กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนท่อเหล็กไร้รอยต่อ

การอบอ่อนคือการให้ความร้อนท่อเหล็กรีดเย็นที่มีความแม่นยำสูงจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม ปรับเวลาการคงตัวให้แตกต่างกันตามวัสดุและขนาดชิ้นงาน จากนั้นจึงค่อยๆ เย็นลง วัตถุประสงค์คือเพื่อทำให้โครงสร้างภายในของโลหะเข้าสู่หรือเข้าใกล้สภาวะสมดุล เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพและการใช้งานที่ดี หรือเตรียมเนื้อเยื่อสำหรับการชุบแข็งเพิ่มเติม
การทำให้เป็นมาตรฐานคือการให้ความร้อนท่อเหล็กรีดเย็นที่มีความแม่นยำสูงจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม แล้วจึงทำให้เย็นลงในอากาศ ผลของการทำให้เป็นมาตรฐานจะคล้ายกับการอบอ่อน ยกเว้นว่าโครงสร้างที่ได้จะมีความละเอียดกว่า มักใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดของวัสดุ และบางครั้งก็ใช้เพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะ ไม่ใช่การอบชุบด้วยความร้อนขั้นสุดท้ายสำหรับชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูง

การชุบแข็งคือการให้ความร้อนและหุ้มฉนวนท่อเหล็กรีดเย็นความเที่ยงตรงสูง จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วในสารชุบแข็ง เช่น น้ำ น้ำมัน เกลืออนินทรีย์อื่นๆ หรือสารละลายอินทรีย์ในน้ำ หลังจากการชุบแข็งแล้ว ท่อเหล็กรีดเย็นความเที่ยงตรงสูงจะแข็งขึ้น แต่ในขณะเดียวกันก็จะเปราะขึ้น

เพื่อลดความเปราะของท่อเหล็กรีดเย็นความเที่ยงตรงสูง (precision bright steel pipes) ท่อเหล็กรีดเย็นความเที่ยงตรงสูงที่ผ่านการชุบแข็งแล้วจะถูกเก็บรักษาไว้ที่อุณหภูมิที่เหมาะสมเหนืออุณหภูมิห้องเป็นเวลานาน แต่ต่ำกว่า 650°C แล้วจึงทำให้เย็นลง กระบวนการนี้เรียกว่าการอบคืนตัว (tempering)

การอบอ่อน (Annealing) การทำให้เป็นมาตรฐาน (Normalizing) การชุบแข็ง (Quenching) และการอบคืนตัว (Tempering) ถือเป็น “ไฟสี่ประการ” ในการอบชุบความร้อนโดยรวม ในบรรดาไฟเหล่านี้ การชุบแข็งและการอบคืนตัวมีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด และมักถูกนำมาใช้ร่วมกันและเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้

“Four Fires” ได้พัฒนากระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่แตกต่างกัน โดยใช้อุณหภูมิความร้อนและวิธีการทำความเย็นที่แตกต่างกัน เพื่อให้ได้ความแข็งแรงและความเหนียวที่ต้องการ กระบวนการผสมผสานระหว่างการชุบแข็งและการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงเรียกว่าการชุบแข็งและการอบคืนตัว หลังจากโลหะผสมบางชนิดถูกชุบแข็งจนกลายเป็นสารละลายของแข็งอิ่มตัวยิ่งยวดแล้ว โลหะผสมจะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องหรือที่อุณหภูมิสูงกว่าเล็กน้อยเป็นระยะเวลานานขึ้น เพื่อปรับปรุงความแข็ง ความแข็งแรง หรือคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าของโลหะผสม กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนนี้เรียกว่าการอบคืนตัว

วิธีการผสมผสานการขึ้นรูปด้วยความดันและการอบชุบด้วยความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพและใกล้ชิดเพื่อให้ได้ความแข็งแรงและความเหนียวที่ดีของท่อเหล็กรีดเย็นความเที่ยงตรงสูง เรียกว่า การอบชุบด้วยความร้อนแบบเสียรูป ส่วนการอบชุบด้วยความร้อนในบรรยากาศความดันลบหรือสุญญากาศ เรียกว่า การอบชุบด้วยความร้อนแบบสุญญากาศ วิธีนี้ไม่เพียงแต่ช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการกำจัดคาร์บอนในท่อเหล็กรีดเย็นความเที่ยงตรงสูง ช่วยให้ผิวของท่อเหล็กรีดเย็นความเที่ยงตรงสูงเรียบเนียนหลังการอบชุบ และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของชิ้นงาน นอกจากนี้ยังสามารถซึมผ่านสารแทรกซึมสำหรับการอบชุบด้วยความร้อนทางเคมีได้อีกด้วย

การอบชุบด้วยความร้อนผิวเป็นกระบวนการอบชุบโลหะที่ให้ความร้อนเฉพาะผิวของท่อเหล็กรีดเย็นชนิดแม่นยำสูง เพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเชิงกลของผิว เพื่อให้ความร้อนเฉพาะผิวของท่อเหล็กรีดเย็นชนิดแม่นยำสูงโดยไม่ถ่ายเทความร้อนเข้าสู่ภายในชิ้นงานมากเกินไป แหล่งความร้อนที่ใช้ต้องมีความหนาแน่นพลังงานสูง กล่าวคือ ท่อเหล็กรีดเย็นชนิดแม่นยำสูงชนิดแม่นยำสูงจะจ่ายพลังงานความร้อนจำนวนมากต่อหน่วยพื้นที่ เพื่อให้ผิวหรือชิ้นส่วนของท่อเหล็กรีดเย็นชนิดแม่นยำสูงชนิดแม่นยำสูงที่รีดเย็นแล้วมีอุณหภูมิสูงขึ้นในระยะเวลาอันสั้นหรือทันที วิธีการหลักในการอบชุบด้วยความร้อนผิว ได้แก่ การดับเปลวไฟและการอบชุบด้วยความร้อนแบบเหนี่ยวนำ แหล่งความร้อนที่นิยมใช้ ได้แก่ ออกซิเจนอะเซทิลีนหรือออกซิเจนโพรเพนและเปลวไฟอื่นๆ กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ เลเซอร์ และลำแสงอิเล็กตรอน

การอบชุบด้วยความร้อนทางเคมี (Chemical Heat Treatment) คือกระบวนการอบชุบโลหะด้วยความร้อนที่เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และคุณสมบัติของชั้นผิวของท่อเหล็กรีดเย็นที่มีความเที่ยงตรงสูง ความแตกต่างระหว่างการอบชุบด้วยความร้อนทางเคมีและการอบชุบด้วยความร้อนบนพื้นผิวคือ การอบชุบด้วยความร้อนบนพื้นผิวจะเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของชั้นผิวของชิ้นงาน การอบชุบด้วยความร้อนทางเคมีคือการให้ความร้อนแก่ชิ้นงานในตัวกลาง (ก๊าซ ของเหลว ของแข็ง) ที่มีคาร์บอน ไนโตรเจน หรือธาตุผสมอื่นๆ และรักษาอุณหภูมิให้คงที่เป็นเวลานาน เพื่อให้พื้นผิวของชิ้นงานสามารถแทรกซึมธาตุต่างๆ เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน โบรอน และโครเมียมได้ หลังจากธาตุต่างๆ ถูกแทรกซึมเข้าไปแล้ว บางครั้งอาจมีกระบวนการอบชุบอื่นๆ เช่น การชุบแข็งและการอบคืนตัว วิธีการหลักของการอบชุบด้วยความร้อนทางเคมี ได้แก่ การคาร์บูไรซิ่ง การไนไตรซิ่ง และการชุบโลหะ

การอบชุบด้วยความร้อนเป็นหนึ่งในกระบวนการสำคัญในกระบวนการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรกล เครื่องมือ และแม่พิมพ์ โดยทั่วไปแล้ว การอบชุบด้วยความร้อนสามารถรับประกันและปรับปรุงคุณสมบัติต่างๆ ของท่อเหล็กรีดเย็นที่มีความแม่นยำสูง เช่น ความทนทานต่อการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน และอื่นๆ นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงโครงสร้างและสภาวะความเค้นของชิ้นงาน เพื่ออำนวยความสะดวกในการแปรรูปทั้งแบบเย็นและแบบร้อน

ตัวอย่างเช่น เหล็กหล่อสีขาวสามารถผ่านการอบอ่อนเป็นเวลานานเพื่อให้ได้เหล็กหล่อที่มีความเหนียวเพื่อปรับปรุงความยืดหยุ่น โดยการนำกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่ถูกต้องสำหรับเฟือง อายุการใช้งานอาจเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าหรือหลายสิบเท่าเมื่อเทียบกับเฟืองที่ไม่ได้รับการอบชุบด้วยความร้อน นอกจากนี้ เหล็กกล้าคาร์บอนราคาถูกยังสามารถแทรกซึมเข้าไปในองค์ประกอบโลหะผสมบางชนิดที่มีคุณสมบัติบางประการของเหล็กกล้าโลหะผสมราคาแพง และสามารถทดแทนเหล็กกล้าทนความร้อนและสแตนเลสบางชนิดได้ เครื่องมือและแม่พิมพ์เกือบทั้งหมดต้องผ่านการอบชุบด้วยความร้อนก่อนจึงจะใช้งานได้