Как охладить стальную трубу большого диаметра после процесса закалки

Стальные трубы используются для транспортировки жидкостей и порошков, теплообмена, изготовления механических деталей и контейнеров; более того, это экономичный вид стали. Использование стальных труб для изготовления строительных конструкций, опор и механических конструкций позволяет снизить вес и сэкономить 20-40% металла, а также реализовать механизированное строительство, подобное заводскому. Использование стальных труб при строительстве автомобильных мостов позволяет не только экономить сталь и упрощать строительство, но и значительно сократить площадь, покрытую защитными слоями, что снижает инвестиционные и эксплуатационные расходы. Стальные трубы большого диаметра имеют полое сечение, длина которого значительно превышает диаметр или окружность стали. По форме поперечного сечения они делятся на круглые, квадратные, прямоугольные и трубы специальной формы; по материалу — на трубы из углеродистой конструкционной стали, трубы из низколегированной конструкционной стали, трубы из легированной стали и композитные стальные трубы; стальные трубы используются в теплотехническом оборудовании, нефтехимической промышленности, машиностроении, геологическом бурении, оборудовании высокого давления и т. д. В зависимости от технологического процесса, они делятся на бесшовные и сварные стальные трубы, среди которых бесшовные стальные трубы подразделяются на горячекатаные и холоднокатаные (тянутые). Сварные стальные трубы делятся на прямошовные и спиральношовные.

1. Что представляет собой процесс термической обработки...стальные трубы большого диаметра?
(1) В процессе термообработки причиной изменения геометрии стальной трубы большого диаметра является термообработанное напряжение. Термообработанное напряжение – относительно сложная проблема. Оно не только является причиной дефектов, таких как деформация и трещины, но и важным средством повышения усталостной прочности и срока службы заготовок.
(2) Поэтому очень важно понимать механизм и закономерности изменения напряжений при термической обработке и освоить методы контроля внутренних напряжений. Напряжение при термической обработке относится к напряжению, возникающему внутри заготовки из-за факторов термической обработки (термический процесс и процесс трансформации ткани).
(3) Это саморавновесие во всем объеме заготовки или ее части, поэтому оно называется внутренним напряжением. Напряжения, возникающие при термической обработке, можно разделить на растягивающие и сжимающие в зависимости от характера их воздействия; на мгновенные и остаточные в зависимости от времени их воздействия; а также на термические и тканевые напряжения в зависимости от причины их возникновения.
(4) Тепловое напряжение возникает из-за асинхронности изменений температуры в различных частях заготовки в процессе нагрева или охлаждения. Например, для цельной заготовки поверхность всегда нагревается быстрее, чем сердцевина, а сердцевина охлаждается медленнее, чем поверхность, поскольку тепло поглощается и рассеивается через поверхность.
(5) Для стальных труб большого диаметра, состав и органическое состояние которых не меняются, при разных температурах, если коэффициент линейного расширения не равен нулю, удельный объем будет изменяться. Следовательно, в процессе нагрева или охлаждения возникнут взаимное напряжение и внутренние напряжения. Очевидно, что чем больше разница температур, возникающая в заготовке, тем больше термическое напряжение.

2. Как охладить стальную трубу большого диаметра после процесса закалки?
(1) В процессе закалки заготовка должна нагреваться до более высокой температуры и охлаждаться быстрее. Поэтому во время закалки, особенно во время процесса закалки и охлаждения, возникает большое термическое напряжение. Когда стальной шарик диаметром 26 мм охлаждается в воде после нагрева до 700 °C, происходит изменение температуры поверхности и сердцевины.
(2) На начальной стадии охлаждения скорость охлаждения поверхности значительно выше, чем скорость охлаждения ядра, и разница температур между поверхностью и ядром непрерывно увеличивается. При дальнейшем охлаждении скорость охлаждения поверхности замедляется, в то время как скорость охлаждения ядра относительно возрастает. Когда скорости охлаждения поверхности и ядра становятся почти равными, разница их температур достигает большого значения.
(3) Впоследствии скорость охлаждения ядра становится больше, чем скорость охлаждения поверхности, и разница температур между поверхностью и ядром постепенно уменьшается до тех пор, пока ядро ​​полностью не охладится, и разница температур также исчезнет. Процесс возникновения теплового напряжения при быстром охлаждении.
(4) На ранней стадии охлаждения поверхностный слой быстро охлаждается, и между ним и ядром начинает возникать разница температур. Из-за физических характеристик теплового расширения и холодового сжатия объем поверхностного слоя должен надежно сокращаться, в то время как температура ядра высока, а удельный объем велик, что будет препятствовать свободному сокращению поверхностного слоя внутрь, тем самым создавая термическое напряжение, при котором поверхностный слой растягивается, а ядро ​​сжимается.
(5) По мере охлаждения указанная выше разница температур продолжает увеличиваться, и, соответственно, возникающее термическое напряжение также возрастает. Когда разница температур достигает большого значения, термическое напряжение также становится большим. Если термическое напряжение в это время ниже предела текучести стали при соответствующей температуре, это не вызовет пластической деформации, а лишь небольшую упругую деформацию.
(6) При дальнейшем охлаждении скорость охлаждения поверхности замедляется, а скорость охлаждения сердцевины соответственно увеличивается, разница температур стремится к уменьшению, и термическое напряжение постепенно уменьшается. По мере уменьшения термического напряжения, вышеупомянутая упругая деформация также соответственно уменьшается.