دليل عملية المعالجة الحرارية لأنابيب الصلب

ما هي المعالجة الحرارية للأنابيب ولماذا هي مهمة؟

المعالجة الحرارية هي عملية يتم التحكم فيها لتسخين الأنابيب الفولاذية إلى درجة حرارة معينة، والاحتفاظ بدرجة الحرارة هذه لفترة زمنية محددة، ثم التبريد بمعدل متحكم فيه. والغرض من ذلك هو تغيير البنية المجهرية للفولاذ، وبالتالي تغيير خواصه الميكانيكية - القوة والصلابة والمتانة والليونة. تعتبر المعالجة الحرارية ضرورية لتحقيق الخصائص المحددة التي تتطلبها معايير مثل ASTM وAPI وEN. بدون المعالجة الحرارية المناسبة، قد لا تلبي الأنابيب الفولاذية الحد الأدنى من متطلبات قوة الخضوع، أو قد تفتقر إلى المتانة عند الخدمة في درجات حرارة منخفضة-، أو قد تكون ذات صلابة مفرطة تؤدي إلى التشقق أو الفشل الناجم عن الهيدروجين-.

تنشأ الحاجة إلى المعالجة الحرارية في مراحل مختلفة من إنتاج الأنابيب. بعد الدرفلة على الساخن أو السحب على البارد،-تكون البنية المجهرية المتكونة عادةً غير-موحدة وقد تحتوي على أطوار غير مرغوب فيها. تعمل المعالجة الحرارية على تجانس الهيكل وتخفيف الضغوط الداخلية. بعد اللحام، قد يكون للمنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) بنية مجهرية صلبة أو هشة تتطلب -معالجة حرارية بعد اللحام (PWHT) لاستعادة الخصائص. تتطلب المعايير مثل A106 Gr.B الحالة الطبيعية لأحجام معينة، بينما تتطلب API 5L X60 وما فوقها عادةً التبريد والتلطيف (Q&T) لدرجات القوة العالية.

التطبيع

تتضمن عملية التطبيع تسخين الأنبوب إلى درجة حرارة حوالي 30-50 درجة أعلى من درجة حرارة التحول Ac3 (درجة الحرارة التي يتحول عندها الفريت بالكامل إلى الأوستينيت)، والإمساك به لضمان الأوستنيت الكامل، ثم التبريد في الهواء الساكن. بالنسبة للفولاذ الكربوني (A106 Gr.B)، تكون درجة الحرارة الطبيعية عادةً 870-930 درجة. يؤدي التبريد البطيء في الهواء إلى إنتاج بنية دقيقة من الفريت-مجهرية ذات حجم حبيبي موحد. تعمل عملية التطبيع على تحسين بنية الحبوب المدرفلة، وتجانس التركيب الكيميائي، وتحسين المتانة مقارنة بالحالة المدلفنة.

تشتمل الأنابيب التي تتطلب عادةً التطبيع على A106 Gr.B (حالة التسليم القياسية للأحجام التي يزيد سمك جدارها عن 19 مم)، والأنابيب A333 Gr.6 ذات درجة الحرارة المنخفضة- (تضمن التسوية بنية الحبيبات الدقيقة المطلوبة لمتانة تأثير درجة الحرارة المنخفضة-)، والعديد من درجات الفولاذ الكربوني لخدمة الضغط العام. تعمل عملية التطبيع أيضًا على تحسين إمكانية التشغيل الآلي من خلال إنشاء بنية مجهرية موحدة وناعمة نسبيًا. بعد التطبيع، يتمتع الأنبوب بخصائص ميكانيكية متسقة على طوله ومحيطه، وهو أمر ضروري لأداء يمكن التنبؤ به تحت الضغط.

التبريد

يتضمن التبريد تسخين الأنبوب إلى درجة حرارة الأوستنيتي (عادة 850-950 درجة للفولاذ الكربوني، 1040-1080 درجة لسبائك الفولاذ P91/P92) ثم التبريد بسرعة في وسط التبريد - محلول الماء أو الزيت أو البوليمر. يمنع التبريد السريع التحول الذي يتم التحكم فيه بالانتشار إلى البرليت، وبدلاً من ذلك يعزز تكوين المارتنسيت، وهو بنية مجهرية صلبة وعالية القوة. يجب أن يتجاوز معدل التبريد معدل التبريد الحرج للتركيبة الفولاذية المحددة لتحقيق التحول الكامل للمارتنسيت. يوفر التبريد المائي أسرع معدل تبريد ولكنه قد يسبب تشويهًا أو تشققًا. يوفر التبريد بالزيت والبوليمر تبريدًا أبطأ وأكثر تحكمًا مع تقليل خطر التشقق.

تشتمل الأنابيب التي تتطلب التبريد على درجات-API 5L عالية القوة (X60 إلى X80) حيث يجب تحقيق حد أدنى لقوة الإنتاج يبلغ 414-552 ميجا باسكال، ودرجات أغلفة وأنابيب API 5CT (N80، L80، P110) لخدمة آبار النفط. يعتمد اختيار وسط التبريد على تركيبة الفولاذ وهندسة الأنابيب. بالنسبة للأنابيب السميكة-، قد يكون التبريد بالمياه ضروريًا لتحقيق معدل تبريد كافٍ في منتصف الجدار، بينما يمكن للأنابيب ذات الجدران الرقيقة استخدام الزيت أو البوليمر لتقليل مخاطر التشوه.

هدأ

يتم تنفيذ عملية التقسية مباشرة بعد التبريد وتتضمن إعادة تسخين الأنبوب إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة التحول Ac1 (عادةً 500-750 درجة اعتمادًا على الدرجة)، والإمساك لفترة محددة، ثم التبريد. تعمل عملية التقسية على تخفيف الضغوط الداخلية الناتجة أثناء التبريد، وتقليل الصلابة إلى مستوى محدد، وتحسين الصلابة عن طريق السماح بالتحلل الجزئي للمارتنسيت إلى مارتنسيت المقسى. بدون التقسية، ستكون الأنابيب المسقية هشة للغاية بحيث لا يمكن صيانتها وستكون عرضة للتشقق تحت الضغط أو التأثير.

توفر درجة الحرارة المنخفضة-التلطيف (150-300 درجة ) الحد الأدنى من تقليل الصلابة مع الحفاظ على القوة العالية، وتستخدم في بعض درجات القوة العالية-. تعمل درجة الحرارة العالية-التلطيف (600-750 درجة) على تقليل الصلابة بشكل كبير ولكنها تعمل على تحسين المتانة بشكل كبير، وتستخدم للدرجات التي تتطلب توازن القوة والمتانة مثل API 5L X65/X70. يعد الجمع بين التبريد الذي يتبعه التقسية (Q&T) بمثابة عملية قياسية لدرجات الأنابيب عالية القوة، مما يوفر خصائص ميكانيكية أفضل بكثير مما يمكن تحقيقه من خلال التطبيع وحده.

الصلب

يتضمن التلدين الكامل التسخين إلى نطاق الأوستنيت، والتبريد البطيء في الفرن لإنتاج بنية بيرليت خشنة، والتبريد إلى درجة حرارة الغرفة. التلدين الكامل ينتج أقل قوة وأعلى حالة ليونة. ونادرا ما يستخدم لإنتاج الأنابيب القياسية ولكن يمكن تطبيقه لعمليات التشكيل الشديدة أو لتخفيف الضغط على المكونات المصنعة المعقدة. يتم إجراء التلدين بتخفيف الإجهاد (ويسمى أيضًا عملية التلدين) عند درجة حرارة 550-650 درجة للفولاذ الكربوني، أقل من درجة حرارة التحويل، لتخفيف الضغوط المتبقية من السحب على البارد أو التشكيل على البارد دون التأثير بشكل كبير على الخواص الميكانيكية. يؤدي التلدين الكروي (التثبيت لفترة طويلة أسفل Ac1 مباشرة) إلى تحويل صفائح الكربيد إلى جزيئات كروية، مما يحسن بشكل كبير من إمكانية تصنيع الأنابيب التي تتطلب تصنيعًا مكثفًا. يتم استخدام التلدين أيضًا للأنابيب الدقيقة (المسحوبة على البارد) بعد عملية السحب على البارد لاستعادة الليونة وتخفيف تصلب العمل - راجع لديناالدقة مقابل دليل الأنابيب القياسي.

جدول مقارنة المعالجة الحرارية

المعالجة الحرارية بالمواد

عادةً ما يتم توريد الأنابيب المصنوعة من الفولاذ الكربوني (A106 Gr.B) في الحالة الطبيعية للأحجام التي تتطلب معالجة حرارية، أو في الحالة-المدرفلة لأحجام الجدران الصغيرة-. يمكن توفير أنابيب خط API 5L في حالة التطبيع، أو التدحرج الطبيعي، أو حالة Q&T اعتمادًا على الدرجة وسمك الجدار. تتطلب الدرجات الأعلى (X60 وما فوق) عادةً أسئلة وأجوبة أو معالجة ميكانيكية حرارية يتم التحكم فيها (TMCP). يتم توفير الأنابيب الفولاذية المصنوعة من سبائك (A335 P11، P22، P91) دائمًا في حالة طبيعية ومخففة. يتطلب P91 تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة الطبيعية (1040-1080 درجة) والتلطيف (730-780 درجة) لتطوير بنية المارتينسيت المُحسَّنة مع رواسب كربونيتريد الفاناديوم والنيوبيوم الدقيقة التي توفر قوة زحف استثنائية. تتطلب الأنابيب المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ (304/316) التلدين بمحلول عند درجة حرارة 1010-1120 درجة يليها تبريد سريع (إخماد الماء أو تبريد الهواء السريع) لمنع ترسيب كربيد الكروم الذي قد يقلل من مقاومة التآكل.

معدات المعالجة الحرارية والتحكم

يتم استخدام نوعين رئيسيين من الأفران للمعالجة الحرارية للأنابيب: أفران الموقد الأسطوانية المستمرة (للإنتاج بكميات كبيرة-بأحجام قياسية) والأفران ذات القاعدة المجمعة-(للأنابيب ذات القطر الكبير-والجدار-السميك أو الأنابيب المصنوعة من السبائك الخاصة). يعد توحيد درجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية: يجب أن يحافظ الفرن على درجة الحرارة في حدود ± 10 درجة من نقطة التحديد في جميع أنحاء منطقة العمل. تستخدم الأفران الحديثة مزدوجات حرارية متعددة متصلة بأنظمة تحكم آلية تسجل منحنيات درجة الحرارة الزمنية- لكل دورة معالجة حرارية. توفر هذه السجلات إمكانية التتبع لإثبات أن كل أنبوب أو دفعة تلقت المعالجة الحرارية المحددة. بعد المعالجة الحرارية، قد تحتاج الأنابيب إلى تقويم لتصحيح التشوه. ويتم ذلك عادةً في مكواة فرد الشعر ذات 7-لفات أو 9 لفات متقاطعة، يتبعها اختبار الصلابة للتحقق من فعالية المعالجة الحرارية.

عيوب المعالجة الحرارية

المعالجة الحرارية غير المناسبة يمكن أن تؤدي إلى عيوب. يحدث ارتفاع درجة الحرارة أو الاحتراق عندما تتجاوز درجة الحرارة الحد الأقصى الموصى به، مما يتسبب في خشونة الحبوب وذوبانها الأولي عند حدود الحبوب. إزالة الكربنة هي فقدان الكربون من الطبقة السطحية، مما يؤدي إلى تكوين طبقة كربون ناعمة ومنخفضة- تقلل من قوة الكلال. تنجم شقوق التسقية عن التبريد السريع المفرط أو تركيزات الإجهاد الهندسي، وهي الأكثر شيوعًا في الأنابيب السميكة ذات الجدران-أو ذات الأقسام- المعقدة. يمكن أن تنجم عدم انتظام الصلابة- عن درجة حرارة الفرن غير المتساوية، أو عدم -التبريد الموحد، أو الاختلافات في التركيب الكيميائي داخل الحرارة. يمكن اكتشاف هذه العيوب عن طريق اختبار الصلابة، وفحص المعادن، وطرق NDT السطحية.

قدرتنا على المعالجة الحرارية

تدير شركة ManufacturerPipe مرافق حديثة للمعالجة الحرارية قادرة على التطبيع، والسؤال والجواب، وتخفيف الضغط للأنابيب التي يتراوح قطرها من 1/2 بوصة إلى 48 بوصة. تتميز أفراننا بالتحكم الدقيق في درجة الحرارة مع تسجيل درجة الحرارة لمدة -كاملة لضمان إمكانية التتبع الكامل. يمكننا تنفيذ جميع دورات المعالجة الحرارية القياسية للفولاذ الكربوني، وسبائك الفولاذ، وأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ وفقًا لمتطلبات ASTM وAPI وEN.

هل تحتاج إلى خدمات المعالجة الحرارية؟

اتصل بفريقنا لاختيار عملية المعالجة الحرارية والأسعار التنافسية لخدمات التطبيع والأسئلة والتجارب والتليين.

فئات المنتجات

• أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ
• أنابيب الصلب الكربوني
• سبائك الصلب الأنابيب
• الأنابيب المجلفنة