لا تُستخدم الأنابيب الفولاذية لنقل السوائل والمواد الصلبة المسحوقة وتبادل الطاقة الحرارية وصنع الأجزاء الميكانيكية والحاويات فحسب، بل إنها أيضًا نوع من الفولاذ الاقتصادي. يمكن أن يؤدي استخدام الأنابيب الفولاذية لصنع شبكات البناء الهيكلية والأعمدة والدعامات الميكانيكية إلى تقليل الوزن وتوفير 20-40٪ من المعدن وتمكين البناء الآلي الشبيه بالمصانع. لا يمكن أن يؤدي استخدام الأنابيب الفولاذية لصنع جسور الطرق إلى توفير الفولاذ وتبسيط البناء فحسب، بل يقلل أيضًا بشكل كبير من مساحة الطلاء الواقي، مما يوفر تكاليف الاستثمار والصيانة. تحتوي الأنابيب الفولاذية ذات القطر الكبير على أقسام مجوفة وطولها أكبر بكثير من قطر أو محيط الفولاذ. وفقًا للشكل المقطعي، يتم تقسيمها إلى أنابيب فولاذية مستديرة ومربعة ومستطيلة وذات أشكال خاصة؛ وفقًا للمادة، يتم تقسيمها إلى أنابيب فولاذية هيكلية كربونية وأنبوب فولاذي هيكلي منخفض السبائك وأنبوب فولاذي سبائكي وأنبوب فولاذي مركب؛ وفقًا للاستخدام، يتم تقسيمها إلى أنابيب نقل وهياكل هندسية وأنابيب فولاذية للمعدات الحرارية وصناعة البتروكيماويات وتصنيع الآلات والحفر الجيولوجي ومعدات الضغط العالي وما إلى ذلك؛ وفقًا لعملية الإنتاج، يتم تقسيمها إلى أنابيب فولاذية غير ملحومة وأنابيب فولاذية ملحومة، ومن بينها تنقسم أنابيب الفولاذ غير الملحومة إلى مدرفلة على الساخن ومدرفلة على البارد (مرسومة) وهناك نوعان، تنقسم أنابيب الفولاذ الملحومة إلى أنابيب فولاذية ملحومة بالدرز المستقيم وأنابيب فولاذية ملحومة بالدرز الحلزوني.
1. ما هي عملية المعالجة الحرارية لأنابيب الصلب ذات القطر الكبير؟
(1) أثناء عملية المعالجة الحرارية، يُعزى تغيير الشكل الهندسي للأنابيب الفولاذية كبيرة القطر إلى تأثير إجهاد المعالجة الحرارية. يُعد إجهاد المعالجة الحرارية مسألةً معقدةً نسبيًا، فهو لا يُسبب عيوبًا مثل التشوهات والشقوق فحسب، بل يُعد أيضًا وسيلةً مهمةً لتحسين متانة القطع وعمرها الافتراضي.
(2) لذلك، من المهم فهم آلية وقواعد تغيير إجهاد المعالجة الحرارية، وإتقان أساليب التحكم في الإجهاد الداخلي. يُشير إجهاد المعالجة الحرارية إلى الإجهاد الناتج داخل قطعة العمل نتيجةً لعوامل المعالجة الحرارية (العملية الحرارية وعملية التحول الهيكلي).
(3) يُسمى الإجهاد الداخلي، وهو متوازن ذاتيًا في حجم قطعة العمل بالكامل أو جزئيًا. يُقسم إجهاد المعالجة الحرارية إلى إجهاد شد وإجهاد ضغط وفقًا لطبيعة تأثيره؛ ويُقسم إلى إجهاد لحظي وإجهاد متبقي وفقًا لوقت تأثيره؛ ويُقسم أيضًا إلى إجهاد حراري وإجهاد نسيجي وفقًا لسبب تكوينه.
(4) يحدث الإجهاد الحراري نتيجة التغيرات المتزامنة في درجات الحرارة في أجزاء مختلفة من قطعة العمل أثناء عملية التسخين أو التبريد. على سبيل المثال، في قطعة العمل الصلبة، يسخن السطح دائمًا أسرع من القلب عند التسخين، بينما يبرد القلب أبطأ من السطح عند التبريد. ويرجع ذلك إلى انتقال الحرارة عبر السطح.
(5) بالنسبة لأنابيب الصلب كبيرة القطر التي لا يتغير تركيبها وحالتها التنظيمية، يتغير الحجم النوعي عند درجات حرارة مختلفة طالما أن معامل التمدد الخطي لا يساوي الصفر. لذلك، أثناء عملية التسخين أو التبريد، تتشكل فجوة بين سطح قطعة العمل ومركزها. وتؤدي الضغوط الداخلية إلى ضغط بعضها البعض. ومن الواضح أنه كلما زاد فرق درجة الحرارة داخل قطعة العمل، زاد الإجهاد الحراري.
2. كيفية تبريد الأنابيب الفولاذية ذات القطر الكبير بعد عملية التبريد؟
(1) أثناء عملية الإخماد، تحتاج قطعة العمل إلى تسخينها إلى درجة حرارة أعلى وتبريدها بسرعة أكبر. لذلك، أثناء الإخماد، وخاصةً أثناء عملية التبريد، سيُولَّد ضغط حراري كبير. تتغير درجة الحرارة على سطح ومركز كرة فولاذية قطرها 26 مم عند تبريدها في الماء بعد تسخينها إلى 700 درجة مئوية.
(2) في المرحلة المبكرة من التبريد، تتجاوز سرعة تبريد السطح سرعة تبريد اللب بشكل ملحوظ، ويستمر الفرق في درجة الحرارة بين السطح واللب في الازدياد. مع استمرار التبريد، يتباطأ معدل تبريد السطح، بينما يزداد معدل تبريد اللب نسبيًا. عندما يكون معدلا التبريد بين السطح واللب متساويين تقريبًا، يصل الفرق في درجة حرارتهما إلى قيمة كبيرة.
(3) بعد ذلك، يكون معدل تبريد النواة أكبر من معدل تبريد السطح، وينخفض فرق درجة الحرارة بين السطح والنواة تدريجيًا، حتى يختفي فرق درجة الحرارة عندما يبرد النواة تمامًا. عملية توليد الإجهاد الحراري أثناء التبريد السريع.
(4) في المرحلة المبكرة من التبريد، تبرد الطبقة السطحية بسرعة، ويبدأ فرق في درجة الحرارة بينها وبين النواة. نظرًا للخصائص الفيزيائية للتمدد والانكماش الحراري، يجب أن يتقلص حجم السطح بشكل موثوق، ولكن مع ارتفاع درجة حرارة النواة وكبر حجمها النوعي، سيمنع ذلك السطح من الانكماش الحر نحو الداخل، مما يؤدي إلى إجهاد حراري يتمدد فيه السطح وينضغط النواة.
(5) مع استمرار التبريد، يستمر فرق درجة الحرارة المذكور في الازدياد، ويزداد الإجهاد الحراري الناتج تبعًا لذلك. عندما يصل فرق درجة الحرارة إلى قيمة كبيرة، يكون الإجهاد الحراري كبيرًا أيضًا. إذا كان الإجهاد الحراري في هذا الوقت أقل من قوة الخضوع للفولاذ في ظل ظروف درجة الحرارة المقابلة، فلن يُسبب تشوهًا بلاستيكيًا، بل يُنتج فقط قدرًا ضئيلًا من التشوه المرن.
(6) مع زيادة التبريد، يتباطأ معدل تبريد الطبقة السطحية، ويتسارع معدل تبريد القلب تبعًا لذلك، ويميل فرق درجة الحرارة إلى الانخفاض، وينخفض الضغط الحراري تدريجيًا. مع انخفاض الضغط الحراري، ينخفض التشوه المرن المذكور أعلاه تبعًا لذلك.
وقت النشر: ١٢ يناير ٢٠٢٤