Ang cold drawing, cold rolling, cold rolling, cold bending, cold expansion, at cold twisting ay pawang mga karaniwang pamamaraan ng pagproseso para sa paggawa ng mga tubo na hindi kinakalawang na asero o mga tubo na bakal na lumalaban sa init para sa mga heat exchanger, atbp. gamit ang mga tubo na bakal na walang tahi/welding na hindi kinakalawang na asero. Ang mahusay na plasticity ng hindi kinakalawang na asero, lalo na ang austenitic stainless steel, ay ginagawang madaling makamit ang nabanggit na cold working (CW); gayunpaman, ang lahat ng mga cold working na ito, tulad ng welding, ay hindi maiiwasang makakasira sa pagganap ng mga tubo na hindi kinakalawang na asero, lalo na ang resistensya sa kalawang o resistensya sa init. Ang pag-aalis, pagbabawas, o pagkontrol sa naturang pinsala ay palaging naging pokus ng atensyon sa paggawa at kasunod na pagproseso ng mga tubo na hindi kinakalawang na asero. Ang pangwakas na solusyon o annealing heat treatment bago ang paghahatid ay ang pinakaepektibong paraan upang maalis ang mga mapaminsalang epekto ng nabanggit na cold working. Gayunpaman, ang pamamaraang ito, sa isang banda, ay nangangailangan ng high-temperature heating at pickling treatment, na makabuluhang magpapataas sa gastos sa pagmamanupaktura at cycle ng produksyon. Bilang karagdagan, mayroon ding mga problema tulad ng paglabas, paggamot, at pagsusuri ng basurang gas at wastewater tulad ng acid mist. Samakatuwid, ang ilang mga tagagawa ay hindi isinasama ang prosesong ito upang mabawasan ang mga gastos o matugunan ang mga deadline. Bumibili ang ilang gumagamit ng mga ganitong produkto para makatipid ng pera, na lubhang hindi matalino at hindi kumikita. Sa kabilang banda, maaaring mahirap ipatupad ang prosesong ito para sa ilang partikular na produkto o kondisyon ng aplikasyon. Samakatuwid, ang pagkontrol sa antas ng cold working (cold working deformation) at pagsasagawa ng local low-temperature stress relief annealing ay naging dalawa pang praktikal na paraan upang mabawasan o makontrol ang mga mapaminsalang epekto nito, ngunit ang mga kondisyon ng aplikasyon ng mga ito, kabilang ang pagkakaiba sa mga uri ng bakal, ay kontrobersyal pa rin.
1. Pinsala at pag-aalis ng malamig na pagtatrabaho sa pagganap ng mga tubo na hindi kinakalawang na asero
1.1 Ang pinsala sa pagganap ng mga tubo ng hindi kinakalawang na asero sa pamamagitan ng cold working na nakakamit sa pamamagitan ng plastic deformation sa temperatura ng silid ay magdudulot ng cold work hardening, ibig sabihin, ang katigasan at lakas ng materyal ay tumataas, at ang orihinal na plasticity ng materyal ay bahagyang o ganap na mawawala, at hindi maiiwasang masisira nito ang resistensya sa kalawang o resistensya sa init ng materyal.
1.2 Mga Paraan upang Maalis ang Pinsala
Ang huling solusyon sa paggamot ng init ng mga tubo na austenitic at duplex stainless steel bago ang paghahatid, at ang huling annealing heat treatment ng mga tubo na ferritic stainless steel bago ang paghahatid, ay pawang naglalayong epektibong maalis ang pinsala sa pagganap na dulot ng nabanggit na cold working at welding at iba pang hot working. Ito ang dahilan kung bakit itinatakda ng mga pamantayan ng tubo na hindi kinakalawang na asero ng karamihan sa mga bansa, lalo na ang mga pamantayan ng European unified stainless steel pipe, na ang lahat ng mga tubo na walang tahi na hindi kinakalawang na asero ay dapat ibigay sa isang solidong solusyon o annealed state. Iniulat ng mga lokal na gumagamit na ang mga 316L austenitic stainless steel seamless pipe ay natagpuang may pitting corrosion sa sandaling ibabad ang mga ito sa tubig-dagat (ang 316L ay hindi isang mainam na materyal para sa kalawang o pagbabad sa tubig-dagat, ngunit hindi normal na makahanap ng pitting corrosion pagkatapos ng isang pagbabad). Ang huling solusyon sa paggamot o hindi sapat na paggamot ay malamang na isang "murang produkto". Ang huling solusyon o annealing heat treatment ay isang napakahalaga at kailangang-kailangan na proseso sa paggawa ng mga tubo na walang tahi na hindi kinakalawang na asero.
2. Malamig na pagbaluktot at paggamot sa init para sa pag-alis ng stress sa mga tubo na hindi kinakalawang na asero
Ang cold bending ay isang karaniwang paraan ng cold processing para sa mga tubo na hindi kinakalawang na asero, na maaaring gawin ng mga tagagawa ng tubo na bakal, mga gumagamit, o mga propesyonal na tagagawa ng pipe fitting. Ang pagsasagawa o hindi ng stress relief heat treatment pagkatapos ng cold bending at kung paano magsagawa ng heat treatment ay kadalasang pinagtatalunan sa pagitan ng mga tagagawa o gumagamit sa mga order. Ang isyung ito ay itinakda na sa mga dayuhang pamantayan ng pipeline, ngunit may ilang mga puntong dapat talakayin.
2.1 Paggamot sa malamig na pagbaluktot at pag-alis ng stress sa init ng mga tubo na hindi kinakalawang na asero
Ang cold bending ay isang karaniwang paraan ng cold processing para sa mga tubo na hindi kinakalawang na asero, na maaaring gawin ng mga tagagawa ng tubo na bakal, mga gumagamit, o mga propesyonal na tagagawa ng pipe fitting. Ang pagsasagawa o hindi ng stress relief heat treatment pagkatapos ng cold bending at kung paano magsagawa ng heat treatment ay kadalasang pinagtatalunan sa pagitan ng mga tagagawa o gumagamit sa mga order. Ang isyung ito ay itinakda na sa mga dayuhang pamantayan ng pipeline, ngunit may ilang mga puntong dapat talakayin.
2.2 Para sa mga aplikasyon na nakakayanan ang mga cyclic load o mga kapaligirang may stress corrosion
Tungkol sa mga aplikasyon na nakakayanan ang mga cyclic load o stress corrosion environment, ang mga regulasyon ng mga pamantayang Europeo at Amerikano ay bahagyang magkaiba. Itinatakda ng pamantayang Amerikano na para sa mga materyales na may mga kinakailangan sa impact test, dapat isagawa ang stress relief o solid solution treatment kapag ang pinakamataas na kinakalkulang fiber elongation ay 5% pagkatapos ng pagbaluktot o kapag may iba pang mga kinakailangan. Ang mga U-shaped tube na ginagamit sa mga heat exchanger tulad ng mga feedwater heater at condenser sa mga power plant na gumagana sa high-temperature at high-pressure water/steam media ay sensitibo sa stress corrosion cracking dahil sa chloride ions at oxygen content sa medium. Samakatuwid, ang dalawa (ang tanging sa mundo) na pamantayang Amerikanong ASTMA688/A688M at A803/A803M para sa mga stainless steel seamless at welded steel pipe para sa mga feedwater heater, at ang pamantayang JISG3463 ng Japan para sa mga stainless steel pipe para sa mga boiler at heat exchanger ay nagtatakda na maaaring hilingin ng mga gumagamit na ang mga U-shaped tube ay dapat sumailalim sa lokal na stress relief heat treatment pagkatapos ng pagbaluktot. Itinatakda ng pamantayan sa paggawa ng nuclear reactor ng Pransya na RCC-M3319 na ang mga hugis-U na tubo ay dapat pumasa sa MgCl2 stress corrosion test pagkatapos ng pagbaluktot upang matukoy kung kinakailangan ang stress relief heat treatment pagkatapos ng pagbaluktot.
3. Mga baluktot na tubo at mga baluktot na heat exchanger
Isang heat exchanger na binubuo ng mga twisted tubes (twisted cold-worked tubes, TwistedTube) ang ginagamit sa ibang bansa. Ang mga katangian nito ay ang isang tubo ng bakal ay pinipilipit sa 60° bawat pitch, at 7 tubo ng bakal ang bumubuo ng isang twisted heat exchanger unit. Sinasabing ang mga bentahe nito ay ang siksik na istraktura, mataas na thermal efficiency, at maaaring mabawasan ang dead zone ng outer flow stagnation. Ito ay isang mainam na istraktura para sa mga heat exchanger sa makikipot na espasyo. Ipinapakita ng pagkalkula at pagsusuri na ang plastic deformation na nabuo sa pamamagitan ng twisting cold working ay 4%~14% lamang, at ang temperatura ng pagtatrabaho nito ay hindi hihigit sa 540℃. Ayon sa mga probisyon ng "ASME Boiler and Pressure Vessel Code", hindi kinakailangan ang stress relief annealing. Gayunpaman, pagkatapos ng stress corrosion testing ayon sa pamantayan ng ASTMG36, napatunayan na ang 316 at 321 austenitic stainless steel twisted tubes ay dapat sumailalim sa stress relief annealing o solution annealing upang makakuha ng mahusay na stress corrosion resistance, at ang performance ng 321 stainless steel pipes ay mas mahusay kaysa sa 316 stainless steel pipes.
4. Duplex stainless steel twisted tubes at U-tubes
Ipinakita ng mga resulta ng pagsubok sa ibang bansa na hindi angkop na magsagawa ng stress relief annealing sa mga duplex stainless steel twisted tubes o U-tubes. Ang kasalukuyang mga resulta ng pagsubok ay nangangailangan ng R≥5.33d0 para sa 2205 duplex stainless steel pipes, ngunit R≥1.5d0 para sa 2507 super duplex stainless steel pipes. Ang mga dahilan ay: ① Ang duplex stainless steel ay may mahusay na resistensya sa pitting at stress corrosion, at kung mas mataas ang pitting equivalent PRE value, mas mabuti ang stress corrosion resistance ng materyal. ② Ang lokal na low-temperature stress relief annealing ay makakaapekto sa phase equilibrium at intermetallic compounds ng matrix, ibig sabihin, ang presipitasyon ng brittle phases ay magdudulot ng mas malaking pinsala sa corrosion resistance. Ipinapakita ng mga resulta ng pananaliksik na ito na ang mga duplex stainless steel pipes ay maaaring isang mas angkop na materyal para sa mga heat exchanger, at ito rin ang batayan para sa mga pamantayan ng American Welding Society at ASMEB31.3 na maging maingat tungkol sa kanilang mga regulasyon sa heat treatment.
5. Paraan ng pag-annealing para sa pag-alis ng stress ng mga tubo na hugis-U
Ang mga lokal at dayuhang pamamaraan ay gumagamit ng resistance heating o local heating sa pugon upang magsagawa ng local stress relief annealing sa mga hugis-U na tubo, ngunit kung aling pamamaraan ang mas epektibo o makatwiran ang kadalasang pinagtatalunan. Ipinapakita ng mga pinakabagong resulta ng pananaliksik sa Estados Unidos na ang resistance heating ay isang mas makatwiran at epektibong pamamaraan. Ang mga dahilan ay ang mga sumusunod: ① Ang power frequency alternating current ay maaaring direktang ipasok mula sa hugis-U na tubo na may cutting point na 250mm ang layo sa pamamagitan ng clamping electrode, at ang bent tube section ay maaaring painitin sa 1010~1065℃ sa maikling panahon (mga 10s), na may napakababang konsumo ng enerhiya; ② Ang optical pyrometer ay maaaring gamitin upang awtomatikong kontrolin ang temperatura ng heating zone; ③ Ang panloob na dingding ay pinupuno ng Ar gas upang epektibong maiwasan ang oksihenasyon; ④ Pagkatapos ng pag-init, maaaring gamitin ang forced air cooling upang mabilis na lumamig sa ibaba 425℃ sa loob ng 2~3min, na nagpapakita ng dilaw o mapusyaw na asul, manipis at siksik na oxide film, na maaaring matugunan ang mataas na pamantayan ng mga kinakailangan sa paggamit nang walang pag-aatsara.
6. Konklusyon
(1) Ang cold processing tulad ng cold drawing at cold rolling ay magdudulot ng cold hardening ng stainless steel, lalo na ang austenitic stainless steel, at magdudulot ng lattice dislocation, martensitic phase transformation, carbide precipitation, pagtaas ng magnetism, at residual stress, kaya binabawasan ang resistensya nito sa kalawang. Ang annealing o solution heat treatment pagkatapos ng cold working ay maaaring epektibong mag-alis ng mga masamang epektong ito; samakatuwid, ang mga seamless pipe ng austenitic stainless steel at malalim na cold processed stainless steel welded pipe ay dapat ibigay sa isang solution o annealed state upang epektibong matiyak ang resistensya nito sa kalawang.
(2) Bukod sa stress corrosion cracking at mga kondisyon sa kapaligiran kung saan may panganib ng corrosion fatigue dahil sa alternating stress, ang pagkontrol sa antas ng cold working ay isa pang paraan upang maiwasan ang mga masamang epekto nito. Ito ay lalong mahalaga para sa lokal na cold work tulad ng cold bending at cold expansion, na mahirap i-anneal. Hangga't ang cold bending radius ng austenitic stainless steel pipes ay kinokontrol na hindi bababa sa 1.5d0, at ang cold bending radius ng ferritic at duplex stainless steel pipes ay mas malaki sa 2.5d0, sa pangkalahatan ay hindi kinakailangang magsagawa ng stress relief annealing pagkatapos ng cold bending.
(3) Para sa mga baluktot na nangangailangan ng resistensya sa stress corrosion cracking, tulad ng mga U-shaped austenitic stainless steel bends para sa mga heat exchanger na gumagana sa ilalim ng mataas na temperatura at mataas na presyon ng tubig o singaw, dapat isagawa ang epektibong stress relief annealing pagkatapos ng cold bending anuman ang laki ng cold bending radius.
(4) Ang 06Cr19Ni11Ti (321) na hindi kinakalawang na asero ay may mas mahusay na resistensya sa stress corrosion cracking kaysa sa 316L at isang mas angkop na materyal ng austenitic steel pipe para sa mga U-tube heat exchanger. Ang mga duplex stainless steel U-tube ay hindi angkop o hindi dapat sumailalim sa local stress relief annealing pagkatapos ng cold bending o twisting.
(5) Ang mga tubo na hindi kinakalawang na asero na baluktot at malamig ay maaaring bumuo ng isang bagong uri ng heat exchanger na may siksik na istraktura at mas mataas na kahusayan sa pagpapalit ng init, na nararapat sa atensyon ng mga kaugnay na departamento ng disenyo at aplikasyon.
(6) Ang mga duplex stainless steel U-tube ay hindi angkop o hindi dapat sumailalim sa local stress relief annealing pagkatapos ng cold bending o twisting.
(7) Ang resistance heating ay isang lokal na paraan ng paggamot sa init na nakakabawas ng stress na mas nakakatipid ng enerhiya at oras kaysa sa hindi direktang pag-init sa pugon, madaling maisakatuparan ang awtomatikong kontrol, at dapat isulong bilang isang prayoridad.
(8) Ang mga pamantayan ng pipeline sa Europa at Amerika (ASMEB31.1-2012, ASMEB31.3-2012, BSEN13480-4:2012) ay may ilang na-update at detalyadong regulasyon sa paggamot sa init ng mga tubo na hindi kinakalawang na asero pagkatapos ng malamig/mainit na pagbubuo, na nararapat na bigyan ng mataas na pansin.
Oras ng pag-post: Nob-06-2024