Como resfriar um tubo de aço de grande diâmetro após o processo de têmpera?

O tubo de aço é utilizado para transportar fluidos e pós, realizar trocas térmicas e fabricar peças mecânicas e recipientes. Além disso, é um tipo de aço econômico. O uso de tubos de aço na construção de estruturas, pilares e suportes mecânicos pode reduzir o peso e economizar de 20 a 40% de metal, possibilitando uma construção mecanizada e semelhante à de uma fábrica. A utilização de tubos de aço na construção de pontes rodoviárias não só economiza aço e simplifica a obra, como também reduz significativamente a área revestida com camadas protetoras, economizando custos de investimento e manutenção. Tubos de aço de grande diâmetro possuem uma seção oca cujo comprimento é muito maior que o diâmetro ou a circunferência do aço. De acordo com o formato da seção transversal, podem ser classificados em tubos circulares, quadrados, retangulares e com formatos especiais; de acordo com o material, podem ser classificados em tubos de aço carbono estrutural, tubos de aço de baixa liga estrutural, tubos de aço liga e tubos de aço composto. Os tubos de aço são utilizados em equipamentos térmicos, na indústria petroquímica, na fabricação de máquinas, em perfuração geológica, em 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 se dividem em laminados a quente e laminados a frio (trefilados), enquanto os tubos de aço soldados se dividem em tubos de aço soldados com costura reta e tubos de aço soldados com costura espiral.

1. Qual é o processo de tratamento térmico detubos de aço de grande diâmetro?
(1) Durante o processo de tratamento térmico, a causa da alteração geométrica do tubo de aço de grande diâmetro é a 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 fissuras, mas também um meio importante para melhorar a resistência à fadiga e a vida útil das peças.
(2) Portanto, é muito importante compreender o mecanismo e a lei de mudança da tensão do tratamento térmico e dominar o método de controle da tensão interna. A tensão do tratamento térmico refere-se à tensão gerada dentro da peça de trabalho devido aos fatores do tratamento térmico (processo térmico e processo de transformação do tecido).
(3) É um autoequilíbrio em todo ou parte do volume da peça, por isso é chamado de tensão interna. A tensão de tratamento térmico pode ser 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 formada devido à assincronia das mudanças 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 do que o núcleo quando aquecida, e o núcleo esfria mais lentamente do que a superfície quando resfriado porque o calor é absorvido e dissipado através da superfície.
(5) Para tubos de aço de grande diâmetro que não sofrem alterações na composição e no estado de organização, quando submetidos a diferentes temperaturas, desde que o coeficiente de dilatação linear não seja igual a zero, o volume específico se altera. Portanto, durante o processo de aquecimento ou resfriamento, haverá tensão mútua e tensão interna. Obviamente, quanto maior a diferença de temperatura gerada na peça, maior será a tensão térmica.

2. Como resfriar o tubo de aço de grande diâmetro após o processo de têmpera?
(1) Durante o processo de têmpera, a peça deve ser aquecida a uma temperatura mais alta e resfriada mais rapidamente. Portanto, durante a têmpera, especialmente durante o processo de têmpera e resfriamento, uma grande tensão térmica será gerada. Quando uma esfera de aço com diâmetro de 26 mm é resfriada em água após ser aquecida a 700 °C, a variação de temperatura da superfície e do núcleo.
(2) No estágio inicial de resfriamento, a taxa de resfriamento da superfície é significativamente maior do que a do núcleo, e a diferença de temperatura entre a superfície e o núcleo aumenta continuamente. 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 do que a da superfície, e a diferença de temperatura entre a superfície e o núcleo diminui gradualmente até que o núcleo esteja completamente resfriado, e a diferença de temperatura também desaparece. 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 térmica e contração a frio, o volume da camada superficial deve ser contraído de forma confiável, enquanto a temperatura do núcleo é alta e o volume específico é grande, o que dificultará a contração livre da camada superficial para dentro, formando assim uma tensão térmica na qual a camada superficial 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 resultante 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 à temperatura correspondente, não causará deformação plástica, mas apenas uma pequena quantidade de deformação elástica.
(6) Quando o resfriamento continua, a taxa de resfriamento da superfície diminui e a taxa de resfriamento do núcleo aumenta correspondentemente, a diferença de temperatura tende a diminuir e a tensão térmica diminui gradualmente. À medida que a tensão térmica diminui, a deformação elástica acima também diminui correspondentemente.