Come raffreddare tubi in acciaio di grande diametro dopo il processo di tempra?

I tubi in acciaio non vengono utilizzati solo per il trasporto di fluidi e solidi in polvere, lo scambio di energia termica e la realizzazione di componenti meccanici e contenitori, ma sono anche un tipo di acciaio economico. L'utilizzo di tubi in acciaio per realizzare griglie strutturali, pilastri e supporti meccanici può ridurre il peso, risparmiare il 20-40% di metallo e consentire una costruzione meccanizzata simile a quella di una fabbrica. L'utilizzo di tubi in acciaio per realizzare ponti stradali non solo consente di risparmiare acciaio e semplificare la costruzione, ma riduce anche notevolmente l'area del rivestimento protettivo, con conseguente risparmio sui costi di investimento e manutenzione. I tubi in acciaio di grande diametro hanno sezioni cave e la loro lunghezza è molto maggiore del diametro o della circonferenza dell'acciaio. In base alla forma della sezione trasversale, si dividono in tubi in acciaio tondi, quadrati, rettangolari e di forma speciale; in base al materiale, si dividono in tubi in acciaio strutturale al carbonio, tubi in acciaio strutturale bassolegato, tubi in acciaio legato e tubi in acciaio composito; in base all'utilizzo, si dividono in condotte di trasporto, strutture ingegneristiche, tubi in acciaio per apparecchiature termiche, industria petrolchimica, produzione di macchinari, perforazioni geologiche, apparecchiature ad alta pressione, ecc.; in base al processo di produzione, si dividono in tubi di acciaio senza saldatura e tubi di acciaio saldati, tra cui i tubi di acciaio senza saldatura si dividono in laminati a caldo e laminati a freddo (trafilati). Esistono due tipi, i tubi di acciaio saldati si dividono in tubi di acciaio saldati a cucitura dritta e tubi di acciaio saldati a cucitura a spirale.

1. Qual è il processo di trattamento termico dei tubi in acciaio di grande diametro?
(1) Durante il processo di trattamento termico, la causa della variazione della forma geometrica dei tubi in acciaio di grande diametro è l'effetto delle sollecitazioni dovute al trattamento termico. Le sollecitazioni dovute al trattamento termico sono un problema relativamente complesso. Non sono solo la causa di difetti come deformazioni e cricche, ma anche un importante strumento per migliorare la resistenza alla fatica e la durata dei pezzi.
(2) Pertanto, è importante comprendere il meccanismo e le regole di modifica dello stress da trattamento termico e padroneggiare i metodi di controllo dello stress interno. Lo stress da trattamento termico si riferisce allo stress generato all'interno del pezzo a causa dei fattori del trattamento termico (processo termico e processo di trasformazione strutturale).
(3) È autoequilibrato all'interno dell'intero volume del pezzo in lavorazione o di una sua parte, per questo è chiamato stress interno. Lo stress da trattamento termico si divide in stress di trazione e stress di compressione in base alla natura della sua azione; può essere suddiviso in stress istantaneo e stress residuo in base al tempo di azione; e può essere suddiviso in stress termico e stress tissutale in base alla causa della sua formazione.
(4) Lo stress termico è causato dalle variazioni di temperatura sincroniche in varie parti del pezzo durante il processo di riscaldamento o raffreddamento. Ad esempio, per un pezzo solido, la superficie si riscalda sempre più velocemente del nucleo quando viene riscaldato, e il nucleo si raffredda più lentamente della superficie quando viene raffreddato. Questo perché l'assorbimento e la dissipazione del calore vengono condotti attraverso la superficie.
(5) Per tubi in acciaio di grande diametro, la cui composizione e stato organizzativo non cambiano, a diverse temperature, finché il coefficiente di dilatazione lineare non è uguale a zero, il volume specifico varierà. Pertanto, durante il processo di riscaldamento o raffreddamento, si creerà uno spazio tra la superficie e il centro del pezzo. Sollecitazioni interne che si comprimono a vicenda. Ovviamente, maggiore è la differenza di temperatura generata all'interno del pezzo, maggiore è lo stress termico.

2. Come raffreddare i tubi in acciaio di grande diametro dopo il processo di tempra?
(1) Durante il processo di tempra, il pezzo deve essere riscaldato a una temperatura più elevata e raffreddato a una velocità maggiore. Pertanto, durante la tempra, in particolare durante il processo di raffreddamento da tempra, si genererà un elevato stress termico. La temperatura varia sulla superficie e al centro di una sfera d'acciaio con un diametro di 26 mm quando viene raffreddata in acqua dopo essere stata riscaldata a 700 °C.
(2) Nella fase iniziale del raffreddamento, la velocità di raffreddamento della superficie supera significativamente quella del nucleo e la differenza di temperatura tra la superficie e il nucleo continua ad aumentare. Man mano che il raffreddamento continua, la velocità di raffreddamento della superficie rallenta, mentre quella del nucleo aumenta relativamente. Quando le velocità di raffreddamento della superficie e del nucleo sono quasi uguali, la loro differenza di temperatura raggiunge un valore elevato.
(3) Successivamente, la velocità di raffreddamento del nucleo è maggiore della velocità di raffreddamento della superficie e la differenza di temperatura tra la superficie e il nucleo diminuisce gradualmente, fino a scomparire quando il nucleo è completamente freddo. Il processo di generazione di stress termico durante il raffreddamento rapido.
(4) Nella fase iniziale del raffreddamento, lo strato superficiale si raffredda rapidamente e inizia a verificarsi una differenza di temperatura tra esso e il nucleo. A causa delle caratteristiche fisiche di dilatazione e contrazione termica, il volume superficiale deve contrarsi in modo affidabile, ma la temperatura del nucleo è ancora elevata e il volume specifico è ampio, il che impedirà alla superficie di contrarsi liberamente verso l'interno, formando così uno stress termico in cui la superficie viene allungata e il nucleo viene compresso.
(5) Con il procedere del raffreddamento, la differenza di temperatura sopra menzionata continua ad aumentare e, di conseguenza, anche lo stress termico generato aumenta. Quando la differenza di temperatura raggiunge un valore elevato, anche lo stress termico è elevato. Se lo stress termico in questo momento è inferiore al limite di snervamento dell'acciaio alle corrispondenti condizioni di temperatura, non causerà deformazione plastica e produrrà solo una traccia di deformazione elastica.
(6) Con l'ulteriore raffreddamento, la velocità di raffreddamento dello strato superficiale rallenta, la velocità di raffreddamento del nucleo accelera di conseguenza, la differenza di temperatura tende a diminuire e anche lo stress termico diminuisce gradualmente. Al diminuire dello stress termico, anche la deformazione elastica di cui sopra diminuisce di conseguenza.