Cómo enfriar la tubería de acero de gran diámetro después del proceso de temple

Las tuberías de acero se utilizan para transportar fluidos y polvos, intercambiar calor y fabricar piezas mecánicas y contenedores. Además, son un tipo de acero económico. Su uso para fabricar rejillas, pilares y soportes mecánicos de estructuras de edificios permite reducir el peso y ahorrar entre un 20 % y un 40 % de metal, lo que permite lograr una construcción mecanizada similar a la de una fábrica. El uso de tuberías de acero para construir puentes de carretera no solo permite ahorrar acero y simplificar la construcción, sino que también reduce considerablemente el área recubierta con capas protectoras, lo que ahorra costos de inversión y mantenimiento. Las tuberías de acero de gran diámetro tienen una sección hueca cuya longitud es mucho mayor que el diámetro o la circunferencia del acero. Según su forma transversal, se pueden dividir en tubos de acero circulares, cuadrados, rectangulares y de formas especiales; según el material, se pueden dividir en tubos de acero estructural al carbono, tubos de acero estructural de baja aleación, tubos de acero aleado y tubos de acero compuesto. Las tuberías de acero se utilizan para equipos térmicos, industria petroquímica, fabricación de maquinaria, perforación geológica, equipos de alta presión, etc. Según el proceso de producción, se dividen en tubos de acero sin costura y tubos de acero soldados, entre los cuales los tubos de acero sin costura se dividen en laminados en caliente y laminados en frío (estirados). Dos tipos, los tubos de acero soldados se dividen en tubos de acero soldados con costura recta y tubos de acero soldados con costura en espiral.

1. ¿Cuál es el proceso de tratamiento térmico detubos de acero de gran diámetro?
(1) Durante el proceso de tratamiento térmico, la causa del cambio geométrico de las tuberías de acero de gran diámetro es la tensión de tratamiento térmico. Esta tensión es un problema relativamente complejo. No solo causa defectos como deformaciones y grietas, sino que también es un factor importante para mejorar la resistencia a la fatiga y la vida útil de las piezas.
(2) Por lo tanto, es fundamental comprender el mecanismo y la ley de cambio de la tensión del tratamiento térmico, así como dominar el método para controlar la tensión interna. La tensión del tratamiento térmico se refiere a la tensión generada dentro de la pieza de trabajo debido a factores del tratamiento térmico (proceso térmico y proceso de transformación del tejido).
(3) Se trata de autoequilibrio en todo o parte del volumen de la pieza, por lo que se denomina tensión interna. La tensión del tratamiento térmico se puede dividir en tensión de tracción y tensión de compresión según su naturaleza; en tensión instantánea y tensión residual según su tiempo de acción; y en tensión térmica y tensión tisular según la causa de su formación.
(4) La tensión térmica se genera debido a la asincronía de los cambios de temperatura en diversas partes de la pieza durante el proceso de calentamiento o enfriamiento. Por ejemplo, en una pieza sólida, la superficie siempre se calienta más rápido que el núcleo al calentarse, y este se enfría más lentamente que la superficie al enfriarse, ya que el calor se absorbe y disipa a través de la superficie.
(5) En el caso de tubos de acero de gran diámetro cuya composición y estado de organización no cambian, el volumen específico variará a diferentes temperaturas, siempre que el coeficiente de expansión lineal no sea cero. Por lo tanto, durante el calentamiento o enfriamiento, se producirán tensiones internas y tensiones mutuas. Obviamente, cuanto mayor sea la diferencia de temperatura generada en la pieza, mayor será la tensión térmica.

2. ¿Cómo enfriar la tubería de acero de gran diámetro después del proceso de temple?
(1) Durante el proceso de temple, la pieza debe calentarse a una temperatura más alta y enfriarse a mayor velocidad. Por lo tanto, durante el temple, especialmente durante el proceso de temple y enfriamiento, se genera una gran tensión térmica. Al enfriar una bola de acero de 26 mm de diámetro en agua tras calentarla a 700 °C, la temperatura de la superficie y el núcleo varía.
(2) En la etapa inicial del enfriamiento, la velocidad de enfriamiento de la superficie es significativamente mayor que la del núcleo, y la diferencia de temperatura entre la superficie y el núcleo aumenta continuamente. A medida que el enfriamiento continúa, la velocidad de enfriamiento de la superficie disminuye, mientras que la del núcleo aumenta relativamente. Cuando las velocidades de enfriamiento de la superficie y del núcleo son casi iguales, su diferencia de temperatura alcanza un valor considerable.
(3) Posteriormente, la velocidad de enfriamiento del núcleo es mayor que la de la superficie, y la diferencia de temperatura entre la superficie y el núcleo disminuye gradualmente hasta que este se enfría por completo y la diferencia de temperatura también desaparece. Proceso de generación de tensión térmica durante el enfriamiento rápido.
(4) En la etapa inicial del enfriamiento, la capa superficial se enfría rápidamente y comienza a producirse una diferencia de temperatura entre esta y el núcleo. Debido a las características físicas de la expansión térmica y la contracción en frío, el volumen de la capa superficial debe contraerse de forma fiable. Mientras tanto, la temperatura del núcleo es alta y el volumen específico es grande, lo que dificulta la contracción libre de la capa superficial hacia el interior, generando así tensión térmica que estira la capa superficial y comprime el núcleo.
(5) A medida que avanza el enfriamiento, la diferencia de temperatura mencionada continúa aumentando, y la tensión térmica resultante también aumenta en consecuencia. Cuando la diferencia de temperatura alcanza un valor elevado, la tensión térmica también es elevada. Si la tensión térmica en este momento es inferior al límite elástico del acero a la temperatura correspondiente, no se producirá deformación plástica, sino solo una pequeña deformación elástica.
(6) Al continuar el enfriamiento, la velocidad de enfriamiento de la superficie disminuye y la del núcleo aumenta en consecuencia. La diferencia de temperatura tiende a disminuir y la tensión térmica disminuye gradualmente. A medida que la tensión térmica disminuye, la deformación elástica mencionada también disminuye.