Šta je termička obrada cevi i zašto je važna?

Termička obrada je kontrolisan proces zagrevanja čelične cevi na specifičnu temperaturu, zadržavanja na toj temperaturi u određenom vremenu, a zatim hlađenja kontrolisanom brzinom. Svrha je da se promeni mikrostruktura čelika, čime se menjaju njegove mehaničke osobine – čvrstoća, tvrdoća, žilavost i duktilnost. Termička obrada je neophodna za postizanje specificiranih osobina koje zahtevaju standardi kao što su ASTM, API i EN. Bez odgovarajuće termičke obrade, čelična cev možda neće zadovoljiti minimalne zahteve granice razvlačenja, možda neće imati žilavost za niske temperature, ili može imati prekomernu tvrdoću koja dovodi do pucanja ili kvara izazvanog vodonikom.

Potreba za termičkom obradom javlja se u različitim fazama proizvodnje cevi. Nakon toplog valjanja ili hladnog izvlačenja, mikrostruktura nakon oblikovanja je obično neujednačena i može sadržati nepoželjne faze. Termička obrada homogenizuje strukturu i oslobađa unutrašnje napone. Nakon zavarivanja, zona uticaja toplote (HAZ) može imati otvrdlu ili okrnjenu mikrostrukturu koja zahteva termičku obradu nakon zavarivanja (PWHT) da bi se vratile osobine. Standardi kao što su A106 Gr.B zahtevaju normalizovano stanje za određene veličine, dok API 5L X60 i više obično zahtevaju gašenje i popuštanje (Q&T) za visokočvrste klase.

Normalizacija

Normalizacija podrazumeva zagrevanje cevi na temperaturu približno 30-50°C iznad Ac3 transformacione temperature (temperature na kojoj se ferit potpuno transformiše u austenit), zadržavanje kako bi se osigurala potpuna austenitizacija, a zatim hlađenje na mirnom vazduhu. Za ugljenični čelik (A106 Gr.B), normalizaciona temperatura je obično 870-930°C. Sporo hlađenje na vazduhu proizvodi finu perlitno-feritnu mikrostrukturu sa ujednačenom veličinom zrna. Normalizacija rafiniše strukturu zrna nakon valjanja, homogenizuje hemijski sastav i poboljšava žilavost u poređenju sa stanjem nakon valjanja.

Cevi koje obično zahtevaju normalizaciju uključuju A106 Gr.B (standardno isporučno stanje za veličine sa debljinom zida > 19 mm), A333 Gr.6 cev za niske temperature (normalizacija osigurava finu strukturu zrna potrebnu za udarnu žilavost pri niskim temperaturama), i mnoge klase ugljeničnog čelika za opštu upotrebu pod pritiskom. Proces normalizacije takođe poboljšava obradivost stvaranjem ujednačene, relativno meke mikrostrukture. Nakon normalizacije, cev ima konzistentne mehaničke osobine duž svoje dužine i obima, što je neophodno za predvidljive performanse pod pritiskom.

Gašenje

Gašenje podrazumeva zagrevanje cevi na temperaturu austenitizacije (tipično 850-950°C za ugljenični čelik, 1040-1080°C za legirani čelik P91/P92) i zatim brzo hlađenje u medijumu za gašenje – vodi, ulju ili polimernom rastvoru. Brzo hlađenje suzbija difuziono kontrolisanu transformaciju u perlit i umesto toga podstiče formiranje martenzita, tvrde, visokočvrste mikrostrukture. Brzina hlađenja mora premašiti kritičnu brzinu hlađenja za specifični sastav čelika da bi se postigla potpuna martenzitna transformacija. Gašenje u vodi obezbeđuje najbržu brzinu hlađenja, ali može izazvati deformacije ili pucanje. Gašenje u ulju i polimeru nudi sporije, kontrolisanije hlađenje sa smanjenim rizikom od pucanja.

Cevi koje zahtevaju gašenje uključuju visokočvrste API 5L klase (X60 do X80) gde se moraju postići minimalne granice razvlačenja od 414-552 MPa, i API 5CT klase za kućišta i cevi (N80, L80, P110) za upotrebu u naftnim bušotinama. Izbor medijuma za gašenje zavisi od sastava čelika i geometrije cevi. Za cevi sa debelim zidom, gašenje u vodi može biti neophodno da bi se postigla dovoljna brzina hlađenja u centru zida, dok se za cevi sa tankim zidom može koristiti ulje ili polimer da bi se smanjio rizik od deformacija.

Popuštanje

Popuštanje se izvodi odmah nakon gašenja i podrazumeva ponovno zagrevanje cevi na temperaturu ispod Ac1 transformacione temperature (tipično 500-750°C u zavisnosti od klase), zadržavanje u određenom vremenu, a zatim hlađenje. Popuštanje oslobađa unutrašnje napone stvorene tokom gašenja, smanjuje tvrdoću na specificirani nivo i poboljšava žilavost omogućavajući delimičnu razgradnju martenzita u popušteni martenzit. Bez popuštanja, gašena cev bi bila previše krhka za upotrebu i podložna pucanju pod pritiskom ili udarom.

Popuštanje na niskoj temperaturi (150-300°C) pruža minimalno smanjenje tvrdoće uz zadržavanje visoke čvrstoće, koristi se za neke visokočvrste klase. Popuštanje na visokoj temperaturi (600-750°C) značajno smanjuje tvrdoću, ali znatno poboljšava žilavost, koristi se za klase koje zahtevaju balans između čvrstoće i žilavosti kao što su API 5L X65/X70. Kombinacija gašenja nakon čega sledi popuštanje (Q&T) je standardni proces za visokočvrste klase cevi, pružajući značajno bolje mehaničke osobine nego što se može postići samom normalizacijom.

Žarenje

Potpuno žarenje podrazumeva zagrevanje do austenitnog opsega, sporo hlađenje u peći da bi se proizvela gruba perlitna struktura, i hlađenje do sobne temperature. Potpuno žarenje proizvodi najnižu čvrstoću i najveću duktilnost. Retko se koristi za standardnu proizvodnju cevi, ali može se primeniti za teške operacije oblikovanja ili za relaksaciju napona kod složenih fabrikovanih komponenti. Žarenje za relaksaciju napona (takođe nazvano procesno žarenje) izvodi se na 550-650°C za ugljenični čelik, ispod temperature transformacije, kako bi se relaksirali zaostali naponi od hladnog izvlačenja ili hladnog oblikovanja bez značajnog uticaja na mehaničke osobine. Sferoidizaciono žarenje (dugo zadržavanje neposredno ispod Ac1) transformiše karbidne pločice u sferoidne čestice, znatno poboljšavajući obradivost za cevi koje zahtevaju opsežnu mašinsku obradu. Žarenje se takođe koristi za precizne cevi (hladno vučene) nakon operacije hladnog izvlačenja kako bi se vratila duktilnost i relaksirala deformaciona očvrsnuća – pogledajte našVodič za precizne i standardne cevi.

Tabela poređenja termičke obrade

Termička obrada po materijalu

Cev od ugljeničnog čelika (A106 Gr.B) obično se isporučuje u normalizovanom stanju za veličine koje zahtevaju termičku obradu, ili u stanju nakon valjanja za manje veličine sa tankim zidom. API 5L linijske cevi mogu se isporučivati u normalizovanom, normalizovano-valjanom ili Q&T stanju u zavisnosti od klase i debljine zida. Više klase (X60 i više) obično zahtevaju Q&T ili termomehanički kontrolisanu obradu (TMCP). Cevi od legiranog čelika (A335 P11, P22, P91) uvek se isporučuju u normalizovanom i popuštenom stanju. P91 zahteva preciznu kontrolu temperature normalizacije (1040-1080°C) i popuštanja (730-780°C) kako bi se razvila optimizovana popuštena martenzitna struktura sa finim taložinama vanadijum-niobijum karbonitrida koje pružaju njegovu izuzetnu otpornost na puzanje. Cevi od nerđajućeg čelika (304/316) zahtevaju rastvorno žarenje na 1010-1120°C nakon čega sledi brzo hlađenje (gašenje u vodi ili brzo hlađenje na vazduhu) kako bi se sprečilo taloženje hrom-karbida koje bi smanjilo otpornost na koroziju.

Oprema za termičku obradu i kontrola

Dva glavna tipa peći koriste se za termičku obradu cevi: kontinualne peći sa valjcima (za velikoserijsku proizvodnju standardnih veličina) i šaržne peći sa pokretnim dnom (za cevi velikog prečnika, debelog zida ili specijalnih legura). Ujednačenost temperature je kritična: peć mora održavati temperaturu unutar ±10°C od zadate vrednosti u celoj radnoj zoni. Moderne peći koriste više termoparova povezanih sa automatizovanim kontrolnim sistemima koji beleže krive temperatura-vreme za svaki ciklus termičke obrade. Ovi zapisi obezbeđuju sledljivost koja dokazuje da je svaka cev ili šarža dobila specificiranu termičku obradu. Nakon termičke obrade, cevi mogu zahtevati ispravljanje kako bi se korigovale deformacije. To se obično radi na ispravljaču sa 7 ili 9 valjaka, nakon čega sledi ispitivanje tvrdoće kako bi se potvrdila efikasnost termičke obrade.

Greške u termičkoj obradi

Nepravilna termička obrada može uvesti greške. Pregrevanje ili sagorevanje nastaje kada temperatura pređe preporučeni maksimum, izazivajući rast zrna i početno topljenje na granicama zrna. Dekarburizacija je gubitak ugljenika iz površinskog sloja, stvarajući meki sloj sa niskim sadržajem ugljenika koji smanjuje zamornu čvrstoću. Pukotine od gašenja nastaju usled prekomerno brzog hlađenja ili geometrijskih koncentracija napona, najčešće kod cevi sa debelim zidom ili složenog poprečnog preseka. Neujednačenost tvrdoće može nastati usled neravnomerne temperature u peći, neujednačenog hlađenja ili varijacija u hemijskom sastavu unutar šarže. Ove greške mogu se otkriti ispitivanjem tvrdoće, metalografskim pregledom i površinskim NDT metodama.

Naše mogućnosti termičke obrade

Proizvođač cevi upravlja modernim postrojenjima za termičku obradu sposobnim za normalizaciju, Q&T i relaksaciju napona za cevi prečnika od 1/2" do 48". Naše peći imaju preciznu kontrolu temperature sa kontinualnim snimanjem temperature za potpunu sledljivost. Možemo izvršiti sve standardne cikluse termičke obrade za ugljenični čelik, legirani čelik i nerđajući čelik prema zahtevima ASTM, API i EN.

Potrebne su vam usluge termičke obrade?

Kontaktirajte naš tim za izbor procesa termičke obrade i konkurentne cene za normalizaciju, Q&T i usluge žarenja.

Kategorije proizvoda

• Cev od nerđajućeg čelika
• Cev od ugljeničnog čelika
• Cev od legiranog čelika
• Galvanizovana cev