กระบวนการอบชุบความร้อนท่อเหล็กไร้รอยต่อ

การอบอ่อนคือการให้ความร้อนแก่ท่อเหล็กกล้าขัดเงารีดเย็นที่มีความแม่นยำสูงจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม โดยใช้ระยะเวลาการคงอุณหภูมิที่แตกต่างกันไปตามวัสดุและขนาดของชิ้นงาน แล้วค่อยๆ ลดอุณหภูมิลง จุดประสงค์คือเพื่อให้โครงสร้างภายในของโลหะเข้าสู่หรือเข้าใกล้สภาวะสมดุล และเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพและการใช้งานที่ดี หรือเพื่อเตรียมเนื้อเยื่อสำหรับการชุบแข็งต่อไป
การอบชุบแบบนอร์มาไลซ์ คือการให้ความร้อนแก่ท่อเหล็กกล้าขัดเงาแบบรีดเย็นที่มีความแม่นยำสูงจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม แล้วจึงปล่อยให้เย็นลงในอากาศ ผลของนอร์มาไลซ์คล้ายกับการอบอ่อน แต่โครงสร้างที่ได้จะละเอียดกว่า มักใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดของวัสดุ และบางครั้งใช้เพื่อตอบสนองความต้องการบางอย่าง ไม่ใช่การอบชุบความร้อนขั้นสุดท้ายสำหรับชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูง

การชุบแข็งคือการให้ความร้อนและรักษาอุณหภูมิของท่อเหล็กกล้าขัดเงาแบบรีดเย็นที่มีความแม่นยำสูง จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วในสารชุบแข็ง เช่น น้ำ น้ำมัน หรือเกลืออนินทรีย์อื่นๆ หรือสารละลายอินทรีย์ในน้ำ หลังจากชุบแข็งแล้ว ท่อเหล็กกล้าขัดเงาแบบรีดเย็นที่มีความแม่นยำสูงจะแข็งขึ้น แต่ในขณะเดียวกันก็จะเปราะมากขึ้นด้วย

เพื่อลดความเปราะของท่อเหล็กกล้าขัดเงารีดเย็นที่มีความแม่นยำสูง จึงต้องนำท่อเหล็กกล้าขัดเงารีดเย็นที่ผ่านการชุบแข็งแล้วไปแช่เย็นเป็นเวลานานในอุณหภูมิที่เหมาะสมสูงกว่าอุณหภูมิห้องแต่ต่ำกว่า 650°C แล้วจึงทำให้เย็นลง กระบวนการนี้เรียกว่าการอบคืนตัว (Tempering)

การอบอ่อน การปรับสภาพ การชุบแข็ง และการอบคืนตัว คือ "สี่ขั้นตอนสำคัญ" ในการอบชุบโลหะโดยรวม ในบรรดาขั้นตอนเหล่านี้ การชุบแข็งและการอบคืนตัวมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด มักใช้ร่วมกัน และมีความสำคัญอย่างยิ่ง

“สี่กระบวนการอบชุบความร้อน” ได้พัฒนาวิธีการอบชุบความร้อนที่แตกต่างกัน โดยใช้ความร้อนและวิธีการระบายความร้อนที่แตกต่างกัน เพื่อให้ได้ความแข็งแรงและความเหนียวที่ต้องการ กระบวนการที่รวมการชุบแข็งและการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงเข้าด้วยกันเรียกว่า การชุบแข็งและการอบคืนตัว หลังจากที่โลหะผสมบางชนิดถูกชุบแข็งจนเกิดเป็นสารละลายของแข็งอิ่มตัวยิ่งยวดแล้ว จะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องหรือสูงกว่าเล็กน้อยเป็นเวลานานขึ้น เพื่อปรับปรุงความแข็ง ความแข็งแรง หรือคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าของโลหะผสม กระบวนการอบชุบความร้อนนี้เรียกว่า การอบชุบเพื่อเพิ่มความแข็งแรง (Aging treatment)

วิธีการผสมผสานการขึ้นรูปด้วยแรงดันและการอบชุบความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพและใกล้ชิด เพื่อให้ได้ความแข็งแรงและความเหนียวที่ดีของท่อเหล็กผิวเรียบรีดเย็นเรียกว่า การอบชุบความร้อนแบบขึ้นรูป ส่วนการอบชุบความร้อนที่ทำในบรรยากาศความดันลบหรือสุญญากาศเรียกว่า การอบชุบความร้อนแบบสุญญากาศ การอบชุบความร้อนแบบนี้ไม่เพียงแต่ป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการสูญเสียคาร์บอนของท่อเหล็กผิวเรียบรีดเย็น รักษาพื้นผิวของท่อเหล็กผิวเรียบรีดเย็นให้เรียบและสะอาดหลังการอบชุบ และปรับปรุงประสิทธิภาพของชิ้นงานเท่านั้น แต่ยังสามารถผ่านสารแทรกซึมสำหรับการอบชุบความร้อนทางเคมีได้อีกด้วย

การอบชุบผิวเป็นกระบวนการอบชุบโลหะที่ให้ความร้อนเฉพาะชั้นผิวของท่อเหล็กขัดเงารีดเย็นเพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลของชั้นผิว การให้ความร้อนเฉพาะชั้นผิวของท่อเหล็กขัดเงารีดเย็นโดยไม่ถ่ายเทความร้อนมากเกินไปภายในชิ้นงาน แหล่งความร้อนที่ใช้ต้องมีความหนาแน่นของพลังงานสูง กล่าวคือ ต้องให้พลังงานความร้อนจำนวนมากแก่ท่อเหล็กขัดเงารีดเย็นต่อหน่วยพื้นที่ เพื่อให้ผิวหรือบางส่วนของท่อเหล็กขัดเงารีดเย็นสามารถเข้าถึงอุณหภูมิสูงได้ในเวลาอันสั้นหรือทันที วิธีการอบชุบผิวหลักๆ ได้แก่ การดับด้วยเปลวไฟและการอบชุบด้วยการเหนี่ยวนำ แหล่งความร้อนที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เปลวไฟออกซิเจนอะเซทิลีนหรือออกซิเจนโพรเพน กระแสเหนี่ยวนำ เลเซอร์ และลำอิเล็กตรอน

การอบชุบทางเคมีเป็นกระบวนการอบชุบโลหะที่เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และคุณสมบัติของชั้นผิวของท่อเหล็กกล้าขัดเงารีดเย็นที่มีความแม่นยำสูง ความแตกต่างระหว่างการอบชุบทางเคมีและการอบชุบผิวคือ การอบชุบผิวจะเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของชั้นผิวของชิ้นงาน การอบชุบทางเคมีคือการให้ความร้อนแก่ชิ้นงานในตัวกลาง (ก๊าซ ของเหลว ของแข็ง) ที่มีคาร์บอน ไนโตรเจน หรือธาตุผสมอื่นๆ และคงอุณหภูมิไว้เป็นเวลานานเพื่อให้ธาตุต่างๆ เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน โบรอน และโครเมียม สามารถแทรกซึมเข้าไปในผิวของชิ้นงานได้ หลังจากที่ธาตุเหล่านี้แทรกซึมเข้าไปแล้ว บางครั้งอาจมีการดำเนินการอบชุบอื่นๆ เพิ่มเติม เช่น การชุบแข็งและการอบคืนตัว วิธีการหลักของการอบชุบทางเคมี ได้แก่ การคาร์บูไรซิ่ง การไนไตรซิ่ง และการเคลือบโลหะ

การอบชุบความร้อนเป็นกระบวนการสำคัญอย่างหนึ่งในกระบวนการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรกล เครื่องมือ และแม่พิมพ์ โดยทั่วไปแล้ว การอบชุบความร้อนสามารถรับประกันและปรับปรุงคุณสมบัติต่างๆ ของท่อเหล็กขัดเงารีดเย็นที่มีความแม่นยำสูง เช่น ความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน เป็นต้น นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงโครงสร้างและสภาวะความเค้นของชิ้นงานเพื่ออำนวยความสะดวกในการแปรรูปเย็นและร้อนต่างๆ ได้อีกด้วย

ตัวอย่างเช่น เหล็กหล่อขาวสามารถอบอ่อนเป็นเวลานานเพื่อให้ได้เหล็กหล่ออ่อนตัวเพื่อเพิ่มความยืดหยุ่น การใช้กระบวนการอบชุบความร้อนที่ถูกต้องสำหรับเฟืองสามารถยืดอายุการใช้งานได้เป็นสองเท่าหรือหลายสิบเท่าเมื่อเทียบกับเฟืองที่ไม่ผ่านการอบชุบความร้อน นอกจากนี้ เหล็กกล้าคาร์บอนราคาถูกสามารถแทรกซึมด้วยธาตุโลหะผสมบางชนิดที่มีคุณสมบัติบางอย่างของเหล็กกล้าอัลลอยราคาแพงและสามารถใช้แทนเหล็กทนความร้อนและเหล็กกล้าไร้สนิมบางชนิดได้ เครื่องมือและแม่พิมพ์เกือบทั้งหมดจำเป็นต้องผ่านการอบชุบความร้อนก่อนนำไปใช้งาน