El estirado, laminado, doblado, expansión y torsión en frío son métodos de procesamiento comunes para la fabricación de tubos de acero inoxidable o tubos de acero resistentes al calor para intercambiadores de calor, etc., utilizando tubos de acero inoxidable sin costura o soldados. La excelente plasticidad del acero inoxidable, especialmente del acero inoxidable austenítico, facilita el trabajo en frío (CW) mencionado anteriormente; sin embargo, estos trabajos en frío, como la soldadura, inevitablemente perjudican el rendimiento de los tubos de acero inoxidable, especialmente su resistencia a la corrosión o al calor. Eliminar, reducir o controlar estos daños siempre ha sido una prioridad en la fabricación y el posterior procesamiento de tubos de acero inoxidable. El tratamiento térmico de recocido previo a la entrega es la forma más eficaz de eliminar los efectos nocivos del trabajo en frío mencionado anteriormente. Sin embargo, este método, por un lado, requiere un calentamiento a alta temperatura y un tratamiento de decapado, lo que incrementa significativamente el coste de fabricación y el ciclo de producción. Además, existen problemas como la descarga, el tratamiento y la evaluación de gases y aguas residuales, como la neblina ácida. Por lo tanto, algunos fabricantes omiten este proceso para reducir costos o cumplir con los plazos. Algunos usuarios compran estos productos para ahorrar dinero, lo cual es extremadamente imprudente y poco rentable. Por otro lado, puede resultar difícil implementar este proceso para ciertos productos o condiciones de aplicación. Por lo tanto, controlar el grado de deformación por deformación en frío y realizar un recocido local de alivio de tensiones a baja temperatura se han convertido en otras dos formas prácticas de reducir o controlar sus efectos nocivos, pero sus condiciones de aplicación, incluyendo la diferencia entre los tipos de acero, siguen siendo controvertidas.
1. Daños y eliminación del trabajo en frío en el rendimiento de las tuberías de acero inoxidable.
1.1 El daño al rendimiento de las tuberías de acero inoxidable por trabajo en frío logrado mediante deformación plástica a temperatura ambiente provocará un endurecimiento por trabajo en frío, es decir, la dureza y la resistencia del material aumentan y la plasticidad original del material se pierde parcial o totalmente, e inevitablemente dañará la resistencia a la corrosión o la resistencia al calor del material.
1.2 Métodos para eliminar daños
El tratamiento térmico de solución final de las tuberías de acero inoxidable austenítico y dúplex antes de la entrega, y el tratamiento térmico de recocido final de las tuberías de acero inoxidable ferrítico antes de la entrega, tienen como objetivo eliminar eficazmente el deterioro del rendimiento causado por el trabajo en frío, la soldadura y otros trabajos en caliente mencionados anteriormente. Por ello, las normas para tuberías de acero inoxidable de la mayoría de los países, especialmente las normas europeas unificadas para tuberías de acero inoxidable, estipulan que todas las tuberías sin costura de acero inoxidable deben suministrarse en solución sólida o en estado recocido. Los usuarios domésticos han informado de que las tuberías sin costura de acero inoxidable austenítico 316L presentan corrosión por picaduras al sumergirse en agua de mar (el 316L no es un material ideal para la corrosión en agua de mar ni para la inmersión, pero no es normal encontrar corrosión por picaduras tras una inmersión). El tratamiento de solución final o un tratamiento inadecuado probablemente sea un "producto barato". El tratamiento térmico de solución final o recocido es un proceso muy importante e indispensable en la fabricación de tuberías sin costura de acero inoxidable.
2. Tratamiento térmico de doblado en frío y alivio de tensiones de tubos de acero inoxidable
El doblado en frío es un método común de procesamiento en frío para tuberías de acero inoxidable, que pueden realizar fabricantes de tuberías de acero, usuarios o fabricantes profesionales de accesorios para tuberías. La conveniencia o no de realizar un tratamiento térmico de alivio de tensiones después del doblado en frío y la forma de realizarlo suelen ser puntos de controversia entre fabricantes y usuarios en los pedidos. Si bien esta cuestión se ha estipulado en normas internacionales para tuberías, existen algunos puntos que merecen ser discutidos.
2.1 Tratamiento térmico de doblado en frío y alivio de tensiones de tubos de acero inoxidable
El doblado en frío es un método común de procesamiento en frío para tuberías de acero inoxidable, que pueden realizar fabricantes de tuberías de acero, usuarios o fabricantes profesionales de accesorios para tuberías. La conveniencia o no de realizar un tratamiento térmico de alivio de tensiones después del doblado en frío y la forma de realizarlo suelen ser puntos de controversia entre fabricantes y usuarios en los pedidos. Si bien esta cuestión se ha estipulado en normas internacionales para tuberías, existen algunos puntos que merecen ser discutidos.
2.2 Para aplicaciones que resistan cargas cíclicas o entornos de corrosión bajo tensión
En cuanto a las aplicaciones que soportan cargas cíclicas o entornos de corrosión bajo tensión, las regulaciones de las normas europeas y americanas son ligeramente diferentes. La norma americana estipula que para los materiales con requisitos de prueba de impacto, se debe realizar un tratamiento de alivio de tensión o solución sólida cuando la elongación máxima calculada de la fibra sea del 5% después del doblado o cuando existan otros requisitos. Los tubos en forma de U utilizados en intercambiadores de calor, como calentadores de agua de alimentación y condensadores en centrales eléctricas que trabajan en medios de agua/vapor a alta temperatura y alta presión, son sensibles al agrietamiento por corrosión bajo tensión debido a los iones de cloruro y al contenido de oxígeno en el medio. Por lo tanto, las dos (las únicas en el mundo) normas americanas ASTMA688/A688M y A803/A803M para tubos de acero inoxidable soldados y sin costura para calentadores de agua de alimentación, y la norma japonesa JISG3463 para tubos de acero inoxidable para calderas e intercambiadores de calor estipulan que los usuarios pueden exigir que los tubos en forma de U se sometan a un tratamiento térmico de alivio de tensión local después del doblado. La norma francesa de fabricación de reactores nucleares RCC-M3319 estipula que los tubos en forma de U deben pasar la prueba de corrosión bajo tensión MgCl2 después de la curvatura para determinar si es necesario un tratamiento térmico de alivio de tensión después de la curvatura.
3. Tubos retorcidos e intercambiadores de calor retorcidos
En el extranjero se utiliza un intercambiador de calor compuesto por tubos retorcidos (tubos retorcidos trabajados en frío, TwistedTube). Se caracteriza por un solo tubo de acero retorcido a 60° por paso, y siete tubos de acero forman una unidad de intercambiador de calor retorcido. Sus ventajas son su estructura compacta, alta eficiencia térmica y la posibilidad de reducir la zona muerta por estancamiento del flujo externo. Es una estructura ideal para intercambiadores de calor en espacios estrechos. Los cálculos y análisis muestran que la deformación plástica generada por el retorcido trabajado en frío es de tan solo un 4%~14%, y su temperatura de trabajo no supera los 540 °C. De acuerdo con las disposiciones del Código ASME para Calderas y Recipientes a Presión, no se requiere recocido para aliviar tensiones. Sin embargo, después de la prueba de corrosión bajo tensión según la norma ASTMG36, se demuestra que los tubos retorcidos de acero inoxidable austenítico 316 y 321 deben someterse a un recocido de alivio de tensión o un recocido en solución para obtener una buena resistencia a la corrosión bajo tensión, y el rendimiento de los tubos de acero inoxidable 321 es mucho mejor que el de los tubos de acero inoxidable 316.
4. Tubos trenzados y tubos en U de acero inoxidable dúplex
Los resultados de las pruebas en el extranjero han demostrado que no es apropiado realizar un recocido de alivio de tensión en tubos retorcidos de acero inoxidable dúplex o tubos en U. Los resultados de las pruebas actuales requieren R ≥ 5,33d0 para tubos de acero inoxidable dúplex 2205, pero R ≥ 1,5d0 para tubos de acero inoxidable súper dúplex 2507. Las razones son: ① El acero inoxidable dúplex tiene una excelente resistencia a la corrosión por picaduras y bajo tensión, y cuanto mayor sea el valor PRE equivalente a la corrosión por picaduras, mejor será la resistencia a la corrosión bajo tensión del material. ② El recocido de alivio de tensión local a baja temperatura afectará el equilibrio de fases y los compuestos intermetálicos de la matriz, es decir, la precipitación de fases frágiles causará un mayor daño a la resistencia a la corrosión. Estos resultados de investigación muestran que los tubos de acero inoxidable dúplex pueden ser un material más adecuado para intercambiadores de calor, y también es la base para que la American Welding Society y las normas ASMEB31.3 sean muy cautelosas con sus regulaciones de tratamiento térmico.
5. Método de recocido para aliviar tensiones de tubos en forma de U
Tanto los métodos nacionales como los extranjeros utilizan calentamiento por resistencia o calentamiento local en el horno para realizar el recocido de alivio de tensión local en tubos en forma de U, pero qué método es más efectivo o razonable a menudo es el foco de controversia. Los últimos resultados de la investigación en los Estados Unidos muestran que el calentamiento por resistencia es un método más razonable y efectivo. Las razones son las siguientes: ① La corriente alterna de frecuencia industrial se puede introducir directamente desde el punto de corte del tubo en forma de U a 250 mm de distancia a través del electrodo de sujeción, y la sección del tubo doblado se puede calentar a 1010~1065 ℃ en poco tiempo (aproximadamente 10 s), con un consumo de energía muy bajo; ② El pirómetro óptico se puede utilizar para controlar automáticamente la temperatura de la zona de calentamiento; ③ La pared interior se llena con gas Ar para prevenir eficazmente la oxidación; ④ Después del calentamiento, se puede utilizar enfriamiento por aire forzado para enfriar rápidamente por debajo de 425 ℃ en 2~3 min, mostrando una película de óxido amarilla o azul claro, delgada y densa, que puede cumplir con los requisitos de uso estándar altos sin decapado.
6. Conclusión
(1) El procesamiento en frío, como el estirado y el laminado en frío, provoca el endurecimiento en frío del acero inoxidable, especialmente del acero inoxidable austenítico, e induce dislocación reticular, transformación de fase martensítica, precipitación de carburos, aumento del magnetismo y tensión residual, reduciendo así su resistencia a la corrosión. El recocido o el tratamiento térmico en solución después del trabajo en frío pueden eliminar eficazmente estos efectos adversos; por lo tanto, los tubos sin costura de acero inoxidable austenítico y los tubos soldados de acero inoxidable procesados en frío profundo deben suministrarse en solución o recocidos para garantizar su resistencia a la corrosión.
(2) Además de la corrosión bajo tensión y las condiciones ambientales con riesgo de fatiga por corrosión debido a tensiones alternas, controlar el grado de trabajo en frío es otra forma de evitar sus efectos adversos. Esto es especialmente importante para trabajos en frío locales, como el doblado y la expansión en frío, que son difíciles de recocer. Siempre que el radio de curvatura en frío de las tuberías de acero inoxidable austenítico se controle para que no sea inferior a 1,5d0, y el de las tuberías de acero inoxidable ferrítico y dúplex sea superior a 2,5d0, generalmente no es necesario realizar un recocido de alivio de tensiones después del doblado en frío.
(3) Para las curvas que requieren resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, como las curvas de acero inoxidable austenítico en forma de U para intercambiadores de calor que funcionan en condiciones de agua o vapor a alta temperatura y alta presión, se debe realizar un recocido de alivio de tensión efectivo después del doblado en frío, independientemente del tamaño del radio de doblado en frío.
(4) El acero inoxidable 06Cr19Ni11Ti (321) presenta mayor resistencia a la corrosión bajo tensión que el acero 316L y es un material de acero austenítico más adecuado para intercambiadores de calor de tubos en U. Los tubos en U de acero inoxidable dúplex no son adecuados ni deben someterse a un recocido de alivio de tensiones local después del doblado o torsión en frío.
(5) Los tubos de acero inoxidable torcidos en frío pueden formar un nuevo tipo de intercambiador de calor con una estructura compacta y una mayor eficiencia de intercambio de calor, lo que merece la atención, exploración y desarrollo de los departamentos de diseño y aplicación relevantes.
(6) Los tubos en U de acero inoxidable dúplex no son adecuados o no deben someterse a un recocido de alivio de tensión local después del doblado o torsión en frío.
(7) El calentamiento por resistencia es un método de tratamiento térmico de alivio de tensión local que ahorra más energía y tiempo que el calentamiento indirecto en el horno, es fácil de realizar el control automático y debe promoverse como una prioridad.
(8) Las normas de tuberías europeas y americanas (ASMEB31.1-2012, ASMEB31.3-2012, BSEN13480-4:2012) tienen algunas regulaciones actualizadas y detalladas sobre el tratamiento térmico de tuberías de acero inoxidable después del conformado en frío/caliente, que merecen gran atención.
Hora de publicación: 06-nov-2024