La trafilatura a freddo, la laminazione a freddo, la piegatura a freddo, l'espansione a freddo e la torcitura a freddo sono tutti metodi di lavorazione comuni per la produzione di tubi in acciaio inossidabile o tubi in acciaio resistente al calore per scambiatori di calore, ecc., utilizzando tubi in acciaio inossidabile senza saldatura/saldati. L'eccellente plasticità dell'acciaio inossidabile, in particolare dell'acciaio inossidabile austenitico, rende la lavorazione a freddo (CW) di cui sopra generalmente facile da realizzare; tuttavia, tutte queste lavorazioni a freddo, come la saldatura, compromettono inevitabilmente le prestazioni dei tubi in acciaio inossidabile, in particolare la resistenza alla corrosione o al calore. Eliminare, ridurre o controllare tali danni è sempre stato al centro dell'attenzione nella produzione e nella successiva lavorazione dei tubi in acciaio inossidabile. La soluzione finale o il trattamento termico di ricottura prima della consegna è il modo più efficace per eliminare gli effetti dannosi della lavorazione a freddo di cui sopra. Tuttavia, questo metodo, da un lato, richiede un trattamento di riscaldamento e decapaggio ad alta temperatura, che aumenterà significativamente i costi di produzione e il ciclo di produzione. Inoltre, ci sono anche problemi come lo scarico, il trattamento e la valutazione dei gas di scarico e delle acque reflue come le nebbie acide. Pertanto, alcuni produttori omettono questo processo per ridurre i costi o rispettare le scadenze. Alcuni utenti acquistano tali prodotti per risparmiare denaro, il che è estremamente poco saggio e poco redditizio. D'altra parte, potrebbe essere difficile implementare questo processo per determinati prodotti o condizioni applicative. Pertanto, il controllo del grado di lavorazione a freddo (deformazione da lavorazione a freddo) e l'esecuzione di una ricottura di distensione locale a bassa temperatura sono diventati due altri metodi pratici per ridurre o controllare i suoi effetti dannosi, ma le loro condizioni applicative, inclusa la differenza tra i tipi di acciaio, sono ancora controverse.
1. Danni ed eliminazione della lavorazione a freddo sulle prestazioni dei tubi in acciaio inossidabile
1.1 Il danneggiamento delle prestazioni dei tubi in acciaio inossidabile dovuto alla lavorazione a freddo ottenuta mediante deformazione plastica a temperatura ambiente causerà un incrudimento a freddo, ovvero un aumento della durezza e della resistenza del materiale, mentre la plasticità originale del materiale verrà parzialmente o completamente persa, con conseguente inevitabile danneggiamento della resistenza alla corrosione o al calore del materiale.
1.2 Metodi per eliminare i danni
Il trattamento termico di solubilizzazione finale dei tubi in acciaio inossidabile austenitico e duplex prima della consegna, e il trattamento termico di ricottura finale dei tubi in acciaio inossidabile ferritico prima della consegna, mirano tutti a eliminare efficacemente i danni alle prestazioni causati dalle suddette lavorazioni a freddo, saldatura e altre lavorazioni a caldo. Per questo motivo, le norme sui tubi in acciaio inossidabile della maggior parte dei paesi, in particolare le norme unificate europee sui tubi in acciaio inossidabile, stabiliscono che tutti i tubi senza saldatura in acciaio inossidabile debbano essere forniti in soluzione solida o allo stato ricotto. Gli utenti domestici hanno segnalato che i tubi senza saldatura in acciaio inossidabile austenitico 316L presentano corrosione per vaiolatura non appena vengono immersi in acqua di mare (il 316L non è un materiale ideale per la corrosione o l'immersione in acqua di mare, ma non è normale riscontrare corrosione per vaiolatura dopo una sola immersione). Il trattamento di solubilizzazione finale o un trattamento inadeguato è probabilmente un "prodotto di bassa qualità". Il trattamento termico di solubilizzazione finale o di ricottura è un processo molto importante e indispensabile nella produzione di tubi senza saldatura in acciaio inossidabile.
2. Trattamento termico di piegatura a freddo e di distensione dei tubi in acciaio inossidabile
La piegatura a freddo è un metodo comune di lavorazione a freddo per tubi in acciaio inossidabile, che può essere eseguito da produttori di tubi in acciaio, utilizzatori o produttori professionali di raccordi per tubi. L'opportunità o meno di eseguire un trattamento termico di distensione dopo la piegatura a freddo e le modalità di esecuzione del trattamento termico sono spesso oggetto di controversia tra produttori o utilizzatori al momento dell'ordine. Questo problema è stato disciplinato da norme straniere in materia di condotte, ma ci sono alcuni punti che vale la pena discutere.
2.1 Trattamento termico di piegatura a freddo e di distensione dei tubi in acciaio inossidabile
La piegatura a freddo è un metodo comune di lavorazione a freddo per tubi in acciaio inossidabile, che può essere eseguito da produttori di tubi in acciaio, utilizzatori o produttori professionali di raccordi per tubi. L'opportunità o meno di eseguire un trattamento termico di distensione dopo la piegatura a freddo e le modalità di esecuzione del trattamento termico sono spesso oggetto di controversia tra produttori o utilizzatori al momento dell'ordine. Questo problema è stato disciplinato da norme straniere in materia di condotte, ma ci sono alcuni punti che vale la pena discutere.
2.2 Per applicazioni che resistono a carichi ciclici o ambienti di corrosione sotto sforzo
Per quanto riguarda le applicazioni che resistono a carichi ciclici o ad ambienti soggetti a corrosione sotto sforzo, le normative europee e americane sono leggermente diverse. La norma americana stabilisce che, per i materiali con requisiti di prova d'urto, il trattamento di distensione o di soluzione solida deve essere eseguito quando l'allungamento massimo calcolato delle fibre è del 5% dopo la piegatura o quando sono presenti altri requisiti. I tubi a U utilizzati negli scambiatori di calore, come i riscaldatori di acqua di alimentazione e i condensatori nelle centrali elettriche che operano in fluidi ad alta temperatura e alta pressione, sono sensibili alla criccatura da corrosione sotto sforzo a causa degli ioni cloruro e del contenuto di ossigeno nel fluido. Pertanto, le due (uniche al mondo) norme americane ASTMA688/A688M e A803/A803M per tubi in acciaio inossidabile senza saldatura e saldati per riscaldatori di acqua di alimentazione, e la norma giapponese JISG3463 per tubi in acciaio inossidabile per caldaie e scambiatori di calore stabiliscono che gli utenti possono richiedere che i tubi a U siano sottoposti a un trattamento termico di distensione locale dopo la piegatura. La norma francese RCC-M3319 sulla produzione di reattori nucleari stabilisce che i tubi a U devono superare il test di corrosione sotto sforzo MgCl2 dopo la piegatura, per determinare se è necessario un trattamento termico di distensione dopo la piegatura.
3. Tubi intrecciati e scambiatori di calore intrecciati
All'estero viene utilizzato uno scambiatore di calore composto da tubi ritorti (tubi ritorti lavorati a freddo, TwistedTube). Le sue caratteristiche sono che un singolo tubo d'acciaio è ritorto a 60° per passo e 7 tubi d'acciaio formano un'unità di scambio di calore ritorta. Si dice che i suoi vantaggi siano la struttura compatta, l'elevata efficienza termica e la possibilità di ridurre la zona morta di ristagno del flusso esterno. È una struttura ideale per scambiatori di calore in spazi ristretti. Calcoli e analisi mostrano che la deformazione plastica causata dalla torsione lavorata a freddo è solo del 4%~14% e la sua temperatura di esercizio non supera i 540°C. Secondo le disposizioni del "Codice ASME per caldaie e recipienti a pressione", non è richiesta la ricottura di distensione. Tuttavia, dopo i test di corrosione sotto sforzo secondo lo standard ASTMG36, è stato dimostrato che i tubi ritorti in acciaio inossidabile austenitico 316 e 321 devono essere sottoposti a ricottura di distensione o ricottura di soluzione per ottenere una buona resistenza alla corrosione sotto sforzo e le prestazioni dei tubi in acciaio inossidabile 321 sono molto migliori di quelle dei tubi in acciaio inossidabile 316.
4. Tubi ritorti e tubi a U in acciaio inossidabile duplex
I risultati dei test effettuati all'estero hanno dimostrato che non è appropriato eseguire la ricottura di distensione su tubi ritorti o tubi a U in acciaio inossidabile duplex. Gli attuali risultati dei test richiedono R≥5,33d0 per i tubi in acciaio inossidabile duplex 2205, ma R≥1,5d0 per i tubi in acciaio inossidabile super duplex 2507. Le ragioni sono: 1. L'acciaio inossidabile duplex ha un'eccellente resistenza alla vaiolatura e alla corrosione sotto sforzo, e maggiore è il valore PRE equivalente alla vaiolatura, migliore è la resistenza alla corrosione sotto sforzo del materiale. 2. La ricottura di distensione a bassa temperatura locale influenzerà l'equilibrio di fase e i composti intermetallici della matrice, ovvero la precipitazione di fasi fragili causerà maggiori danni alla resistenza alla corrosione. Questi risultati di ricerca mostrano che i tubi in acciaio inossidabile duplex potrebbero essere un materiale più adatto per gli scambiatori di calore, e costituiscono anche la base per la massima cautela da parte degli standard dell'American Welding Society e dell'ASMEB31.3 in merito alle normative sui trattamenti termici.
5. Metodo di ricottura per la distensione dei tubi a forma di U
Sia i metodi nazionali che quelli esteri utilizzano il riscaldamento a resistenza o il riscaldamento locale in forno per eseguire la ricottura di distensione locale su tubi a U, ma quale metodo sia più efficace o ragionevole è spesso oggetto di controversia. I risultati delle ultime ricerche negli Stati Uniti mostrano che il riscaldamento a resistenza è un metodo più ragionevole ed efficace. Le ragioni sono le seguenti: 1. La corrente alternata a frequenza di rete può essere introdotta direttamente dal punto di taglio del tubo a U a 250 mm di distanza attraverso l'elettrodo di serraggio e la sezione del tubo piegato può essere riscaldata a 1010~1065 °C in breve tempo (circa 10 secondi), con un consumo energetico molto basso; 2. Il pirometro ottico può essere utilizzato per controllare automaticamente la temperatura della zona di riscaldamento; 3. La parete interna è riempita con gas Ar per prevenire efficacemente l'ossidazione; ④ Dopo il riscaldamento, è possibile utilizzare il raffreddamento ad aria forzata per raffreddare rapidamente a meno di 425℃ in 2~3 minuti, mostrando una pellicola di ossido sottile e densa di colore giallo o azzurro, in grado di soddisfare elevati requisiti di utilizzo standard senza decapaggio.
6. Conclusion
(1) La lavorazione a freddo, come la trafilatura e la laminazione a freddo, causa l'indurimento a freddo dell'acciaio inossidabile, in particolare dell'acciaio inossidabile austenitico, e induce dislocazioni reticolari, trasformazione di fase martensitica, precipitazione di carburi, aumento del magnetismo e tensioni residue, riducendone così la resistenza alla corrosione. La ricottura o il trattamento termico di solubilizzazione dopo la lavorazione a freddo possono eliminare efficacemente questi effetti negativi; pertanto, i tubi senza saldatura in acciaio inossidabile austenitico e i tubi saldati in acciaio inossidabile lavorato a freddo profondo devono essere forniti in stato di solubilizzazione o ricotto per garantirne efficacemente la resistenza alla corrosione.
(2) Oltre alla criccabilità da corrosione sotto sforzo e alle condizioni ambientali in cui sussiste il rischio di fatica da corrosione dovuta a sollecitazioni alternate, il controllo del grado di deformazione a freddo è un altro modo per evitarne gli effetti negativi. Ciò è particolarmente importante per lavorazioni a freddo localizzate come la piegatura a freddo e la dilatazione a freddo, che sono difficili da ricottura. Finché il raggio di curvatura a freddo dei tubi in acciaio inossidabile austenitico è controllato in modo che non sia inferiore a 1,5 d0 e il raggio di curvatura a freddo dei tubi in acciaio inossidabile ferritico e duplex è maggiore di 2,5 d0, generalmente non è necessario eseguire la ricottura di distensione dopo la piegatura a freddo.
(3) Per le curve che richiedono resistenza alla corrosione sotto sforzo, come le curve in acciaio inossidabile austenitico a forma di U per scambiatori di calore che funzionano in condizioni di acqua o vapore ad alta temperatura e alta pressione, è necessario eseguire una ricottura di distensione efficace dopo la curvatura a freddo, indipendentemente dalle dimensioni del raggio di curvatura a freddo.
(4) L'acciaio inossidabile 06Cr19Ni11Ti (321) ha una migliore resistenza alla corrosione sotto sforzo rispetto all'acciaio 316L ed è un materiale per tubi in acciaio austenitico più adatto per scambiatori di calore a tubi a U. I tubi a U in acciaio inossidabile duplex non sono adatti o non devono essere sottoposti a ricottura di distensione locale dopo piegatura a freddo o torsione.
(5) I tubi in acciaio inossidabile ritorti a freddo possono formare un nuovo tipo di scambiatore di calore con una struttura compatta e una maggiore efficienza di scambio termico, che merita l'attenzione dell'esplorazione e dello sviluppo dei dipartimenti di progettazione e applicazione competenti.
(6) I tubi a U in acciaio inossidabile duplex non sono adatti o non devono essere sottoposti a ricottura di distensione locale dopo piegatura a freddo o torsione.
(7) Il riscaldamento a resistenza è un metodo di trattamento termico di distensione locale che consente un maggiore risparmio energetico e di tempo rispetto al riscaldamento indiretto nel forno; è facile da realizzare con controllo automatico e dovrebbe essere promosso come priorità.
(8) Gli standard europei e americani sulle condotte (ASMEB31.1-2012, ASMEB31.3-2012, BSEN13480-4:2012) contengono alcune normative aggiornate e dettagliate sul trattamento termico dei tubi in acciaio inossidabile dopo la formatura a freddo/caldo, che meritano grande attenzione.
Data di pubblicazione: 06-11-2024