בשל הגיאומטריה הייחודית שלהם,צינורות נירוסטה בצורת -U(בדרך כלל דרגות אוסטניטיות כגון 304, 316, 321, 347H, 310S וכו') מתמודדות עם אתגרים מורכבים יותר במהלך טיפול בחום מאשר צינורות ישרים-כגון פיזור מתח לא אחיד ונטייה לצמיחת גרגרים בקטעים הכפופים. טיפול חום נכון הוא חיוני להבטחת יציבות המימדים, עמידות בפני קורוזיה ותכונות מכניות שלהם. תהליכי טיפול חום סטנדרטיים עבור פלדות אל-חלד אוסטניטיות כוללים טיפול בתמיסה, חישול הפחתת מתח, טיפול ייצוב וטיפולי חום שנועדו לחסל את שלב הסיגמה (σ).
תהליך טיפול בחום של צינור ישר מנירוסטה
1. מהן שיטות הטיפול בחום לנירוסטה אוסטניטית?
א. טיפול בפתרון
טיפול בתמיסה הוא תהליך טיפול בחום שבו רכיבי נירוסטה מחוממים לטמפרטורת תמיסה (1050-1100 מעלות). זה מאפשר לכל הקרבידים-כמו גם לכל מרטנזיט שנוצר במהלך עבודה קרה-להתמוסס לחלוטין ולהתמיר לאוסטניט. לאחר מכן החומר מקורר במהירות כדי לשמור על מבנה מיקרו- חד-פאזי זה בטמפרטורה גבוהה- בטמפרטורת החדר. טיפול חום זה מניב את המצב הרך ביותר עם המשיכות הגבוהה ביותר.
II. טיפול להקלת מתח
ניתן לבטל מתחים פנימיים הנוצרים כתוצאה מעבודה קרה באמצעות חישול-בטמפרטורה נמוכה (275-450 מעלות למשך 0.5-2 שעות). בעקבות טיפול זה, התכונות המכניות משתפרות; עם זאת, ההתארכות נשארת ללא שינוי.
III. טיפול ייצוב
כדי למנוע קורוזיה בין-גרגירית, כמויות קטנות של טיטניום או ניוביום מתווספות לפלדות אוסטניטיות, ולאחר מכן תהליך המכונה טיפול ייצוב. טיפול זה כרוך בחימום החומר ל-900 מעלות, מה שגורם לרוב קרביד הכרום להתמוסס. לאחר מכן, הפחמן המומס מתחבר עם הטיטניום או הניוביום ויוצרים תרכובות TiC או NbC יציבות יותר מכרום קרבידים-ובכך מונעות משקעים של כרום קרבידים בגבולות התבואה. לטיפול זה אין השפעה משמעותית על התכונות המכניות.
IV. טיפול בחום להעלמת שלב σ
בפלדות אוסטניטיות גבוהות-כרום עם תכולת ניקל לא מספקת, טיפול בחום עלול להוביל להיווצרות של שלב ה-σ, וכתוצאה מכך לירידה בקשיחות הפגיעה של הפלדה (ערך ak). עבור סוג זה של פלדות, טווח הטמפרטורות להיווצרות פאזות σ- הוא בערך 500-970 מעלות. על ידי הימנעות מטווח טמפרטורות היווצרות זה וחימום החומר לטמפרטורה גבוהה עוד יותר, ניתן להפוך את שלב ה-σ לשלב פריט בטמפרטורה- גבוהה, ובכך להחזיר את הקשיחות של החומר.
2. מהם טיפולי החום המומלצים לצינורות פלדה קרים בצורת U-?
עבור צינורות נירוסטה אוסטניטיים בצורת -U, טיפול בחום משרת בעיקר את המטרות הבאות:
הפגת מתחים: כדי למנוע מתחים פנימיים שיוריים שנוצרו במהלך תהליכי עבודה קרים וחמים-כגון כיפוף, ריתוך ויישור-על ידי כך למנוע פיצוח קורוזיה במתח ולשפר את היציבות הממדית.
אופטימיזציה של עמידות בפני קורוזיה: באמצעות טיפול בתמיסה, להמסת קרבידים שייתכן ששקעו בגבולות התבואה, ובכך להחזיר את העמידות האופטימלית בפני קורוזיה של החומר, במיוחד העמידות שלו בפני קורוזיה בין-גרגירית.
ריכוך ושיפור הפלסטיות: כדי להחזיר את המיקרו-מבנה-שייתכן שהתקשה עקב עבודה קרה- למצב מרוכך; כתוצאה מכך נוצר מבנה אוסטניטי חד-פאזי-, משפר את הפלסטיות והקשיחות של החומר ומקל על העיבוד או היישום הבאים.
בהתאם למטרות הספציפיות של טיפול החום, -שפופרות עוברות בעיקר את שני התהליכים הבאים:
I. טיפול בתמיסה (חישול מלא)
זו מהווה את הצורה המקיפה ביותר של טיפול בחום ומיושמת במצבים הדורשים עמידות מרבית בפני קורוזיה וגמישות מיטבית.
א מטרה: להמיס לחלוטין שלבים משקעים-כגון שלבי קרבידים ופאזות סיגמה (σ)- לתוך המטריצה האוסטניטית, ובכך להשיג מיקרו-מבנה חד-פאזי-חד-פאזי וביטול יסודי של כל הלחצים הנגרמות-של העיבוד.
ב. זרימת תהליך:
- חימום: חימם במהירות את צינור U-לטווח טמפרטורות של 1050 מעלות עד 1150 מעלות. בחירת הטמפרטורה הספציפית חייבת לקחת בחשבון את דרגת הפלדה (למשל, פלדות הנושאות מוליבדן- דורשות טמפרטורות גבוהות יותר) ואת הצורך למנוע התגבשות מופרזת של גרגרים.
- השרייה: זמן ההשריה מחושב על סמך עובי הדופן, בדרך כלל נע בין 1 ל-1.5 דקות למילימטר. לדוגמה, צינור U- עם עובי דופן של 4.5 מ"מ ידרוש זמן השרייה של כ-5 עד 7 דקות. חיוני לוודא שכל חלקי ה-U-צינור-במיוחד הקטעים הכפופים{10}}יגיעו באופן אחיד לטמפרטורת היעד.
- קירור: קירור מהיר הוא השלב הקריטי. יש לכבות את הצינורות במהירות במים (או לרסס-לקרר במקרה של צינורות דקי-דפנות) כדי לדכא את המשקעים החוזרים של קרבידים בטווח טמפרטורת הרגישות (850 מעלות עד 400 מעלות). עבור צינורות U-, יש לתכנן מתקנים מיוחדים או דפוסי זרימת מים ספציפיים כדי להבטיח שהרדיוסים הפנימיים והחיצוניים של העיקול מתקררים בצורה אחידה ומהירה, ובכך מונעים מקירור לא אחיד ליצור מתחים שיוריים חדשים.
II. חישול-הקלה במתח (חישול-בטמפרטורה נמוכה)
תהליך זה מופעל כאשר המטרה העיקרית היא ביטול מתח שיורי, וכאשר הדרישות לגבי עמידות בפני קורוזיה בין-גרנול אינן מחמירות במיוחד.
א מטרה: להקלה חלקית על מתחים שיוריים, ובכך לשפר את היציבות הממדית ועמידות בפני פיצוח קורוזיה במתח, ובו זמנית להימנע מריכוך יתר של החומר או השראת דפורמציה משמעותית.
ב. זרימת תהליך:
- חימום: מחממים את הצינורות לטווח טמפרטורות נמוך יחסית של 275 מעלות עד 450 מעלות.
- השרייה: שמרו על הטמפרטורה (השריה) למשך 0.5 עד 2 שעות.
- קירור: קירור לאט, בדרך כלל על ידי קירור תנור או קירור אוויר. לתהליך זה יש השפעה מינימלית על שלמות הממדית (דפורמציה) של U-צינורות.
3. מהם אמצעי הזהירות העיקריים בטיפול בחום U-?
עבור צינורות נירוסטה אוסטניטיים בצורת -U, טיפול בתמיסה הוא התהליך המועדף להבטחת ביצועים מקיפים-במיוחד עמידות בפני קורוזיה; עם זאת, המרכיב הקריטי טמון בהשגת קירור מהיר ואחיד למניעת משקעי קרביד. לעומת זאת, חישול-הקלה במתח משמש כפתרון פשרה-המופעל תחת דרישות ספציפיות-שגורם לפחות דפורמציה וצריכת אנרגיה נמוכה יותר. בשיטות הייצור, תהליך הטיפול בחום חייב להיות מנוסח מדעית ומבוקר בקפדנות בהתבסס על דרגת החומר הספציפית, הממדים, היסטוריית העיבוד וסביבת השירות המיועדת של הצינורות בצורת U-.
I. חימום אחיד: החלק הכפוף של צינור בצורת -U עלול לחוות חימום לא אחיד בתוך הכבשן; לכן, נדרש מיקום נכון או שימוש במאווררים במחזור כדי להבטיח שדה טמפרטורה אחיד.
II. מניעת דפורמציה: בטמפרטורות גבוהות, צינורות בצורת -U רגישים לעיוותים תחת משקלם. יש להשתמש בתומכים או מתקנים מיוחדים כדי לשמור אותם במיקום המתאים.
III. קירור מהיר ואחיד: זה מהווה את האתגר הגדול ביותר בטיפול בפתרון של צינורות בצורת -U. שיטת הקירור האידיאלית כוללת מתן אפשרות למדיום הקירור (מים) לזרום במהירות ואחידה על פני המשטחים הפנימיים והחיצוניים של הצינור כאחד. בפועל ניתן להשיג זאת על ידי הזרקת מים בלחץ מקצה אחד תוך מתן אפשרות לצאת מהקצה השני; טכניקה זו מבטיחה שלא נוצרים "אזורים עומדים" או סרטי קיטור בתוך הקטע הכפוף, ובכך מאפשרת קירור מהיר בכל הצינור.
IV. הקלטת פרמטרים של תהליך: נתונים לגבי כל מחזור טיפול בחום-כולל קצב חימום, טמפרטורת שיא, זמן החזקה ושיטת קירור-יש לתעד בקפדנות כדי להקל על המעקב ובקרת האיכות.