Почему линии термообработки определяют качество труб
Для обсадных, насосно-компрессорных, линейных и напорных труб механические свойства, которые испытывает заказчик, создаются на линии термообработки, а не на прокатном стане. Производственная линия термообработки принимает формованную, сваренную или прошивную трубу, повторно нагревает ее до нужной температуры аустенизации, закаливает ее с контролируемой скоростью, а затем отпускает ее для достижения заданного сочетания предела текучести, прочности на разрыв, удлинения, твердости и ударной вязкости.
Поскольку требования таких стандартов, как API 5CT и различные спецификации труб ASTM, проверяются на готовой длине, каждый этап линии должен быть повторяемым. Компоновка печи, способ транспортировки труб и однородность закалочного спрея определяют, сможет ли завод удержать узкий диапазон свойств по всему заказу.
Преимущества печи с шагающим-лучом
Печь с шагающим-лучом — это тип печи, наиболее широко используемый на линиях термообработки труб, и ее преимущества напрямую зависят от способа передачи рабочей нагрузки.
Высокая производительность. Печь с шагающим-балочным лучом представляет собой печь непрерывного действия, поэтому часовая производительность может превышать 50 т на хорошо-нагруженной линии, и она обрабатывает широкий диапазон диаметров и длин труб без перенастройки-печи.
Быстрый и равномерный нагрев. Печь работает на газе или жидком топливе и передает тепло трубе как излучением, так и конвекцией. Трубы опираются на фиксированные и подвижные балки в поднятом положении, поэтому они окружены горячим газом, а не лежат в холодном месте.
Равномерная температура трубы. Однородность температуры по всей-длине на выходе из печи поддерживается в узком диапазоне вокруг заданного значения, обычно в пределах плюс-минус 15 градусов Цельсия. Равномерность достигается за счет того, что каждый шаг шагающей балки вперед поворачивает трубу на небольшой угол, поэтому ни одна сторона трубы не остается обращенной к горелкам.
Низкая деформация. Поскольку термический цикл равномерный, кривизна и овальность на выходе из печи невелики. Это создает размерные условия, необходимые для прямой закалки, а также для последующей калибровки и правки.
Простота эксплуатации и автоматизации. За состоянием горелки и положением трубы в печи легко наблюдать, цикл шагов можно синхронизировать с секциями закалки и отпуска, а всю последовательность можно запускать из единой системы управления.
Типичная конфигурация линии
| Этап | Функциональные и контрольные точки |
|---|---|
| Зарядный стол | Труба идентифицируется по номеру плавки, расстояние установлено для равномерного воздействия атмосферы печи. |
| Аустенитизационная печь | Транспортировка шагающего-балки, заданное значение и время выдержки соответствуют марке, толщине стенки и техническим характеристикам. |
| Блок закалки | Внешнее или внутреннее-внешнее распыление, температура воды, расход и давление контролируются для обеспечения воспроизводимой скорости охлаждения. |
| Закалочная печь | Температура и время отпуска выбираются с учетом заданного предела текучести и диапазона твердости. |
| Охлаждающая кровать | Контролируемое воздушное охлаждение, позволяющее избежать второго неконтролируемого теплового цикла. |
| Выпрямление и калибровка | Ротационная или прессовая правка до допустимого допуска прямолинейности. |
| Инспекция | Не-неразрушающий контроль, измерение твердости, механические испытания образца и гидростатические испытания. |
Влияние на конечные свойства трубы
Температура отпуска является основным рычагом прочности. Более низкие температуры отпуска повышают текучесть и прочность на разрыв, но уменьшают удлинение и ударную вязкость; более высокие температуры действуют наоборот. Поэтому линия должна эксплуатироваться внутри окна, в котором требования к прочности, предел твердости и требования к ударной нагрузке удовлетворяются одновременно. Для марок с пределом твердости, таких как марки обсадных труб и труб с контролируемой-твердостью, цикл отпуска также является основным средством поддержания готового продукта ниже предельного уровня.
Скорость охлаждения во время закалки контролирует прокаливаемость. Слишком медленная закалка оставляет мягкую ферритную структуру с плохой прочностью; слишком сильная закалка увеличивает остаточное напряжение и деформацию, а также повышает риск закалочного растрескивания тяжелых стенок или нагревания с высоким-углеродом. Равномерность распыления по длине трубы имеет такое же значение, как и средняя скорость охлаждения, поскольку при неоднородной закалке получается длина, которую невозможно выпрямить до допуска.
Точки эксплуатации и обслуживания
Температуру печи необходимо контролировать с помощью калиброванных термопар, расположенных так, чтобы отображать рабочую нагрузку, а не только атмосферу печи, и обследование следует повторять через определенные промежутки времени. При регулировке горелки атмосфера остается слегка окислительной, чтобы защитить стальную поверхность и избежать появления чрезмерной накипи, а соотношение топлива-к-воздуху регулируется, чтобы поддерживать заданное значение с минимальным отклонением при смене продукта.
На участке закалки состояние сопла, чистота фильтра и производительность насоса требуют регулярной проверки, поскольку частично заблокированное сопло немедленно проявляется в виде разброса результатов по твердости и растяжению. Время шагового цикла шагающей балки должно быть согласовано с закалочной способностью, чтобы труба не оставалась в атмосфере печи после достижения температуры. Правку проводят после отпуска, поскольку правка закаленной, неотпущенной трубы создаст высокие остаточные напряжения и может привести к замедленному растрескиванию.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Почему печь с шагающим-лучом предпочтительнее печи с роликовым-подом для труб?
Конструкция с шагающей-балкой поддерживает и вращает трубу, поэтому по всей окружности наблюдается одинаковая атмосфера в печи, а распределение температуры по длине остается равномерным. Этой однородности трудно достичь, когда труба постоянно опирается на вращающиеся ролики.
Вопрос: Какую производительность можно ожидать от линии термообработки труб?
Производительность современной непрерывной линии с печью с шагающим-балочным лучом может превышать 50 т в час, в зависимости от диаметра трубы, толщины стенок, длины печи и времени выдержки, требуемого техническими условиями.
Вопрос: Насколько равномерна температура по трубе на выходе из печи?
Хорошо-контролируемые линии удерживают изменение всей-длины в пределах плюс-минус 15 градусов Цельсия от заданного значения, которое обычно достаточно плотное, чтобы последующая закалка обеспечивала одинаковые свойства по всей длине.
Вопрос: Изменяет ли термообработка размеры трубы?
Он может. Закалка вызывает термическое напряжение, которое может вызвать овальность или искривление, поэтому правильно спроектированная линия сохраняет небольшую деформацию за счет равномерного нагрева и равномерного охлаждения, а затем восстанавливает прямолинейность путем контролируемого выпрямления после отпуска.
Вопрос: Какие стандарты определяют параметры термообработки?
Спецификация продукта делает это. API 5CT для обсадных труб и труб, а также соответствующие спецификации труб ASTM определяют механические свойства, пределы твердости и испытания, которым должен соответствовать цикл термообработки.
Вопрос: Может ли одна линия обрабатывать трубы как из углеродистой, так и из легированной стали?
Да, при условии, что заданные значения, время выдержки, скорости закалки и температуры отпуска изменены и аттестованы для каждой марки. Марки сплавов обычно требуют более высоких температур аустенизации, более строгого контроля атмосферы и более тщательного контроля за закалкой.
