Как охладить стальную трубу большого диаметра после закалки

Стальная труба используется для транспортировки жидкости и порошка, теплообмена и изготовления механических деталей и контейнеров, более того, это вид экономичной стали. Использование стальных труб для изготовления сеток строительных конструкций, столбов и механических опор может снизить вес и сэкономить 20-40% металла, а также может реализовать заводское и механизированное строительство. Использование стальных труб для строительства автодорожных мостов может не только сэкономить сталь и упростить строительство, но и значительно сократить площадь покрытия защитными слоями, экономя инвестиции и расходы на техническое обслуживание. Стальные трубы большого диаметра имеют полое сечение, длина которого значительно больше диаметра или окружности стали. По форме поперечного сечения их можно разделить на круглые, квадратные, прямоугольные и стальные трубы специальной формы; по материалу их можно разделить на трубы из углеродистой конструкционной стали, трубы из низколегированной конструкционной стали, трубы из легированной стали и композитные стальные трубы; Стальные трубы для теплового оборудования, нефтехимической промышленности, машиностроения, геологического бурения, оборудования высокого давления и т. д.; В зависимости от способа производства трубы делятся на бесшовные и сварные, среди которых бесшовные стальные трубы делятся на горячекатаные и холоднокатаные (тянутые). Сварные стальные трубы делятся на два вида: прямошовные и спиральношовные.

1. Что такое процесс термической обработки?стальные трубы большого диаметра?
(1) В процессе термообработки причиной изменения геометрии стальных труб большого диаметра являются напряжения, возникающие при термообработке. Напряжение, возникающее при термообработке, представляет собой относительно сложную проблему. Оно не только является причиной таких дефектов, как деформация и трещины, но и важным средством повышения усталостной прочности и срока службы деталей.
(2) Поэтому крайне важно понимать механизм и закономерности изменения напряжений при термообработке, а также освоить методы управления внутренними напряжениями. Под напряжением при термообработке понимаются напряжения, возникающие внутри заготовки под воздействием факторов термообработки (термического процесса и процесса трансформации ткани).
(3) Оно саморавновесно во всём объёме заготовки или его части, поэтому называется внутренним напряжением. По характеру воздействия напряжения, возникающие при термической обработке, подразделяются на растягивающие и сжимающие; по времени воздействия – на мгновенные и остаточные; а по причине возникновения – на термические и тканевые.
(4) Термические напряжения возникают вследствие асинхронности изменения температуры в различных частях заготовки в процессе нагрева или охлаждения. Например, для цельной заготовки поверхность всегда нагревается быстрее сердцевины при нагревании, а сердцевина при охлаждении охлаждается медленнее поверхности, поскольку тепло поглощается и рассеивается через поверхность.
(5) Для стальных труб большого диаметра, не меняющих своего состава и состояния при различных температурах, пока коэффициент линейного расширения не равен нулю, удельный объём будет изменяться. Следовательно, в процессе нагрева или охлаждения будут возникать взаимные напряжения и внутренние напряжения. Очевидно, что чем больше разность температур в заготовке, тем больше термическое напряжение.

2. Как охладить стальную трубу большого диаметра после закалки?
(1) В процессе закалки заготовку необходимо нагревать до более высокой температуры и охлаждать с большей скоростью. Поэтому в процессе закалки, особенно в процессе закалки и охлаждения, возникают значительные термические напряжения. При охлаждении стального шарика диаметром 26 мм в воде после нагревания до 700 °C происходит изменение температуры поверхности и сердцевины.
(2) На начальном этапе охлаждения скорость охлаждения поверхности значительно выше скорости охлаждения ядра, и разность температур между поверхностью и ядром непрерывно увеличивается. По мере дальнейшего охлаждения скорость охлаждения поверхности замедляется, а скорость охлаждения ядра относительно увеличивается. Когда скорости охлаждения поверхности и ядра практически равны, разность их температур достигает большой величины.
(3) В дальнейшем скорость охлаждения ядра превышает скорость охлаждения поверхности, и разница температур между поверхностью и ядром постепенно уменьшается до тех пор, пока ядро ​​полностью не остынет, а затем эта разница температур также исчезнет. Процесс возникновения термических напряжений при быстром охлаждении.
(4) На ранней стадии охлаждения поверхностный слой быстро охлаждается, и между ним и сердцевиной начинает возникать разность температур. В силу физических особенностей теплового расширения и холодового сжатия, объём поверхностного слоя должен быть надёжно сокращён, при этом температура сердцевины высока, а удельный объём велик, что будет препятствовать свободному сжатию поверхностного слоя внутрь, создавая тем самым температурные напряжения, при которых поверхностный слой растягивается, а сердцевина сжимается.
(5) По мере охлаждения указанная выше разность температур продолжает увеличиваться, и соответственно увеличивается возникающее термическое напряжение. При большой разности температур термическое напряжение также становится большим. Если термическое напряжение в этот момент ниже предела текучести стали при соответствующей температуре, оно не вызовет пластической деформации, а лишь небольшую упругую деформацию.
(6) При дальнейшем охлаждении скорость охлаждения поверхности замедляется, а скорость охлаждения ядра соответственно увеличивается, разность температур имеет тенденцию к уменьшению, а термическое напряжение постепенно уменьшается. С уменьшением термического напряжения соответственно уменьшается и указанная выше упругая деформация.