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大口徑鋼管的淬火過程後如何冷卻?

2020-04-28 08:19:00

鋼管不僅用於運送流體和粉狀固體、交流熱能、製作機械零件和容器,它還是一種經濟鋼材。用鋼管製作建築結構網架、支柱和機械支架,能夠減輕分量,節省金屬20~40%,而且可實現工廠化機械化施工。用鋼管製作公路橋梁不但可節省鋼材、簡化施工,而且可削減塗保護層的麵積,節省投資和維護費用。大口徑鋼管具有空心截麵,其長度遠大於直徑或周長的鋼材。按截麵形狀分為圓形、方形、矩形和異形鋼管;按材質分為碳素結構鋼鋼管、低合金結構鋼鋼管、合金鋼鋼管和複合鋼管;按用途分為運送管道用、工程結構用、熱工設備用、石油化工工業用、機械製作用、地質鑽探用、高壓設備用鋼管等;按生產工藝分為無縫鋼管和焊接鋼管,其中無縫鋼管又分熱軋和冷軋(拔)兩種,焊接鋼管又分直縫焊接鋼管和螺旋縫焊接鋼管。

一、大口徑鋼管的熱處理過程是怎樣的?

(1)在熱處理過程中,引起大口徑鋼管幾何形狀改變的原因,是熱處理應力作用所致。熱處理應力是比較複雜的問題,它既是產生變形和裂紋等缺陷的原因,也是提高工件疲勞強度和使用壽命的重要手段。

(2)因此,了解熱處理應力產生的機理和變化規律,並掌握控製內應力的方法是很重要的。熱處理應力是指由於熱處理因素(熱過程和組織轉變過程),在工件內部產生的應力。

(3)它是在工件的整體內或部分體積內自相平衡的,故稱為內應力。熱處理應力按其作用的性質分為張應力和壓應力;按其作用的時間可分為瞬時應力和殘餘應力y而按其形成的原因則分為熱應力和組織應力。

(4)熱應力是由於在加熱或冷卻過程中,工件內各部位溫度變化的不同時性所形成的。例如對於一個實心工件來說,加熱時總是表麵要比心部熱得快,而冷卻時心部要比表麵冷得慢,這是因為熱量的吸收和散失都是通過表麵進行傳導的。

(5)成分和組織狀態都不發生變化的大口徑鋼管,處於不同溫度時,隻要線膨脹係數不等於零,都會引起比容的變化,因而在加熱或冷卻過程,在工件表心之間會產生相互張壓的內應力。顯然,工件內產生的溫度差愈大,熱應力愈大。

二、大口徑鋼管的淬火過程後如何冷卻?

(1)淬火過程工件要加熱至較高的溫度,采取較快的速度冷卻,故在淬火時,尤其是在淬火冷卻過程,會產生很大的熱應力。直徑為26毫米的鋼球,經700°C加熱後在水中冷卻時,表麵和心部的溫度變化情況。

(2)冷卻初期,表麵的冷卻速度顯著超過心部,表心溫度差不斷增大。繼續冷卻時,表麵的冷卻速度減慢,而心部的冷卻速度相對地增快,當表麵和心部的冷速近於相等時,它們的溫度差達到了大值。

(3)隨後,心部的冷卻速度大於表麵的冷卻速度,表心的溫度差逐漸減小,直至心部冷透時,溫度差也全部消失。在急冷情況下產生熱應力的過程。

(4)冷卻初期,表層冷卻,它與心部之間開始產生溫度差。由於熱脹冷縮的物理特性,表層體積要收縮,而心部溫度尚高,比容較大,會阻礙表層向內自由收縮,因而形成了表層受張、心部受壓的熱應力。

(5)隨著冷卻的進行,上述溫度差繼續增大,產生的熱應力也相應增加,當溫度差達到較大值時,熱應力也大。如果這時的熱應力,低於鋼在相應溫度條件下的屈服強度,不會引起塑性變形,僅產生微量的彈性變形。

(6)進一步冷卻時,表層冷卻速度減慢,心部的冷速相應地加快,溫度差趨於減小,熱應力也逐漸降低。隨著熱應力的降低,上述彈性變形也相應減小。

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