วิธีการระบายความร้อนให้กับท่อเหล็กขนาดใหญ่หลังจากกระบวนการชุบแข็ง

ท่อเหล็กใช้ในการขนส่งของเหลวและผง แลกเปลี่ยนความร้อน และใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรและภาชนะบรรจุ นอกจากนี้ยังเป็นเหล็กที่มีราคาประหยัด การใช้ท่อเหล็กในการทำโครงสร้างอาคาร เสา และส่วนรองรับทางกล สามารถลดน้ำหนักและประหยัดโลหะได้ 20-40% และสามารถทำให้การก่อสร้างเป็นแบบโรงงานและใช้เครื่องจักรได้ การใช้ท่อเหล็กในการสร้างสะพานทางหลวงไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดเหล็กและทำให้การก่อสร้างง่ายขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยลดพื้นที่ที่ต้องเคลือบด้วยชั้นป้องกันได้อย่างมาก ช่วยประหยัดการลงทุนและค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา ท่อเหล็กขนาดใหญ่มีส่วนที่เป็นโพรงซึ่งมีความยาวมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางหรือเส้นรอบวงของเหล็กมาก ตามรูปทรงหน้าตัด สามารถแบ่งออกเป็นท่อเหล็กกลม สี่เหลี่ยมจัตุรัส สี่เหลี่ยมผืนผ้า และรูปทรงพิเศษ ตามวัสดุ สามารถแบ่งออกเป็นท่อเหล็กโครงสร้างคาร์บอน ท่อเหล็กโครงสร้างโลหะผสมต่ำ ท่อเหล็กโลหะผสม และท่อเหล็กผสม ท่อเหล็กใช้สำหรับอุปกรณ์ความร้อน อุตสาหกรรมปิโตรเคมี การผลิตเครื่องจักร การเจาะทางธรณีวิทยา อุปกรณ์แรงดันสูง ฯลฯ ตามกระบวนการผลิต ท่อเหล็กแบ่งออกเป็นท่อเหล็กไร้รอยต่อและท่อเหล็กเชื่อม ซึ่งในจำนวนนี้ ท่อเหล็กไร้รอยต่อแบ่งออกเป็นสองชนิด คือ แบบรีดร้อนและแบบรีดเย็น (ดึง) ส่วนท่อเหล็กเชื่อมแบ่งออกเป็นท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรงและท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บเกลียว

1. กระบวนการอบชุบความร้อนของคืออะไรท่อเหล็กขนาดใหญ่?
(1) ในระหว่างกระบวนการอบชุบความร้อน สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงทางเรขาคณิตของท่อเหล็กขนาดใหญ่คือความเค้นจากการอบชุบความร้อน ความเค้นจากการอบชุบความร้อนเป็นประเด็นที่ค่อนข้างซับซ้อน ไม่เพียงแต่เป็นสาเหตุของข้อบกพร่อง เช่น การเสียรูปและรอยแตก แต่ยังเป็นวิธีการสำคัญในการปรับปรุงความแข็งแรงต่อความล้าและอายุการใช้งานของชิ้นงานอีกด้วย
(2) ดังนั้น การเข้าใจกลไกและกฎการเปลี่ยนแปลงของความเค้นจากการอบชุบความร้อนและการควบคุมวิธีการควบคุมความเค้นภายในจึงมีความสำคัญมาก ความเค้นจากการอบชุบความร้อนหมายถึงความเค้นที่เกิดขึ้นภายในชิ้นงานเนื่องจากปัจจัยการอบชุบความร้อน (กระบวนการทางความร้อนและกระบวนการเปลี่ยนแปลงของเนื้อเยื่อ)
(3) เป็นการสมดุลในตัวเองในปริมาตรทั้งหมดหรือบางส่วนของชิ้นงาน ดังนั้นจึงเรียกว่าความเค้นภายใน ความเค้นจากการอบชุบความร้อนสามารถแบ่งออกเป็นความเค้นดึงและความเค้นอัดตามลักษณะการกระทำ สามารถแบ่งออกเป็นความเค้นทันทีและความเค้นตกค้างตามเวลาการกระทำ และสามารถแบ่งออกเป็นความเค้นจากความร้อนและความเค้นจากเนื้อเยื่อตามสาเหตุของการเกิด
(4) ความเครียดจากความร้อนเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่ไม่สอดคล้องกันในส่วนต่างๆ ของชิ้นงานระหว่างกระบวนการให้ความร้อนหรือการทำให้เย็นลง ตัวอย่างเช่น สำหรับชิ้นงานที่เป็นของแข็ง พื้นผิวจะร้อนขึ้นเร็วกว่าแกนกลางเสมอเมื่อได้รับความร้อน และแกนกลางจะเย็นลงช้ากว่าพื้นผิวเมื่อถูกทำให้เย็นลง เนื่องจากความร้อนถูกดูดซับและกระจายออกไปทางพื้นผิว
(5) สำหรับท่อเหล็กขนาดใหญ่ที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและสถานะการจัดระเบียบ เมื่ออยู่ในอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ตราบใดที่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นไม่เท่ากับศูนย์ ปริมาตรจำเพาะจะเปลี่ยนแปลง ดังนั้น ในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนหรือการทำให้เย็นลง จะเกิดแรงดึงซึ่งกันและกันและความเครียดภายใน เห็นได้ชัดว่ายิ่งความแตกต่างของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นในชิ้นงานมากเท่าใด ความเครียดจากความร้อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

2. หลังจากกระบวนการชุบแข็งแล้ว จะต้องระบายความร้อนท่อเหล็กขนาดใหญ่อย่างไร?
(1) ในระหว่างกระบวนการชุบแข็ง ชิ้นงานจะต้องถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้นและเย็นตัวลงในอัตราที่เร็วขึ้น ดังนั้น ในระหว่างการชุบแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างกระบวนการชุบแข็งและการทำให้เย็นตัวลง จะเกิดความเค้นทางความร้อนขนาดใหญ่ขึ้น เมื่อลูกเหล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 26 มม. ถูกทำให้เย็นตัวลงในน้ำหลังจากได้รับความร้อนที่ 700°C อุณหภูมิของพื้นผิวและแกนกลางจะเปลี่ยนแปลง
(2) ในช่วงเริ่มต้นของการระบายความร้อน อัตราการระบายความร้อนของพื้นผิวจะสูงกว่าของแกนกลางอย่างมาก และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวและแกนกลางจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เมื่อการระบายความร้อนดำเนินต่อไป อัตราการระบายความร้อนของพื้นผิวจะช้าลง ในขณะที่อัตราการระบายความร้อนของแกนกลางจะเพิ่มขึ้น เมื่ออัตราการระบายความร้อนของพื้นผิวและแกนกลางเกือบเท่ากัน ความแตกต่างของอุณหภูมิจะถึงค่ามาก
(3) ต่อมา อัตราการเย็นตัวของแกนกลางจะมากกว่าอัตราการเย็นตัวของพื้นผิว และความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวกับแกนกลางจะค่อยๆ ลดลงจนกระทั่งแกนกลางเย็นตัวลงอย่างสมบูรณ์ และความแตกต่างของอุณหภูมิก็จะหายไป กระบวนการสร้างความเครียดจากความร้อนระหว่างการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว
(4) ในช่วงเริ่มต้นของการเย็นตัว ชั้นผิวจะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว และความแตกต่างของอุณหภูมิจะเริ่มเกิดขึ้นระหว่างชั้นผิวกับแกนกลาง เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพของการขยายตัวเนื่องจากความร้อนและการหดตัวเนื่องจากความเย็น ปริมาตรของชั้นผิวจะต้องหดตัวลงอย่างน่าเชื่อถือ ในขณะที่อุณหภูมิของแกนกลางสูงและปริมาตรจำเพาะมีขนาดใหญ่ ซึ่งจะขัดขวางการหดตัวอย่างอิสระของชั้นผิวเข้าด้านใน ทำให้เกิดความเครียดจากความร้อนซึ่งชั้นผิวถูกยืดออกและแกนกลางถูกบีบอัด
(5) เมื่อการระบายความร้อนดำเนินต่อไป ความแตกต่างของอุณหภูมิที่กล่าวถึงข้างต้นจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และความเค้นทางความร้อนที่เกิดขึ้นก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย เมื่อความแตกต่างของอุณหภูมิมีค่ามาก ความเค้นทางความร้อนก็จะมากเช่นกัน หากความเค้นทางความร้อนในขณะนี้ต่ำกว่าความแข็งแรงคราของเหล็กที่อุณหภูมิที่สอดคล้องกัน จะไม่ทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติก แต่จะเกิดการเสียรูปยืดหยุ่นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
(6) เมื่ออุณหภูมิลดลงต่อไป อัตราการเย็นตัวของพื้นผิวจะช้าลง และอัตราการเย็นตัวของแกนกลางจะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ความแตกต่างของอุณหภูมิมีแนวโน้มลดลง และความเครียดจากความร้อนจะค่อยๆ ลดลง เมื่อความเครียดจากความร้อนลดลง การเสียรูปยืดหยุ่นข้างต้นก็จะลดลงตามไปด้วย