วิธีการระบายความร้อนให้กับท่อเหล็กขนาดใหญ่หลังจากกระบวนการชุบแข็งทำอย่างไร?

ท่อเหล็กไม่เพียงแต่ใช้ในการขนส่งของเหลวและของแข็งที่เป็นผง แลกเปลี่ยนพลังงานความร้อน และใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรและภาชนะบรรจุเท่านั้น แต่ยังเป็นเหล็กที่มีราคาประหยัดอีกด้วย การใช้ท่อเหล็กในการทำโครงสร้างอาคาร เสา และส่วนรองรับทางกล สามารถลดน้ำหนัก ประหยัดโลหะได้ 20-40% และทำให้การก่อสร้างเป็นแบบอัตโนมัติเหมือนโรงงาน การใช้ท่อเหล็กในการสร้างสะพานถนนไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดเหล็กและทำให้การก่อสร้างง่ายขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยลดพื้นที่ของการเคลือบป้องกันได้อย่างมาก ช่วยประหยัดการลงทุนและค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา ท่อเหล็กขนาดใหญ่มีหน้าตัดกลวงและมีความยาวมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางหรือเส้นรอบวงของเหล็กมาก ตามรูปทรงหน้าตัด แบ่งออกเป็นท่อเหล็กกลม สี่เหลี่ยมจัตุรัส สี่เหลี่ยมผืนผ้า และรูปทรงพิเศษ ตามวัสดุ แบ่งออกเป็นท่อเหล็กโครงสร้างคาร์บอน ท่อเหล็กโครงสร้างโลหะผสมต่ำ ท่อเหล็กโลหะผสม และท่อเหล็กผสม ตามการใช้งาน แบ่งออกเป็นท่อส่ง ท่อโครงสร้างทางวิศวกรรม ท่อเหล็กสำหรับอุปกรณ์ความร้อน อุตสาหกรรมปิโตรเคมี การผลิตเครื่องจักร การเจาะทางธรณีวิทยา อุปกรณ์แรงดันสูง เป็นต้น ตามกระบวนการผลิต ท่อเหล็กแบ่งออกเป็นท่อเหล็กไร้รอยต่อและท่อเหล็กเชื่อม ซึ่งในจำนวนนี้ ท่อเหล็กไร้รอยต่อแบ่งออกเป็นแบบรีดร้อนและแบบรีดเย็น (ดึง) สองประเภท และท่อเหล็กเชื่อมแบ่งออกเป็นท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรงและท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บเกลียว

1. กระบวนการอบชุบความร้อนของท่อเหล็กขนาดใหญ่คืออะไร?
(1) ในระหว่างกระบวนการอบชุบความร้อน สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงรูปทรงเรขาคณิตของท่อเหล็กขนาดใหญ่คือผลของความเค้นจากการอบชุบความร้อน ความเค้นจากการอบชุบความร้อนเป็นประเด็นที่ค่อนข้างซับซ้อน ไม่เพียงแต่เป็นสาเหตุของข้อบกพร่อง เช่น การเสียรูปและรอยแตก แต่ยังเป็นวิธีการสำคัญในการปรับปรุงความแข็งแรงต่อความล้าและอายุการใช้งานของชิ้นงานอีกด้วย
(2) ดังนั้น จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจกลไกและกฎการเปลี่ยนแปลงของความเค้นจากการอบชุบความร้อน และต้องเชี่ยวชาญวิธีการควบคุมความเค้นภายใน ความเค้นจากการอบชุบความร้อนหมายถึงความเค้นที่เกิดขึ้นภายในชิ้นงานเนื่องจากปัจจัยการอบชุบความร้อน (กระบวนการทางความร้อนและกระบวนการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง)
(3) ความเครียดนี้เกิดขึ้นเองภายในปริมาตรทั้งหมดหรือบางส่วนของชิ้นงาน จึงเรียกว่าความเครียดภายใน ความเครียดจากการอบชุบความร้อนแบ่งออกเป็นความเครียดดึงและความเครียดอัดตามลักษณะการกระทำ สามารถแบ่งออกเป็นความเครียดทันทีและความเครียดตกค้างตามเวลาการกระทำ และสามารถแบ่งออกเป็นความเครียดจากความร้อนและความเครียดจากเนื้อเยื่อตามสาเหตุของการเกิด
(4) ความเครียดจากความร้อนเกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่เกิดขึ้นพร้อมกันในส่วนต่างๆ ของชิ้นงานระหว่างกระบวนการให้ความร้อนหรือการทำให้เย็นลง ตัวอย่างเช่น สำหรับชิ้นงานที่เป็นของแข็ง พื้นผิวจะร้อนขึ้นเร็วกว่าแกนกลางเสมอเมื่อได้รับความร้อน และแกนกลางจะเย็นลงช้ากว่าพื้นผิวเมื่อถูกทำให้เย็นลง ทั้งนี้เนื่องจากการดูดซับและการกระจายความร้อนเกิดขึ้นผ่านทางพื้นผิว
(5) สำหรับท่อเหล็กขนาดใหญ่ที่มีองค์ประกอบและสถานะการจัดเรียงตัวไม่เปลี่ยนแปลง ที่อุณหภูมิต่างกัน ตราบใดที่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นไม่เท่ากับศูนย์ ปริมาตรจำเพาะจะเปลี่ยนแปลง ดังนั้น ในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนหรือการทำให้เย็นลง จะมีช่องว่างระหว่างพื้นผิวและศูนย์กลางของชิ้นงาน ความเครียดภายในจะบีบอัดซึ่งกันและกัน เห็นได้ชัดว่ายิ่งความแตกต่างของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นภายในชิ้นงานมากเท่าใด ความเครียดจากความร้อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

2. หลังจากกระบวนการชุบแข็งแล้ว จะต้องระบายความร้อนให้กับท่อเหล็กขนาดใหญ่อย่างไร?
(1) ในระหว่างกระบวนการชุบแข็ง ชิ้นงานจะต้องถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้นและเย็นตัวลงในอัตราที่เร็วกว่า ดังนั้น ในระหว่างการชุบแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างกระบวนการทำให้เย็นตัวลงหลังการชุบแข็ง จะเกิดความเค้นทางความร้อนอย่างมาก อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงบนพื้นผิวและตรงกลางของลูกเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 26 มม. เมื่อถูกทำให้เย็นตัวลงในน้ำหลังจากได้รับความร้อนที่ 700°C
(2) ในช่วงเริ่มต้นของการระบายความร้อน อัตราการระบายความร้อนของพื้นผิวจะสูงกว่าของแกนกลางอย่างมาก และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวและแกนกลางจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เมื่อการระบายความร้อนดำเนินต่อไป อัตราการระบายความร้อนของพื้นผิวจะช้าลง ในขณะที่อัตราการระบายความร้อนของแกนกลางจะเพิ่มขึ้น เมื่ออัตราการระบายความร้อนของพื้นผิวและแกนกลางเกือบเท่ากัน ความแตกต่างของอุณหภูมิจะถึงค่ามาก
(3) ต่อมา อัตราการเย็นตัวของแกนกลางจะมากกว่าอัตราการเย็นตัวของพื้นผิว และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวกับแกนกลางจะค่อยๆ ลดลง จนกระทั่งความแตกต่างของอุณหภูมิหายไปเมื่อแกนกลางเย็นตัวลงอย่างสมบูรณ์ กระบวนการสร้างความเครียดทางความร้อนระหว่างการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว
(4) ในช่วงเริ่มต้นของการระบายความร้อน ชั้นผิวจะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว และความแตกต่างของอุณหภูมิจะเริ่มเกิดขึ้นระหว่างชั้นผิวกับแกนกลาง เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพของการขยายตัวและการหดตัวจากความร้อน ปริมาตรของผิวจะต้องหดตัวลงอย่างน่าเชื่อถือ แต่เนื่องจากอุณหภูมิของแกนกลางยังคงสูงและปริมาตรจำเพาะมีขนาดใหญ่ จึงทำให้ผิวไม่สามารถหดตัวเข้าด้านในได้อย่างอิสระ ส่งผลให้เกิดความเครียดจากความร้อน โดยที่ผิวถูกยืดออกและแกนกลางถูกบีบอัด
(5) เมื่อการระบายความร้อนดำเนินต่อไป ความแตกต่างของอุณหภูมิที่กล่าวถึงข้างต้นจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และความเค้นจากความร้อนที่เกิดขึ้นก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย เมื่อความแตกต่างของอุณหภูมิมีค่ามาก ความเค้นจากความร้อนก็จะมากเช่นกัน หากความเค้นจากความร้อนในขณะนี้ต่ำกว่าความแข็งแรงคราของเหล็กภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่สอดคล้องกัน จะไม่ทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกและจะเกิดการเสียรูปยืดหยุ่นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
(6) เมื่อเย็นตัวลงต่อไป อัตราการเย็นตัวของชั้นผิวจะช้าลง อัตราการเย็นตัวของแกนกลางจะเร่งขึ้นตามไปด้วย ความแตกต่างของอุณหภูมิมีแนวโน้มลดลง และความเครียดจากความร้อนก็ลดลงตามไปด้วย เมื่อความเครียดจากความร้อนลดลง การเสียรูปยืดหยุ่นข้างต้นก็จะลดลงตามไปด้วย