Como resfriar tubos de aço de grande diâmetro após o processo de têmpera?

Os tubos de aço não são usados ​​apenas para transportar fluidos e sólidos em pó, trocar energia térmica e fabricar peças mecânicas e recipientes, mas também representam uma forma econômica de aço. O uso de tubos de aço na construção de estruturas metálicas, pilares e suportes mecânicos permite reduzir o peso, economizar de 20 a 40% de metal e viabilizar a construção mecanizada em escala industrial. Na construção de pontes rodoviárias, o uso de tubos de aço não só economiza aço e simplifica a construção, como também reduz significativamente a área de revestimento protetor, economizando em investimentos e custos de manutenção. Tubos de aço de grande diâmetro possuem seções ocas e seu comprimento é muito maior que o diâmetro ou a circunferência. De acordo com o formato da seção transversal, são classificados em tubos redondos, quadrados, retangulares e com formatos especiais; de acordo com o material, em tubos de aço carbono, tubos de aço de baixa liga, tubos de aço liga e tubos de aço composto; e de acordo com a aplicação, em dutos de transporte, estruturas de engenharia, equipamentos térmicos, indústria petroquímica, fabricação de máquinas, perfuração geológica, equipamentos de alta pressão, etc. De acordo com o processo de produção, os tubos de aço são divididos em tubos de aço sem costura e tubos de aço soldados. Os tubos de aço sem costura são divididos em laminados a quente e laminados a frio (trefilados), sendo que os tubos de aço soldados são de dois tipos: com costura reta e com costura helicoidal.

1. Qual é o processo de tratamento térmico de tubos de aço de grande diâmetro?
(1) Durante o processo de tratamento térmico, a razão para a mudança na forma geométrica de tubos de aço de grande diâmetro é o efeito da tensão de tratamento térmico. A tensão de tratamento térmico é uma questão relativamente complexa. Ela não é apenas a causa de defeitos como deformação e trincas, mas também um meio importante para melhorar a resistência à fadiga e a vida útil das peças.
(2) Portanto, é importante compreender o mecanismo e as regras de mudança da tensão de tratamento térmico e dominar os métodos de controle da tensão interna. A tensão de tratamento térmico refere-se à tensão gerada dentro da peça de trabalho devido aos fatores de tratamento térmico (processo térmico e processo de transformação estrutural).
(3) É autoequilibrada em todo ou parte do volume da peça, sendo por isso denominada tensão interna. A tensão de tratamento térmico é dividida em tensão de tração e tensão de compressão de acordo com a natureza de sua ação; pode ser dividida em tensão instantânea e tensão residual de acordo com o tempo de sua ação; e pode ser dividida em tensão térmica e tensão tecidual de acordo com a causa de sua formação.
(4) A tensão térmica é causada pelas mudanças síncronas de temperatura em várias partes da peça durante o processo de aquecimento ou resfriamento. Por exemplo, para uma peça sólida, a superfície sempre aquece mais rápido que o núcleo quando aquecida, e o núcleo esfria mais lentamente que a superfície quando resfriado. Isso ocorre porque a absorção e dissipação de calor são conduzidas através da superfície.
(5) Para tubos de aço de grande diâmetro cuja composição e estado de organização não se alteram, em diferentes temperaturas, desde que o coeficiente de expansão linear não seja igual a zero, o volume específico irá variar. Portanto, durante o processo de aquecimento ou resfriamento, haverá uma folga entre a superfície e o centro da peça. Tensões internas que se comprimem mutuamente. Obviamente, quanto maior a diferença de temperatura gerada dentro da peça, maior será a tensão térmica.

2. Como resfriar tubos de aço de grande diâmetro após o processo de têmpera?
(1) Durante o processo de têmpera, a peça precisa ser aquecida a uma temperatura mais alta e resfriada mais rapidamente. Portanto, durante a têmpera, especialmente durante o processo de resfriamento, uma grande tensão térmica será gerada. As mudanças de temperatura na superfície e no centro de uma esfera de aço com diâmetro de 26 mm quando resfriada em água após ser aquecida a 700 °C.
(2) No estágio inicial de resfriamento, a velocidade de resfriamento da superfície excede significativamente a do núcleo, e a diferença de temperatura entre a superfície e o núcleo continua a aumentar. Quando o resfriamento continua, a taxa de resfriamento da superfície diminui, enquanto a taxa de resfriamento do núcleo aumenta relativamente. Quando as taxas de resfriamento da superfície e do núcleo se tornam quase iguais, a diferença de temperatura entre eles atinge um valor grande.
(3) Posteriormente, a taxa de resfriamento do núcleo é maior que a taxa de resfriamento da superfície, e a diferença de temperatura entre a superfície e o núcleo diminui gradualmente, até que a diferença de temperatura desapareça quando o núcleo estiver completamente frio. O processo de geração de tensão térmica durante o resfriamento rápido.
(4) No estágio inicial de resfriamento, a camada superficial resfria rapidamente e começa a ocorrer uma diferença de temperatura entre ela e o núcleo. Devido às características físicas de expansão e contração térmica, o volume da superfície deve encolher de forma confiável, mas a temperatura do núcleo ainda é alta e o volume específico é grande, o que impedirá que a superfície se contraia livremente para dentro, formando assim uma tensão térmica na qual a superfície é esticada e o núcleo é comprimido.
(5) À medida que o resfriamento prossegue, a diferença de temperatura mencionada acima continua a aumentar e a tensão térmica gerada também aumenta correspondentemente. Quando a diferença de temperatura atinge um valor elevado, a tensão térmica também é elevada. Se a tensão térmica neste momento for inferior à resistência ao escoamento do aço nas condições de temperatura correspondentes, não causará deformação plástica e produzirá apenas uma quantidade ínfima de deformação elástica.
(6) Ao resfriar ainda mais, a taxa de resfriamento da camada superficial diminui, a taxa de resfriamento do núcleo acelera correspondentemente, a diferença de temperatura tende a diminuir e a tensão térmica também diminui gradualmente. À medida que a tensão térmica diminui, a deformação elástica acima também diminui correspondentemente.