебљина зида се смањује и долази до аксијалног проширења. Деформација је неравномерно распоређена дуж дебљине зида; у процесима фиксног пречника и редукционог пречника долази до ободне компресијске деформације, а разлика у деформацији између унутрашње и спољашње површине се додатно појачава, што је главни извор аксијалног и ободног заосталог напона у топло-ваљаним бешавним цевима.

• Основни процес заварених челичних цеви

1. Процес формирања:Челик за траку се више пута савија помоћу ваљака да би се формирала празна цев. Деформација савијања узрокује да спољни слој челичне плоче буде под затезањем, а унутрашњи слој под притиском. Након хладне пластичне деформације остаје заостало напрезање савијања. Ово спада у напрезање приликом обраде.
2. Процес заваривања:Заварени шав и зона захваћена топлотом се брзо загревају и локално хладе. Топлотно ширење грејне површине је ограничено околним хладним металом, што резултира компресивном пластичном деформацијом; током хлађења, контракција је ограничена околним основним металом, и коначно се формира веома велико заостало затезно напрезање у области шава шава. Основни метал са обе стране је под притиском да би се одржала равнотежа, што је главни извор напрезања заварених цеви. Што је већа енергија линије заваривања и што је већа брзина хлађења, то је већи ниво преосталог напрезања.

Ова фаза може довести до нових заосталих напона, или се ови напони могу елиминисати кроз специфичне процесе у претходној фази.

• Процес хлађења: Када се топло{0}}ваљане и заварене челичне цеви охладе, површина се хлади брже док се језгро хлади спорије. Површина се прво скупља и налази се под затезањем, док се језгро касније скупља и налази под компресијом, што доводи до преосталог топлотног напрезања; што је бржа брзина хлађења и што је хлађење неравномерније, већи је преостали топлотни напон.
• Процес исправљања:Хладно исправљање исправља закривљеност цеви кроз поновљено обрнуто савијање и пластичну деформацију, али неуједначена деформација ће довести до новог заосталог напрезања савијања. Обично површински слој цеви задржава напон притиска, а под-површински слој задржава напон затезања; вруће равнање (користећи преосталу топлоту од ваљања до равнања) уводи напоне који су много мањи од оних од хладног равнања.
• Фазе хладне обраде (хладно извлачење/хладно ваљање цеви): Под великом пластичном деформацијом на собној температури, ствара се изузетно снажно очвршћавање и заостало напрезање, што је апсолутни главни извор заосталог напрезања за хладно{0}}вучене/хладно-ваљане челичне цеви, а ниво напрезања је много већи него код топло-ваљаних челичних цеви.
• Сечење и обрада крајева цеви: Тестерисање, урезивање навоја и обрада жлебова ће изазвати локалну пластичну деформацију, што резултира локалном концентрацијом напона на крају цеви.
• Процес топлотне обраде: Када се процес одвија правилно, стрес се може елиминисати; ако је загревање неравномерно или је хлађење пребрзо (као што је гашење), ствараће се ново топлотно напрезање и микроструктурно напрезање, ау тешким случајевима ће челична цев пуцати.

Тренутни стрес током процеса утиче само на стабилност процеса. Заостали стрес је кључни фактор који одређује квалитет и перформансе услуге готовог производа, а има два ефекта: негативне утицаје и позитивне ефекте који се могу контролисати.

• Нестабилност димензија и облика:Преостали стрес је унутрашња само{0}}сила за балансирање. Када накнадни кораци обраде као што су сечење, урезивање навоја, савијање итд. поремете равнотежу напрезања, ослобађање напрезања ће проузроковати савијање челичне цеви, прекорачење границе елиптичности, проширење или скупљање у пречнику и утицати на тачност димензија; споро ослобађање напрезања током-дуготрајног складиштења такође може довести до отказивања деформације.
• Смањене перформансе{0}}подношења притиска и замора: Преостало затезно напрезање ће бити суперпонирано са радним напрезањем које је генерисано радним притиском и наизменичним оптерећењима, узрокујући да челична цев заиста поднесе већу силу од пројектоване вредности, чиме се смањује њена носивост{0}}притиска; под наизменичним оптерећењима као што су флуктуације притиска течности и вибрације, заостало затезно напрезање ће убрзати настанак пукотине и значајно смањити животни век замора, ау тешким случајевима изазвати пуцање цеви или лом.
• Изазива настанак корозије под напоном: У корозивним медијима који садрже сумпор, хлоридне јоне итд. (као што су транспорт нафте и гаса, хемијски цевоводи), заостали напон затезања ће ступити у интеракцију са корозијом, изазивајући корозионо пуцање под напоном (СЦЦ), што је један од основних облика квара цеви за транспорт нафте и гаса и цеви за рафинацију и хемикалије.
• Смањење перформанси накнадне обраде: За челичне цеви са великим заосталим напоном, током секундарних корака обраде као што су савијање, ширење и стезање, оне су склоне пуцању и прекомерном одскоку, што доводи до значајног смањења стопе квалификације обраде.

Нису сва заостала напрезања штетна: површинско заостало тлачно напрезање може да се супротстави неким спољним затезним оптерећењима, повећавајући чврстоћу на замор и отпорност челичне цеви на корозију. У индустрији, контролисана површинска тлачна напрезања се активно уводи кроз процесе као што су млазирање и хидростатичко испитивање ради оптимизације радних перформанси челичне цеви.

Што се тиче стреса, он је подељен на две врсте приступа: „Елиминисање/контролисање заосталог стреса који је већ генерисан“ и „Смањење генерисања стреса на извору“.

• Метода топлотног третмана (највећа језгра, највећа стопа елиминације)

​​​​​​​

Најчешће коришћена метода је жарење{0}}за ублажавање напрезања: загрејте челичну цев испод температуре рекристализације (за угљенични челик, обично 550-650 степени, за легирани челик, подесите према материјалу), држите неко време, а затим полако охладите. Кроз микропластични проток и атомску дифузију, ослобађа се унутрашњи напон, са стопом елиминације од 70% до 90%, док не смањује значајно чврстоћу материјала. То је стандардни процес за хладно{7}}цеви, заварене цеви и цеви за котлове под високим притиском.

Процес нормализације + каљења истовремено елиминише заостало напрезање док се прилагођава структура и оптимизују механичка својства, који се углавном користе за финалну топлотну обраду бешавних челичних цеви.

• Метода механичке регулације

1. Хидростатички тест: примените притисак воде под притиском да изазовете микропластичну деформацију зида цеви, ослободите заостало напрезање и прерасподелите напон, формирајући благотворан притисак на површински слој, који има двоструку функцију провере квалитета и регулације напона, и неопходан је процес за челичне цеви{0}}које носе притисак.
2. Третман пескарењем:-пројектили велике брзине ударају на површину челичне цеви, изазивајући пластичну деформацију површинског слоја, уводећи контролисани површински резидуални напон притиска, супротстављајући се штетном затезном напрезању и истовремено повећавајући чврстоћу на замор и отпорност на корозију. Обично се користи за пред-третман пре анти-корозије.
3. Вибрационо старење: користите резонанцију да направите микроскопске дефекте у челичној цеви, ослободите заостало напрезање, погодно за челичне цеви великог{0}}пречника и великих-величина, са малом потрошњом енергије и кратким циклусом, али је стопа елиминације напрезања нижа од оне код топлотне обраде.

• Природно старење: складиштити на отвореном како би се омогућило да се стрес полако и природно ослобађа, са дугим циклусом и ограниченим ефектом, користи се само као помоћна метода.

• Оптимизујте технике топлотне обраде: Контролишите брзину загревања цевне гредице како бисте обезбедили уједначену температуру пећи; усвојите контролисано хлађење након врућег ваљања како бисте избегли брзо хлађење и неравномерно хлађење, чиме се смањује термички стрес.
• Оптимизујте технике пластичне деформације: Побољшати дизајн конфигурација пирсинга, ваљања цеви и матрице за константну редукцију како би се обезбедила уједначена деформација дуж дебљине зида и правца дужине; разумно распоредите количину деформације у сваком пролазу како бисте избегли прекомерну деформацију у једном пролазу.
• Оптимизација процеса заваривања (заварене цеви): Контролишите унос топлоте заваривања, усвојите процесе предгревања и накнадног загревања да бисте смањили брзину хлађења и минимизирали температурни градијент на завареном шаву; користите симетрично заваривање и више-заваривање да бисте спречили неке деформације и напрезања.
• Оптимизација технике хладне обраде: Разумно распоредите количину деформације у хладном извлачењу/хладном ваљању, распоредите средње жарење да бисте елиминисали очвршћавање и напрезање током обраде, а затим наставите са накнадном хладном обрадом.
• Оптимизација процеса исправљања: Дајте приоритет коришћењу топлог исправљања уместо хладног равнања, оптимизујте количину редукције исправљања и узорак котрљања, смањите напрезање изазвано исправљањем; користите прецизно тестерисање уместо смицања да бисте смањили концентрацију напона на крајевима цеви.