Термическую обработку широко применяют в трубном производстве для улучшения пластических свойств и механических характеристик металла труб. Термическая обработка применяется как для готовых изделий, так и на промежуточных стадиях изготовления труб. От правильного режима нагрева металла зависит качество получаемых из него изделий: их структура, внешний вид и механические свойства.
Тепло, воспринимаемое поверхностью нагреваемой стальной трубы, передается от наружной поверхности трубы к внутренней за счет теплопроводности. При очень быстром нагреве тепло не успевает распространиться с наружной к внутренней поверхности трубы. В связи с этим возникает большая разность в температурах наружной и внутренней поверхностей, и температурное расширение внутренней поверхности отстает от расширения наружной. Поэтому между наружной и внутренней поверхностью создаются так называемые температурные напряжения. При большой разности температур эти напряжения возрастают до такой величины, что в трубах могут появиться трещины. Поэтому трубы необходимо нагревать равномерно с определенной скоростью.
В современном трубном производстве печи не могут произвести качественную термообработку, по завершении которой труба должна обладать определенными характеристиками. Рассмотрим на примере трубы изготовленной из стали 20, плотностью 7800 кг/м . Трубы должны иметь твердость 163Мпа, предел текучести 250 Мпа, предел прочности 420 МПа, модуль упругости 1,82 МПа.
Печь для нагрева труб обеспечивает равномерный нагрев по всей площади стальной трубы. Печь через боковое сопло производит нагрев внутренней поверхности стальной трубы. Направляющие нагретые потоки воздуха подаются тангенциально относительно наружной поверхности стальной трубы, для обеспечения необходимым количеством теплоты камеру печи, специальные оснастки задают трубам вращательное движение. Эти преимущественные качества позволяют значительно выиграть в качестве и дешевизне обработки стальных труб.
Для качественного нагрева стальной трубы имеет значение также и температура нагрева. При нагреве больше определенной температуры зерна стали начинают быстро расти, что может понизить ее качество. Помимо этого, при сильном перегреве трубы, сталь становится не только крупнозернистой, но и значительно обезуглероживается. При обработке такая крупнозернистая обезуглероженная стальная труба дает трещины, а при сильном перегреве (пережоге) может даже развалиться на куски.
Печи нагрева стальных труб оборудованы микропроцессорными регуляторами температуры рабочих зон. Регуляторы обеспечивают точность температуры нагрева стальных труб в рабочем пространстве камеры печи.
Процесс термической обработки труб в камере печи заключается, в нагреве стальной трубы до определенной температуры (до 420°С), выдержке при этой температуре (1 час) и последующем охлаждении. Цель рассматриваемой обработки – получение более устойчивого структурного состояния, устранение и уменьшение напряжений, повышение вязкости и пластичности, а также понижение твердости и уменьшение хрупкости закаленной стали. Правильное выполнение термообработки в печи нагрева труб в значительной степени определяет качество стальных труб.
Рассмотрим переход кристаллической структуры стальной трубы из одного состояния в другое, при нагреве в печах для нагрева стальных труб. Нагрев происходящий в печи при температуре до 420°С, способствует понижению твердости стальной трубы, увеличению вязкости. До укладки стальных труб в печь, они имеют структуру мартенсита.
Рисунок 1 Рисунок 2
Вследствие обработки, в кристаллической структуре происходит распад мартенсита(рис.1) и образование структуры, состоящей из феррита, в которой будут равномерно распределены мельчайшие кристаллики цементита. Такая структура называется трооститом(рис.2).
Рисунок 3
После чего в изделиях получается сочетание сравнительно высокой твердости (НRС 40—45) и прочности с хорошей упругостью и достаточной вязкостью.
Термообработка труб в печах нагрева стальных труб способствует повышенному качеству обработки, которое в свою очередь влияет на целый ряд качеств стальных труб. Эти качества гарантируют продолжительную работу трубопровода в течение всего периода его эксплуатации.
Библиографический список
- Патент на полезную модель «печь для нагрева труб» №142878 от 4.06.2014.