Способ термической обработки длинномерных изделий
Владельцы патента RU 2421527:
Общество с ограниченной ответственностью "Группа Полимертепло" (ООО "Группа Полимертепло") (RU)
Изобретение относится к технологии термообработки изделий из стали, преимущественно из высоколегированной стали. Изобретение может быть использовано при термообработке труб, в частности гофрированных труб, и других цилиндрических изделий различного сечения, в том числе сварных. Для улучшения коррозионной стойкости изделий и предотвращения коррозионного растрескивания изделий под влиянием остаточных механических напряжений при сохранении неизменной питтингостойкости изделия и предупреждении появления окалины осуществляют термическую обработку длинномерных изделий, которая включает индукционный нагрев при прохождении изделий через индукторы и последующее принудительное охлаждение. Нагрев ведут в среде инертного газа в две стадии. На первой стадии проводят нагрев до температуры в интервале 750-800°С при скорости нагрева 12-33°С/сек, а на второй стадии - до температуры в интервале 850-900°С при скорости нагрева 0,8-6,2°С/сек. Скорость движения изделия составляет 1-2,5 м/мин, а время нагрева на каждой стадии 24-60 сек. Охлаждение производят со скоростью 13-35°С/сек. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к технологиям термообработки изделий из стали, преимущественно из высоколегированной стали, и может быть использовано при термообработке труб, в частности гофрированных труб, и других цилиндрических изделий различного сечения, в том числе сварных.
Известен способ термической обработки длинномерных изделий, включающий индукционный нагрев и последующее охлаждение, при этом нагрев изделия осуществляют до температуры в интервале от (Ac1+25)°C до (Ас3-25)°С со скоростями от 500 до 1000°С/с, а охлаждение производят с интенсивностью теплоотвода (20-40)·103 Вт/м2·°С (RU, 2231563 С1, МПК7 С21D 1/42, 27.06.2004).
Данный способ обеспечивает получение определенной структуры материала, которая обладает повышенной прочностью и упругостью, по крайней мере, не ниже исходной. Однако недостатком известного способа является отсутствие улучшения коррозионной стойкости изделия к растрескиванию путем устранения остаточных напряжений.
Известен также способ термической обработки трубы, в котором индукционный нагрев осуществляют в несколько стадий с использованием нескольких последовательно соосно расположенных индукторов (JP, 54110113 А, МПК C21D 1/18, 29.08.1979). Данный способ закалки заключается в последовательной многостадийной термической обработке стали, на первой стадии которой материал нагревается до определенной температуры, а затем на 2-ой и последующих стадиях выдерживается при более высокой температуре. Способ применяется для получения материала определенной структуры.
Недостатком данного способа является также отсутствие улучшения коррозионной стойкости изделия к растрескиванию путем устранения остаточных напряжений сложность процесса и оборудования, большой расход электроэнергии.
Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение с помощью минимального количества технологических операций и при минимальном расходе электроэнергии коррозионной стойкости стальных длинномерных изделий и предотвращение коррозионного растрескивания изделий под влиянием остаточных механических напряжений при сохранении неизменной питтингостойкости изделия и предупреждении появления окалины.
Способ термической обработки длинномерных изделий согласно изобретению заключается в том, что осуществляют индукционный нагрев и последующее принудительное охлаждение, причем нагрев осуществляют в среде инертного газа в две стадии, при этом на первой стадии осуществляют нагрев до температуры в интервале 750-800°С при скорости нагрева 12-33°C/сек, а на второй стадии - до температуры в интервале 850-900°С при скорости нагрева 0,8-6,2°C/сек, причем скорость движения изделия составляет 1-2,5 м/мин, время нагрева на каждой стадии - 24-60 сек, а охлаждение производят со скоростью 13-35°C/сек.
В способе термической обработки согласно изобретению среду инертного газа создают путем подачи инертного газа во внутренний объем изделия.
Отличие предлагаемого способа от известных из уровня техники заключается в режимах проведения операций нагрева и охлаждения: скорости нагрева, температуры нагрева, среды, в которой производят нагрев, интенсивности охлаждения.
Технический эффект достигается новой, не известной из уровня техники совокупностью режимов термообработки, учитывающих скорость движения и геометрию изделия.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Изделие, подлежащее термической обработке, подают в два последовательно расположенных проходных индуктора непрерывного действия. При прохождении изделия через индукторы осуществляют двухстадийный индукционный нагрев изделия токами высокой частоты. При прохождении сквозь первый индуктор (первая стадия) изделие нагревают до температуры в интервале 750-800°С со скоростью нагрева 12-33°C/сек, при этом происходит резкое снижение уровня остаточных напряжений. При прохождении сквозь второй индуктор (вторая стадия) изделие нагревают до температуры в интервале 850-900°С при скорости нагрева 0,8-6,2°C/сек. Скорость движения изделия сквозь индукторы равна 1-2,5 м/мин, время нагрева на каждой стадии 24-60 сек. При нагреве изделия во время прохождения сквозь индукторы внутрь цилиндрического изделия подают инертный газ. На выходе из второго индуктора изделие подают в охлаждающее устройство, где осуществляют его принудительное воздушное охлаждение со скоростью 13-35°C/сек.
Пример 1.
Производят термическую обработку гофрированной трубы из нержавеющей высоколегированной стали типа 1,4301 с внутренним диаметром 127 мм и толщиной стенки 0,9 мм. Трубу подают в два последовательно расположенных проходных индуктора непрерывного действия. Скорость движения трубы составляет 1,33±0,15 м/мин. В первом индукторе трубу нагревают до температуры 770°С при скорости нагрева 16,5°C/сек. Затем во втором индукторе осуществляют нагрев трубы до температуры 900°С при скорости нагрева 2,9°C/сек. Время нагрева на каждой стадии равно 45 сек. При этом нагрев в обоих индукторах осуществляют в среде инертного газа (аргон Аr), который подают во внутренний объем трубы. Далее трубу перемещают в охлаждающее устройство, где ее охлаждают воздухом до температуры 70°С при скорости охлаждения 18,4°C/сек. Затем трубу передают на дальнейшие технологические операции. В таблице 1 представлены данные по примеру 1.
| Таблица 1 | |||||||
| Внутренний диаметр трубы, мм | Толщина стенки трубы, мм | Скорость движения трубы, м/мин | Температура нагрева 1 индуктора Т1, °С | Скорость нагрева на первом индук., °С/сек | Температура нагрева 2 индуктора Т2, °С | Скорость нагрева на втором индук., °С/сек | Время нагрева на каждой ступени, сек |
| 127 | 0,9 | 1,33±0,15 | 770 | 16,5 | 900 | 2,9 | 45 |
Пример 2.
Производят термическую обработку гофрированной трубы из нержавеющей высоколегированной стали типа 1,4301 с внутренним диаметром 48 мм и толщиной стенки 0,5 мм. Трубу подают в два последовательно расположенных проходных индуктора непрерывного действия. Скорость движения трубы составляет 2,0±0,2 м/мин. В первом индукторе трубу нагревают до температуры 800°С при скорости нагрева 25,8°C/сек. Затем во втором индукторе осуществляют нагрев трубы до температуры 850°С при скорости нагрева 1,7°C/сек. Время нагрева на каждой стадии равно 30 сек. При этом нагрев в обоих индукторах осуществляют в среде инертного газа (аргон Аr), который подают во внутренний объем трубы. Далее трубу перемещают в охлаждающее устройство, где ее охлаждают воздухом до температуры 70°С при скорости охлаждения 23,3°C/сек. Затем трубу передают на дальнейшие технологические операции. В таблице 2 представлены данные по примеру 2.
| Таблица 2 | |||||||
| Внутренний диаметр трубы, мм | Толщина стенки трубы, мм | Скорость движения трубы, м/мин | Температура нагрева 1 индуктора Т1, °С | Скорость нагрева на первом индук., °C/сек | Температура нагрева 2 индуктора Т2, °С | Скорость нагрева на втором индук., °C/сек | Время нагрева на каждой ступени, сек |
| 48 | 0,5 | 2,0±0,2 | 800 | 25,8 | 850 | 1,7 | 30 |
В таблице 3 представлены сравнительные данные испытаний на коррозионное растрескивание под напряжением согласно ГОСТ 26294-84 «Соединения сварные. Методы испытаний на коррозионное растрескивание» образцов высоколегированных нержавеющих сталей марок 1,4301 и 1,4404, подвергнутых термообработке по предлагаемому способу и не подвергнутых таковой.
| Таблица 3. | ||
| Марка стали | Характеристика образца | Время до появления первой трещины, час |
| 1,4301 | без термообработки | 4 |
| "-" | с термообработкой | >1000 |
| 1,4404 | без термообработки | 20 |
| "-" | с термообработкой | >1000 |
Представленные в таблице 3 данные показывают, что совокупное влияние скорости и температуры нагрева, а также интенсивности охлаждения при заданных скоростях движения изделия, позволяет эффективно перераспределять и снимать напряжения I и II рода в объеме изделия и по границам зерен, устраняя, тем самым, склонность данных марок стали к растрескиванию под напряжением. Термообработанные в данном режиме стали демонстрируют увеличение времени до появления первой трещины в 50-250 раз в зависимости от марки стали и могут быть признаны несклонными к коррозионному растрескиванию под напряжением согласно ГОСТ 26294-84 «Соединения сварные. Методы испытаний на коррозионное растрескивание». В то же время, за счет нагрева стали в среде инертного газа, питтингостойкость стали остается практически неизменной, т.к. за счет кратковременности нагрева структура стали не претерпевает изменений и остается аустенитной. Вместе с тем способ реализуют небольшим количеством оборудования, а двухстадийность процесса, малое время нагрева и предлагаемое сочетание температур по стадиям обеспечивает эффективное использование электроэнергии и возможность гибко регулировать процесс в зависимости от диаметра и толщины стенки трубы.
При термообработке гофрированных стальных труб разработанные режимы термической обработки позволяют также достичь минимального температурного перепада между вершиной и впадиной гофры, что обеспечивает необходимую равномерность обработки и стабильность коррозионной стойкости по всему сечению труб.
Способ термической обработки длинномерных изделий согласно изобретению обеспечивает увеличение стойкости высоколегированной стали к коррозионному растрескиванию под напряжением в 50-250 раз. Способ обеспечивает сохранение аустенитной структуры стали, механическую прочность, пластичность и твердость стали на исходном уровне. Способ показывает эффективное энергопотребление, реализуется небольшим количеством оборудования, легко переналаживается в зависимости от скорости подачи изделия и его характеристик (толщина стенки, марка стали, поперечный профиль).
1. Способ термической обработки длинномерных изделий, включающий индукционный нагрев при прохождении изделия через индукторы и последующее принудительное охлаждение, отличающийся тем, что нагрев осуществляют в среде инертного газа в две стадии, при этом на первой стадии осуществляют нагрев до температуры в интервале 750-800°С при скорости нагрева 12-33°С/с, а на второй стадии - до температуры в интервале 850-900°С при скорости нагрева 0,8-6,2°С/с, причем скорость движения изделия составляет 1-2,5 м/мин, а время нагрева на каждой стадии 24-60 с, при этом охлаждение производят со скоростью 13-35°С/с.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инертный газ подают во внутренний объем изделия.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осуществляют термообработку гофрированной трубы из нержавеющей высоколегированной стали.
