ท่อเหล็กที่ผ่านการทำให้เป็นมาตรฐานและอบอ่อนมีการเชื่อมต่อและความแตกต่างกันอย่างไร

Normalizing คืออะไร?
การนอร์มัลไลเซชั่น (Normalizing) คือการอบชุบด้วยความร้อนที่ช่วยเพิ่มความเหนียวของเหล็ก หลังจากให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วนเหล็กที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิ Ac3 ประมาณ 30-50 องศาเซลเซียส ให้พักชิ้นส่วนไว้สักครู่ แล้วจึงนำออกจากเตาเผาเพื่อระบายความร้อนด้วยอากาศ คุณสมบัติหลักคือความเร็วในการระบายความร้อนจะเร็วกว่าการอบอ่อน แต่ต่ำกว่าการชุบแข็ง ในระหว่างการนอร์มัลไลเซชั่น เม็ดผลึกของเหล็กจะถูกทำให้ละเอียดขึ้นด้วยการระบายความร้อนที่เร็วขึ้นเล็กน้อย ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้ได้ความแข็งแรงที่น่าพอใจเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มความเหนียว (ค่า AKV) และลดโอกาสการแตกร้าวของชิ้นส่วนได้อย่างมีนัยสำคัญ หลังจากการนอร์มัลไลเซชั่น คุณสมบัติเชิงกลโดยรวมของเหล็กแผ่นรีดร้อนผสมต่ำ เหล็กตีขึ้นรูปผสมต่ำ และเหล็กหล่อบางชนิดสามารถปรับปรุงได้อย่างมาก รวมถึงประสิทธิภาพการตัดก็ดีขึ้นเช่นกัน

การทำให้เป็นมาตรฐานมีวัตถุประสงค์และการใช้งานดังต่อไปนี้:
① สำหรับเหล็กไฮเปอร์ยูเทคตอยด์ จะใช้การทำให้เป็นปกติเพื่อขจัดโครงสร้างเกรนหยาบที่ร้อนเกินไปและโครงสร้างวิดแมนสแตตเทนของการหล่อ การตีขึ้นรูป และการเชื่อม และโครงสร้างแบบแถบในวัสดุที่รีด ปรับแต่งเกรน และสามารถใช้เป็นการอบความร้อนล่วงหน้าก่อนการดับ
② สำหรับเหล็กไฮเปอร์ยูเทคตอยด์ การทำให้เป็นมาตรฐานสามารถกำจัดซีเมนไทต์รองของเครือข่ายและทำให้เพิร์ลไลต์ละเอียดขึ้น ซึ่งไม่เพียงแต่ปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลเท่านั้น แต่ยังอำนวยความสะดวกในการอบชุบแบบทรงกลมในภายหลังอีกด้วย
③ สำหรับแผ่นเหล็กบางดึงลึกคาร์บอนต่ำ การทำให้เป็นปกติสามารถกำจัดซีเมนไทต์อิสระที่ขอบเกรนเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการดึงลึก
4. สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำและเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำผสมต่ำ การทำให้เป็นมาตรฐาน (Normalizing) จะทำให้ได้โครงสร้างเพิร์ลไลต์ที่ละเอียดและแตกเป็นแผ่นมากขึ้น เพิ่มความแข็งเป็น HB140-190 หลีกเลี่ยงปรากฏการณ์ "มีดติด" ระหว่างการตัด และปรับปรุงความสามารถในการตัดเฉือน สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง ในกรณีที่สามารถใช้ทั้งการทำให้เป็นมาตรฐานและการอบอ่อนได้ การทำให้เป็นมาตรฐานจะประหยัดและสะดวกกว่า
⑤ สำหรับเหล็กกล้าโครงสร้างคาร์บอนปานกลางทั่วไป ในกรณีที่ไม่ต้องการคุณสมบัติเชิงกลสูง สามารถใช้การทำให้เป็นปกติแทนการดับและการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูงได้ ซึ่งไม่เพียงแต่ใช้งานง่ายเท่านั้น แต่ยังทำให้โครงสร้างและขนาดของเหล็กมีเสถียรภาพอีกด้วย
6. การทำให้เป็นมาตรฐานที่อุณหภูมิสูง (สูงกว่า Ac3 150-200℃) สามารถลดการแยกตัวของชิ้นส่วนในงานหล่อและงานตีขึ้นรูปได้ เนื่องจากอัตราการแพร่ขยายที่สูงที่อุณหภูมิสูง เกรนหยาบหลังจากการทำให้เป็นมาตรฐานที่อุณหภูมิสูงสามารถทำให้ละเอียดขึ้นได้โดยการทำให้เป็นมาตรฐานครั้งที่สองที่อุณหภูมิต่ำกว่า
⑦ สำหรับเหล็กกล้าอัลลอยด์คาร์บอนต่ำและปานกลางบางชนิดที่ใช้ในกังหันไอน้ำและหม้อไอน้ำ มักใช้การทำให้เป็นปกติเพื่อให้ได้โครงสร้างเบไนต์ จากนั้นจึงอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูง ซึ่งมีความทนทานต่อการไหลที่ดีเมื่อใช้ที่อุณหภูมิ 400-550℃
⑧ นอกจากชิ้นส่วนเหล็กและผลิตภัณฑ์เหล็กแล้ว การทำให้เป็นมาตรฐานยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการอบชุบเหล็กเหนียวเพื่อให้ได้เมทริกซ์เพิร์ลไลต์และเพิ่มความแข็งแรงของเหล็กเหนียว เนื่องจากคุณสมบัติของการทำให้เป็นมาตรฐานคือการระบายความร้อนด้วยอากาศ อุณหภูมิแวดล้อม วิธีการเรียงซ้อน การไหลของอากาศ และขนาดชิ้นงานจึงมีผลต่อโครงสร้างและประสิทธิภาพหลังจากการทำให้เป็นมาตรฐาน โครงสร้างการทำให้เป็นมาตรฐานยังสามารถใช้เป็นวิธีการจัดประเภทเหล็กอัลลอยด์ได้อีกด้วย โดยทั่วไป เหล็กอัลลอยด์จะถูกแบ่งออกเป็นเหล็กเพิร์ลไลต์ เหล็กเบไนต์ เหล็กมาร์เทนไซต์ และเหล็กออสเทนไนต์ ตามโครงสร้างที่ได้จากการทำให้เย็นด้วยอากาศหลังจากให้ความร้อนตัวอย่างที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 25 มม. ถึง 900°C

การอบอ่อนคืออะไร?
การอบอ่อน (Annealing) คือกระบวนการอบโลหะด้วยความร้อน ซึ่งโลหะจะถูกให้ความร้อนอย่างช้าๆ จนถึงอุณหภูมิที่กำหนด คงไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงทำให้เย็นลงด้วยอัตราที่เหมาะสม การอบอ่อนแบ่งออกเป็นการอบอ่อนแบบสมบูรณ์ การอบอ่อนแบบไม่สมบูรณ์ และการอบอ่อนแบบคลายความเค้น สมบัติเชิงกลของวัสดุที่ผ่านการอบอ่อนสามารถทดสอบได้โดยการทดสอบแรงดึงหรือการทดสอบความแข็ง เหล็กหลายชนิดมีสถานะการอบอ่อนแบบอบอ่อน การทดสอบความแข็งของเหล็กสามารถทดสอบได้โดยเครื่องทดสอบความแข็ง Rockwell เพื่อทดสอบความแข็ง HRB สำหรับเหล็กแผ่นบาง เหล็กแผ่นบาง และท่อเหล็กผนังบาง สามารถใช้เครื่องทดสอบความแข็ง Rockwell เพื่อทดสอบความแข็ง HRT ได้

วัตถุประสงค์ของการอบอ่อนคือ:
① ปรับปรุงหรือกำจัดข้อบกพร่องทางโครงสร้างต่างๆ และความเค้นตกค้างที่เกิดจากเหล็กในกระบวนการหล่อ การตี การรีด และการเชื่อม เพื่อป้องกันการเสียรูปและการแตกร้าวของชิ้นงาน
② ทำให้ชิ้นงานนิ่มลงเพื่อการตัด
③ ปรับปรุงเมล็ดพืชและปรับปรุงโครงสร้างเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของชิ้นงาน
④ เตรียมโครงสร้างเพื่อการอบชุบความร้อนขั้นสุดท้าย (การดับ การอบคืนตัว)

กระบวนการอบอ่อนทั่วไปมีดังนี้:
① การอบอ่อนแบบสมบูรณ์ ใช้ในการปรับโครงสร้างเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางและต่ำที่มีความร้อนสูงเกินไปให้มีคุณสมบัติเชิงกลต่ำ หลังจากการหล่อ การตีขึ้นรูป และการเชื่อม ให้ความร้อนชิ้นงานที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิที่เฟอร์ไรต์ทั้งหมดจะเปลี่ยนเป็นออสเทไนต์ 30-50 องศาเซลเซียส พักไว้สักครู่ แล้วค่อยๆ ระบายความร้อนด้วยเตาเผา ในระหว่างกระบวนการระบายความร้อน ออสเทไนต์จะกลับคืนสู่สภาพเดิมอีกครั้ง ซึ่งจะทำให้โครงสร้างเหล็กมีความละเอียดมากขึ้น
② การอบอ่อนแบบทรงกลม (Spheroidizing Annealing) ใช้เพื่อลดความแข็งสูงของเหล็กกล้าเครื่องมือและเหล็กกล้าแบริ่งหลังจากการตีขึ้นรูป ให้ความร้อนชิ้นงานที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิที่เหล็กเริ่มก่อตัวเป็นออสเทไนต์ 20-40 องศาเซลเซียส รักษาอุณหภูมิให้คงที่ แล้วค่อยๆ เย็นลง ในระหว่างกระบวนการหล่อเย็น ซีเมนต์ไทต์แผ่นบางในเพิร์ลไลต์จะกลายเป็นทรงกลม ส่งผลให้ความแข็งลดลง
③ การอบอ่อนแบบไอโซเทอร์มอล ใช้เพื่อลดความแข็งสูงของเหล็กโครงสร้างผสมบางชนิดที่มีปริมาณนิกเกิลและโครเมียมสูงสำหรับการตัด โดยทั่วไป จะต้องทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิออสเทไนต์ที่ไม่เสถียรที่สุดด้วยความเร็วที่ค่อนข้างเร็วก่อน และคงความร้อนไว้เป็นเวลาที่เหมาะสม ออสเทไนต์จะถูกเปลี่ยนเป็นโทรสไทต์หรือโทรสไทต์ ซึ่งสามารถลดความแข็งลงได้
④ การอบชุบผลึกซ้ำ ใช้เพื่อขจัดปรากฏการณ์การแข็งตัว (ความแข็งที่เพิ่มขึ้นและความเป็นพลาสติกที่ลดลง) ของลวดโลหะและแผ่นโลหะบางในระหว่างการดึงเย็นและการรีดเย็น อุณหภูมิในการให้ความร้อนโดยทั่วไปจะต่ำกว่าอุณหภูมิที่เหล็กเริ่มก่อตัวเป็นออสเทไนต์ประมาณ 50-150 องศาเซลเซียส วิธีนี้เท่านั้นที่จะขจัดปรากฏการณ์การแข็งตัวจากการทำงานและทำให้โลหะอ่อนตัวลง
5. การอบอ่อนด้วยกราไฟต์ ใช้ในการเปลี่ยนเหล็กหล่อที่มีซีเมนไทต์จำนวนมากให้เป็นเหล็กหล่อที่ขึ้นรูปได้และมีความเหนียวดี กระบวนการนี้ประกอบด้วยการให้ความร้อนแก่เหล็กหล่อที่อุณหภูมิประมาณ 950 องศาเซลเซียส รักษาอุณหภูมิให้อุ่นเป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงปล่อยให้เย็นลงอย่างเหมาะสมเพื่อสลายซีเมนไทต์ให้กลายเป็นกราไฟต์แบบตกตะกอน
6. การอบแบบแพร่ (Diffusion annealing) ใช้ในการทำให้องค์ประกอบทางเคมีของชิ้นงานหล่อโลหะผสมเป็นเนื้อเดียวกันและปรับปรุงประสิทธิภาพ วิธีการนี้คือการอบชิ้นงานหล่อให้ร้อนถึงอุณหภูมิสูงสุดโดยไม่ให้หลอมละลาย เก็บรักษาความร้อนไว้เป็นเวลานาน แล้วค่อยๆ เย็นลงหลังจากที่องค์ประกอบต่างๆ ในโลหะผสมกระจายตัวและกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ
⑦ การอบอ่อนเพื่อคลายความเค้น ใช้เพื่อขจัดความเค้นภายในของชิ้นงานหล่อเหล็กและชิ้นส่วนเชื่อม สำหรับผลิตภัณฑ์เหล็ก อุณหภูมิต่ำกว่า 100-200℃ ซึ่งเป็นช่วงที่ออสเทไนต์เริ่มก่อตัวหลังจากให้ความร้อน และเย็นตัวลงในอากาศหลังจากอุ่นขึ้น จะสามารถขจัดความเค้นภายในได้