วิธีการหล่อเย็นท่อเหล็กขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่หลังจากกระบวนการดับ?

ท่อเหล็กไม่เพียงแต่ใช้ขนส่งของเหลวและของแข็งผง แลกเปลี่ยนพลังงานความร้อน และผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรกลและภาชนะเท่านั้น แต่ยังเป็นเหล็กกล้าราคาประหยัดอีกด้วย การใช้ท่อเหล็กเพื่อสร้างโครงเหล็ก เสา และส่วนรองรับเชิงกล ช่วยลดน้ำหนัก ประหยัดโลหะได้ 20-40% และทำให้การก่อสร้างด้วยเครื่องจักรเหมือนโรงงานอุตสาหกรรม การใช้ท่อเหล็กเพื่อสร้างสะพานไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดเหล็กและลดความซับซ้อนในการก่อสร้างเท่านั้น แต่ยังช่วยลดพื้นที่ของการเคลือบป้องกันได้อย่างมาก ช่วยประหยัดต้นทุนการลงทุนและการบำรุงรักษา ท่อเหล็กเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่มีหน้าตัดกลวงและมีความยาวมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางหรือเส้นรอบวงของเหล็กมาก ท่อเหล็กสามารถแบ่งตามรูปทรงหน้าตัดได้เป็นท่อเหล็กกลม ท่อเหล็กสี่เหลี่ยม ท่อเหล็กสี่เหลี่ยมผืนผ้า และท่อเหล็กรูปทรงพิเศษ ท่อเหล็กโครงสร้างคาร์บอน ท่อเหล็กโครงสร้างโลหะผสมต่ำ ท่อเหล็กโลหะผสม และท่อเหล็กคอมโพสิต ท่อเหล็กโครงสร้างโลหะผสมต่ำ แบ่งออกเป็นท่อขนส่ง โครงสร้างวิศวกรรม ท่อเหล็กสำหรับอุปกรณ์ความร้อน อุตสาหกรรมปิโตรเคมี การผลิตเครื่องจักร การขุดเจาะทางธรณีวิทยา และอุปกรณ์แรงดันสูง เป็นต้น ตามขั้นตอนการผลิต แบ่งออกเป็นท่อเหล็กไร้รอยต่อและท่อเหล็กเชื่อม ซึ่งท่อเหล็กไร้รอยต่อจะแบ่งออกเป็นแบบรีดร้อนและแบบรีดเย็น (ดึง) มีสองประเภท คือ ท่อเหล็กเชื่อมจะแบ่งออกเป็นท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรงและท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บเกลียว

1. กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนของท่อเหล็กขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่มีขั้นตอนอย่างไร?
(1) ในระหว่างกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงรูปทรงเรขาคณิตของท่อเหล็กเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่คือผลของความเค้นจากการอบชุบด้วยความร้อน ความเค้นจากการอบชุบด้วยความร้อนเป็นปัญหาที่ค่อนข้างซับซ้อน ไม่เพียงแต่เป็นสาเหตุของข้อบกพร่อง เช่น การเสียรูปและรอยแตกร้าวเท่านั้น แต่ยังเป็นวิธีการสำคัญในการปรับปรุงความแข็งแรงของความล้าและอายุการใช้งานของชิ้นงานอีกด้วย
(2) ดังนั้น การทำความเข้าใจกลไกและกฎการเปลี่ยนแปลงของความเค้นในการอบชุบด้วยความร้อน รวมถึงการเรียนรู้วิธีการควบคุมความเค้นภายในจึงเป็นสิ่งสำคัญ ความเค้นในการอบชุบด้วยความร้อน หมายถึง ความเค้นที่เกิดขึ้นภายในชิ้นงานอันเนื่องมาจากปัจจัยการอบชุบด้วยความร้อน (กระบวนการทางความร้อนและกระบวนการเปลี่ยนรูปโครงสร้าง)
(3) มีความสมดุลภายในปริมาตรทั้งหมดหรือบางส่วนของชิ้นงาน จึงเรียกว่าความเค้นภายใน ความเค้นจากการอบชุบด้วยความร้อนสามารถแบ่งตามลักษณะการออกฤทธิ์ได้เป็นความเค้นดึงและความเค้นอัด สามารถแบ่งตามระยะเวลาการออกฤทธิ์ได้เป็นความเค้นชั่วขณะและความเค้นตกค้าง และสามารถแบ่งตามสาเหตุของการก่อตัวได้เป็นความเค้นความร้อนและความเค้นเนื้อเยื่อ
(4) ความเครียดจากความร้อนเกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบซิงโครนัสในส่วนต่างๆ ของชิ้นงานในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนหรือการทำให้เย็นลง ตัวอย่างเช่น สำหรับชิ้นงานที่เป็นของแข็ง พื้นผิวจะร้อนขึ้นเร็วกว่าแกนกลางเสมอเมื่อได้รับความร้อน และแกนกลางจะเย็นลงช้ากว่าพื้นผิวเมื่อเย็นลง ทั้งนี้เนื่องจากการดูดซับและการกระจายความร้อนถูกลำเลียงผ่านพื้นผิว
(5) สำหรับท่อเหล็กเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ที่องค์ประกอบและโครงสร้างไม่เปลี่ยนแปลง ที่อุณหภูมิต่างๆ ตราบใดที่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นไม่เท่ากับศูนย์ ปริมาตรจำเพาะจะเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้น ในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนหรือความเย็น จะมีช่องว่างระหว่างพื้นผิวและศูนย์กลางของชิ้นงาน แรงเค้นภายในจะบีบอัดซึ่งกันและกัน เห็นได้ชัดว่ายิ่งความแตกต่างของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นภายในชิ้นงานมากเท่าใด แรงเค้นความร้อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

2. วิธีการหล่อเย็นท่อเหล็กขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่หลังจากกระบวนการชุบแข็ง?
(1) ในระหว่างกระบวนการชุบแข็ง ชิ้นงานจำเป็นต้องได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงขึ้นและระบายความร้อนได้เร็วขึ้น ดังนั้น ในระหว่างการชุบแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างกระบวนการระบายความร้อน จะเกิดความเค้นทางความร้อนสูง เมื่อลูกบอลเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 26 มิลลิเมตรถูกทำให้เย็นลงในน้ำหลังจากถูกให้ความร้อนที่ 700°C อุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงไปบนพื้นผิวและจุดศูนย์กลาง
(2) ในระยะเริ่มแรกของการทำความเย็น ความเร็วในการทำความเย็นของพื้นผิวจะสูงกว่าแกนกลางอย่างมีนัยสำคัญ และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวและแกนกลางจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เมื่อการทำความเย็นดำเนินต่อไป อัตราการทำความเย็นของพื้นผิวจะช้าลง ในขณะที่อัตราการทำความเย็นของแกนกลางจะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกัน เมื่ออัตราการทำความเย็นของพื้นผิวและแกนกลางใกล้เคียงกัน ความแตกต่างของอุณหภูมิจะมีค่าสูง
(3) ต่อมา อัตราการเย็นตัวของแกนกลางจะมากกว่าอัตราการเย็นตัวของพื้นผิว และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวและแกนกลางจะค่อยๆ ลดลง จนกระทั่งความแตกต่างของอุณหภูมิหายไปเมื่อแกนกลางเย็นสนิท กระบวนการสร้างความเครียดทางความร้อนระหว่างการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว
(4) ในระยะเริ่มแรกของการทำความเย็น ชั้นผิวจะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว และเริ่มเกิดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างชั้นผิวกับแกนกลาง เนื่องจากลักษณะทางกายภาพของการขยายตัวและหดตัวเนื่องจากความร้อน ปริมาตรของพื้นผิวจึงต้องหดตัวอย่างสม่ำเสมอ แต่อุณหภูมิแกนกลางยังคงสูงและปริมาตรจำเพาะมีขนาดใหญ่ ซึ่งจะป้องกันไม่ให้พื้นผิวหดตัวเข้าด้านในอย่างอิสระ ส่งผลให้เกิดแรงเค้นทางความร้อนที่พื้นผิวถูกยืดออกและแกนกลางถูกบีบอัด
(5) เมื่ออุณหภูมิเย็นลง ความแตกต่างของอุณหภูมิที่กล่าวถึงข้างต้นจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และแรงเค้นความร้อนที่เกิดขึ้นก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย เมื่อความแตกต่างของอุณหภูมิมีค่ามาก แรงเค้นความร้อนก็จะสูงเช่นกัน หากแรงเค้นความร้อน ณ เวลานี้ต่ำกว่าจุดครากของเหล็กภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่สอดคล้องกัน จะไม่ทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติก และจะทำให้เกิดการเสียรูปยืดหยุ่นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
(6) เมื่อเย็นตัวลงอีก อัตราการเย็นตัวของชั้นผิวจะช้าลง อัตราการเย็นตัวของแกนจะเร่งขึ้นตามไปด้วย ความแตกต่างของอุณหภูมิมีแนวโน้มลดลง และความเครียดทางความร้อนก็ลดลงเรื่อยๆ เมื่อความเครียดทางความร้อนลดลง การเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นข้างต้นก็จะลดลงตามไปด้วย