Steel Pipe Heat Treatment Guide - Normalizing Quenching Tempering

Varmebehandling er en kontrollert prosess for å varme opp stålrør til en bestemt temperatur, holde ved den temperaturen i en spesifisert tid, og deretter avkjøle med en kontrollert hastighet. Hensikten er å endre mikrostrukturen til stålet, og dermed endre dets mekaniske egenskaper - styrke, hardhet, seighet og duktilitet. Varmebehandling er avgjørende for å oppnå de spesifiserte egenskapene som kreves av standarder som ASTM, API og EN. Uten riktig varmebehandling kan det hende at stålrør ikke oppfyller minimumskravene til flytegrense, kan mangle seighet for bruk ved lav-temperatur, eller kan ha overdreven hardhet som fører til sprekkdannelse eller hydrogen-indusert feil.

Behovet for varmebehandling oppstår i ulike stadier av rørproduksjonen. Etter varmvalsing eller kaldtrekking er den -formede mikrostrukturen vanligvis ikke-jevn og kan inneholde uønskede faser. Varmebehandling homogeniserer strukturen og lindrer indre påkjenninger. Etter sveising kan den varme-berørte sonen (HAZ) ha herdet eller sprø mikrostruktur som krever etter-sveisevarmebehandling (PWHT) for å gjenopprette egenskapene. Standarder som A106 Gr.B krever normalisert tilstand for visse størrelser, mens API 5L X60 og høyere vanligvis krever quenching og temperering (Q&T) for høy{12}}styrkekvaliteter.

Normalisering innebærer å varme opp røret til en temperatur omtrent 30-50 grader over Ac3-transformasjonstemperaturen (temperaturen der ferritt fullstendig transformeres til austenitt), holde for å sikre fullstendig austenitisering og deretter avkjøle i stillestående luft. For karbonstål (A106 Gr.B) er normaliseringstemperaturen vanligvis 870-930 grader. Den langsomme avkjølingen i luft gir en fin perlitt-ferrittmikrostruktur med jevn kornstørrelse. Normalisering foredler kornstrukturen som rullet, homogeniserer den kjemiske sammensetningen og forbedrer seigheten sammenlignet med den rullende tilstanden.

Rør som vanligvis krever normalisering inkluderer A106 Gr.B (standard leveringsbetingelse for størrelser med veggtykkelse > 19 mm), A333 Gr.6 lav-temperaturrør (normalisering sikrer finkornstrukturen som er nødvendig for støtseighet ved lav-temperatur), og mange karbonstålkvaliteter for generell trykkservice. Normaliseringsprosessen forbedrer også bearbeidbarheten ved å skape en jevn, relativt myk mikrostruktur. Etter normalisering har røret konsekvente mekaniske egenskaper langs lengden og omkretsen, noe som er avgjørende for forutsigbar ytelse under trykk.

Bråkjøling innebærer oppvarming av røret til austenitiseringstemperaturen (typisk 850-950 grader for karbonstål, 1040-1080 grader for P91/P92-legert stål) og deretter avkjøling raskt i et herdemedium - vann, olje eller polymerløsning. Den raske avkjølingen undertrykker den diffusjonskontrollerte transformasjonen til perlitt og fremmer i stedet dannelsen av martensitt, en hard, høyfast mikrostruktur. Avkjølingshastigheten må overstige den kritiske kjølehastigheten for den spesifikke stålsammensetningen for å oppnå full martensitttransformasjon. Vannslukking gir den raskeste kjølehastigheten, men kan forårsake forvrengning eller sprekker. Olje- og polymerkjøling gir langsommere, mer kontrollert avkjøling med redusert risiko for sprekker.

Rør som krever bråkjøling inkluderer høy-styrke API 5L-kvaliteter (X60 til X80) der minimum flytegrenser på 414-552 MPa må oppnås, og API 5CT foringsrør og rørkvaliteter (N80, L80, P110) for oljebrønnservice. Valget av bråkjølingsmedium avhenger av stålsammensetningen og rørgeometrien. For rør med tykk{12}}vegg kan det være nødvendig med vannavkjøling for å oppnå tilstrekkelig kjølehastighet i midten av veggen, mens tynnveggede rør kan bruke olje eller polymer for å redusere risikoen for forvrengning.

Tempering utføres umiddelbart etter bråkjøling og innebærer å varme opp røret til en temperatur under Ac1-transformasjonstemperaturen (typisk 500-750 grader avhengig av karakter), holde i en spesifisert tid og deretter avkjøle. Tempering lindrer de indre spenningene som skapes under bråkjøling, reduserer hardheten til et spesifisert nivå og forbedrer seigheten ved å tillate delvis nedbrytning av martensitt til temperert martensitt. Uten herding ville bråkjølt rør være for sprøtt for bruk og ville være utsatt for sprekker under trykk eller støt.

Lav-temperaturtempering (150-300 grader) gir minimal hardhetsreduksjon samtidig som den opprettholder høy styrke, brukt for noen høy-styrkegrader. Høy-temperaturtempering (600-750 grader) reduserer hardheten betydelig, men forbedrer seigheten betraktelig, brukt for karakterer som krever en balanse mellom styrke og seighet, som API 5L X65/X70. Kombinasjonen av bråkjøling etterfulgt av herding (Q&T) er en standardprosess for høyfaste rørkvaliteter, som gir betydelig bedre mekaniske egenskaper enn det som kan oppnås ved å normalisere alene.

Full gløding innebærer oppvarming til austenitiseringsområdet, langsom avkjøling i ovnen for å produsere en grov perlittstruktur og avkjøling til romtemperatur. Full gløding gir den laveste styrken og høyeste duktilitetstilstanden. Det brukes sjelden til standard rørproduksjon, men kan brukes for alvorlige formingsoperasjoner eller for stressavlastning av komplekse, fremstilte komponenter. Spenningsavlastningsgløding (også kalt prosessgløding) utføres ved 550-650 grader for karbonstål, under transformasjonstemperaturen, for å avlaste restspenninger fra kaldtrekking eller kaldforming uten å påvirke mekaniske egenskaper nevneverdig. Sfæroidiserende gløding (holdes lenge like under Ac1) forvandler karbidplater til sfæroidale partikler, og forbedrer bearbeidbarheten for rør som krever omfattende maskinering. Gløding brukes også til presisjonsrør (kaldt trukket) etter kaldtrekkoperasjonen for å gjenopprette duktilitet og avlaste arbeidsherding - se vårPresisjon vs standard rørføring.

Behandle	Oppvarming Temp	Kjølemetode	Mikrostruktur	Styrke	Seighet
Normalisering	Ac3 + 30-50 grad	Stille luft	Fin perlitt + ferritt	Medium	God
Slokking	Ac3 + 30-50 grad	Vann/Olje/Polymer	Martensitt	Veldig høy	Lav (som-slukket)
Tempering	Under Ac1 (500-750 grader)	Luft eller ovn	Herdet martensitt	Høy-Middels	Glimrende
Full utglødning	Ac3 + 30-50 grad	Ovn sakte kjølig	Grov perlitt	Lav	Moderat
Stressavlastende	550-650 grader	Sakte kjølig	Ingen endring	Ingen endring	Forbedret

Karbonstålrør (A106 Gr.B) leveres vanligvis i normalisert tilstand for størrelser som krever varmebehandling, eller i -rullet tilstand for mindre tynne-vegger. API 5L linjerør kan leveres i normalisert, normaliserende valset eller Q&T tilstand avhengig av kvalitet og veggtykkelse. Høyere kvaliteter (X60 og høyere) krever vanligvis Q&T eller termomekanisk kontrollert prosessering (TMCP). Legert stålrør (A335 P11, P22, P91) leveres alltid i normalisert og herdet tilstand. P91 krever presis kontroll av normaliseringstemperaturen (1040-1080 grader) og temperering (730-780 grader) for å utvikle den optimaliserte tempererte martensittstrukturen med fine vanadium-niobkarbonitridutfellinger som gir dens eksepsjonelle krypestyrke. Rustfritt stålrør (304/316) krever løsningsgløding ved 1010-1120 grader etterfulgt av rask avkjøling (vannkjøling eller hurtig luftkjøling) for å forhindre utfelling av kromkarbid som vil redusere korrosjonsmotstanden.

To hovedovnstyper brukes til rørvarmebehandling: ovner med kontinuerlige valser (for høy-volumproduksjon av standardstørrelser) og bunnovner for batchbiler- (for stor-diameter, tykk-vegg eller spesiallegeringsrør). Temperaturensartethet er kritisk: ovnen må holde temperaturen innenfor ±10 grader fra settpunktet i hele arbeidssonen. Moderne ovner bruker flere termoelementer koblet til automatiserte kontrollsystemer som registrerer tid-temperaturkurver for hver varmebehandlingssyklus. Disse registreringene gir sporbarhet for å demonstrere at hvert rør eller parti mottok den angitte varmebehandlingen. Etter varmebehandling kan rør kreve retting for å korrigere forvrengning. Dette gjøres vanligvis i en 7--- eller 9-rullers kryssrullretter, etterfulgt av hardhetstesting for å bekrefte at varmebehandlingen var effektiv.

Feil varmebehandling kan introdusere defekter. Overoppheting eller forbrenning oppstår når temperaturen overstiger det anbefalte maksimum, noe som forårsaker kornforgrovning og begynnende smelting ved korngrenser. Avkarbonisering er tap av karbon fra overflatelaget, og danner et mykt, lavt-karbonlag som reduserer utmattelsesstyrken. Slokkesprekker er et resultat av for rask avkjøling eller geometriske spenningskonsentrasjoner, mest vanlig i rør med tykk-vegg eller kompleks-seksjon. Ujevnhet i hardhet kan skyldes ujevn ovnstemperatur, ujevn kjøling eller variasjoner i kjemisk sammensetning i varmen. Disse defektene kan oppdages ved hardhetstesting, metallografisk undersøkelse og overflate-NDT-metoder.

ManufacturerPipe driver moderne varmebehandlingsanlegg som er i stand til å normalisere, Q&T og stressavlastende for rør fra 1/2" til 48" diameter. Ovnene våre har presis temperaturkontroll med full-temperaturregistrering for fullstendig sporbarhet. Vi kan utføre alle standard varmebehandlingssykluser for karbonstål, legert stål og rustfritt stålrør i henhold til ASTM-, API- og EN-krav.

Kontakt teamet vårt for valg av varmebehandlingsprosesser og konkurransedyktige priser på normalisering, Q&T og glødetjenester.

Få et tilbud