Sertleştirme işleminden sonra büyük çaplı çelik borular nasıl soğutulur?

Çelik borular sadece sıvı ve toz halindeki katı maddelerin taşınmasında, ısı enerjisi transferinde ve mekanik parçalar ile kapların yapımında kullanılmakla kalmaz, aynı zamanda ekonomik bir çelik türüdür. Çelik boruların bina yapısal ızgaraları, kolonları ve mekanik destekleri yapmak için kullanılması ağırlığı azaltır, %20-40 oranında metal tasarrufu sağlar ve fabrika benzeri mekanize inşaatı mümkün kılar. Çelik boruların yol köprüleri yapmak sadece çelik tasarrufu ve inşaatı basitleştirmekle kalmaz, aynı zamanda koruyucu kaplama alanını da büyük ölçüde azaltarak yatırım ve bakım maliyetlerinden tasarruf sağlar. Büyük çaplı çelik borular içi boş kesitlere sahiptir ve uzunlukları çelik borunun çapından veya çevresinden çok daha büyüktür. Kesit şekline göre yuvarlak, kare, dikdörtgen ve özel şekilli çelik borulara; malzemeye göre karbon yapısal çelik boru, düşük alaşımlı yapısal çelik boru, alaşımlı çelik boru ve kompozit çelik boruya; kullanım alanına göre ise taşıma boru hattı, mühendislik yapısı, termal ekipman için çelik borular, petrokimya endüstrisi, makine imalatı, jeolojik sondaj, yüksek basınçlı ekipman vb. olarak sınıflandırılır. Üretim sürecine göre, dikişsiz çelik borular ve kaynaklı çelik borular olmak üzere ikiye ayrılırlar; dikişsiz çelik borular ise sıcak haddelenmiş ve soğuk haddelenmiş (çekilmiş) olmak üzere ikiye ayrılır; kaynaklı çelik borular ise düz kaynaklı çelik borular ve spiral kaynaklı çelik borular olmak üzere ikiye ayrılır.

1. Büyük çaplı çelik boruların ısıl işlem süreci nedir?
(1) Isıl işlem sürecinde, büyük çaplı çelik boruların geometrik şeklindeki değişimin nedeni ısıl işlem gerilmesinin etkisidir. Isıl işlem gerilmesi nispeten karmaşık bir konudur. Sadece deformasyon ve çatlaklar gibi kusurların nedeni olmakla kalmaz, aynı zamanda iş parçalarının yorulma dayanımını ve hizmet ömrünü iyileştirmenin önemli bir yoludur.
(2) Bu nedenle, ısıl işlem stresinin mekanizmasını ve değişim kurallarını anlamak ve iç stresi kontrol etme yöntemlerine hakim olmak önemlidir. Isıl işlem stresi, ısıl işlem faktörleri (termal işlem ve yapısal dönüşüm süreci) nedeniyle iş parçasının içinde oluşan stresi ifade eder.
(3) İş parçasının hacminin tamamı veya bir kısmı içinde kendi kendine dengelenir, bu nedenle iç gerilim olarak adlandırılır. Isıl işlem gerilimi, etki şekline göre çekme gerilimi ve sıkıştırma gerilimi olarak ayrılır; etki süresine göre anlık gerilim ve artık gerilim olarak ayrılabilir; ve oluşum nedenine göre termal gerilim ve dokusal gerilim olarak ayrılabilir.
(4) Isıl stres, ısıtma veya soğutma işlemi sırasında iş parçasının çeşitli kısımlarındaki eş zamanlı sıcaklık değişimlerinden kaynaklanır. Örneğin, katı bir iş parçası için, ısıtıldığında yüzey her zaman çekirdekten daha hızlı ısınır ve soğutulduğunda çekirdek yüzeyden daha yavaş soğur. Bunun nedeni, ısı emiliminin ve dağılımının yüzey üzerinden iletilmesidir.
(5) Bileşimi ve organizasyonel durumu değişmeyen büyük çaplı çelik borular için, farklı sıcaklıklarda, doğrusal genleşme katsayısı sıfıra eşit olmadığı sürece, özgül hacim değişecektir. Bu nedenle, ısıtma veya soğutma işlemi sırasında, iş parçasının yüzeyi ile merkezi arasında bir boşluk oluşacaktır. Birbirini sıkıştıran iç gerilimler. Açıkça, iş parçası içinde oluşan sıcaklık farkı ne kadar büyükse, termal gerilim de o kadar büyük olur.

2. Sertleştirme işleminden sonra büyük çaplı çelik borular nasıl soğutulur?
(1) Sertleştirme işlemi sırasında, iş parçasının daha yüksek bir sıcaklığa ısıtılması ve daha hızlı bir oranda soğutulması gerekir. Bu nedenle, sertleştirme sırasında, özellikle sertleştirme soğutma işlemi sırasında, büyük termal gerilim oluşacaktır. 700°C'de ısıtıldıktan sonra suda soğutulduğunda, 26 mm çapındaki bir çelik bilyenin yüzeyinde ve merkezinde meydana gelen sıcaklık değişimleri.
(2) Soğumanın erken evresinde, yüzeyin soğuma hızı çekirdeğin soğuma hızını önemli ölçüde aşar ve yüzey ile çekirdek arasındaki sıcaklık farkı artmaya devam eder. Soğuma devam ettikçe, yüzeyin soğuma hızı yavaşlar, buna karşılık çekirdeğin soğuma hızı nispeten artar. Yüzey ve çekirdeğin soğuma hızları neredeyse eşit olduğunda, aralarındaki sıcaklık farkı büyük bir değere ulaşır.
(3) Sonrasında, çekirdeğin soğuma hızı yüzeyin soğuma hızından daha büyük olur ve yüzey ile çekirdek arasındaki sıcaklık farkı, çekirdek tamamen soğuduğunda sıcaklık farkı ortadan kalkana kadar kademeli olarak azalır. Hızlı soğuma sırasında termal gerilimin oluşma süreci.
(4) Soğumanın erken aşamasında, yüzey tabakası hızla soğur ve yüzey ile çekirdek arasında bir sıcaklık farkı oluşmaya başlar. Termal genleşme ve büzülmenin fiziksel özellikleri nedeniyle, yüzey hacminin güvenilir bir şekilde küçülmesi gerekir, ancak çekirdek sıcaklığı hala yüksek ve özgül hacim büyüktür; bu da yüzeyin serbestçe içeri doğru büzülmesini engelleyerek, yüzeyin gerildiği ve çekirdeğin sıkıştırıldığı bir termal gerilim oluşturur.
(5) Soğuma ilerledikçe, yukarıda belirtilen sıcaklık farkı artmaya devam eder ve buna bağlı olarak oluşan termal gerilim de artar. Sıcaklık farkı büyük bir değere ulaştığında, termal gerilim de büyük olur. Bu sırada termal gerilim, ilgili sıcaklık koşullarında çeliğin akma dayanımından düşükse, plastik deformasyona neden olmaz ve sadece eser miktarda elastik deformasyona yol açar.
(6) Daha fazla soğutma yapıldığında, yüzey tabakasının soğuma hızı yavaşlar, çekirdeğin soğuma hızı buna bağlı olarak hızlanır, sıcaklık farkı azalmaya eğilim gösterir ve termal gerilim de kademeli olarak azalır. Termal gerilim azaldıkça, yukarıdaki elastik deformasyon da buna bağlı olarak azalır.