Анализ четырех основных процессов термической обработки стальных труб
Дата:2025-10-28
Стальные трубы, свежие из прокатки или волочения в холодном состоянии, часто имеют неоптимальные внутренние микроструктуры, потенциально проявляющие неравномерные внутренние напряжения, недостаточную твердость, чрезмерную хрупкость и плохую ударную вязкость. Именно тогда вступает в силу «алхимия» отрасли-термическая обработка. Точно контролируя процессы нагрева, удержания и охлаждения, термообработка может коренным образом изменить микроструктуру стали, придавая желаемые механические свойства для удовлетворения разнообразных требований применения.
Ниже приведены четыре наиболее основных процесса термообработки стальных труб и их подробные объяснения:
1.Отжиг: Искусство размягчения и гомогенизации
Отжиг-это процесс, предназначенный для снижения твердости стальных труб, повышения пластичности, устранения внутренних напряжений, а также уточнения и гомогенизации микроструктуры. Это похоже на то, чтобы придать напряженной стальной трубе «глубокий спа», восстановив ее до более мягкого, более легко работоспособного состояния.
Технологический поток: стальная труба медленно нагревается до определенной температуры выше или ниже критической точки (Ac₃ или Ac1), удерживается при этой температуре в течение достаточного времени, чтобы обеспечить полную микроструктурную трансформацию или рекристаллизацию, а затем медленно охлаждается в печи.
Цель ядра:
Уменьшение твердости: Облегчает последующие процессы резки или холодной деформации (такие как изгиб и расширение).
Снимает внутреннее напряжение: устраняет остаточные напряжения, возникающие во время литья, ковки, сварки или холодной обработки, предотвращая деформацию и растрескивание.
Гомогенизирует микроструктуру и состав: улучшает микроструктуру стали, повышая пластичность и ударную вязкость.
Основные типы:
Полный отжиг: нагрев до выше Ac⊃ полностью аустенитизирует стальную трубу. Это в основном используется для гипоэвтектоидной стали для достижения сбалансированной микроструктуры.
Сфероидизирующий отжиг: нагрев до уровня около Ac1 и удержание в течение длительного времени сфероидизирует карбиды в стали. Это наиболее часто используемый метод отжига для высокоуглеродистой стали и подшипниковой стали, обеспечивающий минимальную твердость и оптимальные режущие характеристики.
Отжиг снятия стресса: Нагрев до уровня ниже Ac1 (обычно 500-650 ° C) в основном используется для снятия внутреннего напряжения в сварных или холодногнутых деталях без значительного изменения их первоначальной микроструктуры.
Применения: Обыкновенно использованный для промежуточного размягчать стальных труб после волочения в холодном состоянии или холодной прокатки, или как подготовительная обработка перед окончательной термической обработкой.
2.Нормализация: Баланс нормализации и укрепления
Нормализация может рассматриваться как вариация отжига, но с более высокой скоростью охлаждения. Его цель состоит в том, чтобы достичь более тонкой, более равномерной микроструктуры, с производительностью где-то между отжигом и закалкой.
Процесс: стальная труба нагревается до 30-50 ° C выше Ac⊃ или Accm, выдерживается при этой температуре, затем извлекается из печи и охлаждается в неподвижном воздухе.
Цель ядра:
Уточнение зерна: По сравнению с отжигом, нормализация дает более тонкие перлитовые и ферритовые структуры.
Улучшение механических свойств: жертвуя небольшим количеством пластичности, он достигает более высокой прочности, твердости и ударной вязкости, чем отжиг.
Устранение нежелательных микроструктур: это устраняет перегретые микроструктуры и сетчатые карбиды, подготавливая микроструктуру для последующей термообработки.
Отличие от отжига: нормализация охлаждается быстрее, чем отжиг, что приводит к более тонкой микроструктуре и более высокой прочности и твердости. Нормализация может заменить отжиг для низкоуглеродистой стали, предлагая более короткие производственные циклы и более низкие затраты.
Применения: Обычно используется для окончательной термообработки труб из низко-и среднеуглеродистой стали или в качестве подготовительной обработки перед процессами поверхностного упрочнения, такими как цементация и индукционная закалка.
3.Закалка: Быстрая закалка Стойкость
Закалка-это процесс быстрого охлаждения стали для преобразования ее аустенитной структуры в мартенсит с высокой твердостью и высокой прочностью. Это испытание «огнем и льдом», предназначенное для максимального повышения твердости и износостойкости стальной трубы.
Процесс: стальная труба нагревается до температуры аустенитизации (A₃ или выше), выдерживается при этой температуре, а затем быстро погружается в закалку, такую как вода, масло или полимерный раствор, для быстрого охлаждения.
Цель ядра:
Достижение высокой твердости и износостойкости: формирование нестабильной структуры мартенсита.
Подготовка структуры к закалке: закаленный мартенсит твердый и хрупкий и не может использоваться напрямую; требуется отпуск.
Ключевые проблемы:
Внутреннее напряжение и деформация: быстрое охлаждение может вызвать значительные тепловые и структурные напряжения, которые могут легко вызвать деформацию и даже растрескивание стальных труб.
Закаливаемость: это относится к способности стали достигать глубокой структуры мартенсита во время закалки. Добавление легирующих элементов может значительно улучшить прокаливаемость, что позволяет упрочнять сердечник даже в толстостенных стальных трубах.
Область применения: В основном используется в производстве стальных труб для инструментов, подшипников и механических деталей, требующих высокой твердости и износостойкости.
4.Закалка: Мудрость закаленной прочности.
Хотя закаленные стальные трубы трудны, они также испытывают высокий внутренний стресс, высокую хрупкость, и размерную нестабильность. Закалка предназначена для «приручения» жесткости закалки, придания достаточной прочности и пластичности при сохранении высокой прочности.
Процесс: закаленную стальную трубу повторно нагревают до определенной температуры ниже AC1, удерживая при этой температуре в течение определенного периода времени, а затем охлаждают с соответствующей скоростью.
Цель ядра:
Сбросьте внутренние напряжения: стабилизируйте микроструктуру и предотвратите будущую деформацию и трескать.
Регулировка механических свойств: достижение оптимального баланса прочности, твердости, ударной вязкости и пластичности.
Стабилизация размеров: преобразование нестабильного мартенсита и удерживаемого аустенита в стабильную закаленную структуру.
Основные типы (по температуре):
Низкотемпературный отпуск (150-250 ° C): производит закаленный мартенсит, сохраняя высокую твердость при одновременном снижении внутреннего напряжения и хрупкости. Используется в режущих инструментах, измерительных инструментах, подшипниках качения и т. Д.
Среднетемпературный отпуск (350-500 ° C): производит закаленный троостит, который демонстрирует высокий предел упругости и предел текучести при сохранении определенной степени ударной вязкости. Используется в пружинах, плашках для горячей ковки и т. Д.
Высокотемпературный отпуск (500-650 ° C): производит закаленный троостит, обладающий отличными общими механическими свойствами, а именно, хорошим балансом высокой прочности и высокой ударной вязкости. Это известно как «закалка и отпуск».
Комбинированный процесс: закалка и закалка
Комбинированный процесс термообработки закалки с последующим закалкой при высокой температуре называется «закалкой и закалкой». Это один из наиболее эффективных методов получения превосходных комплексных механических свойств (высокая прочность и высокая вязкость), который широко используется при производстве важных конструктивных деталей, которые выдерживают сложные нагрузки, таких как трубы из среднеуглеродистой или легированной стали, используемые в автомобильных полувалах, шатуны, высокопрочные болты, и т. д.
