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大口径钢管的淬火过程后如何冷却?

钢管不仅用于运送流体和粉状固体、交流热能、制作机械零件和容器,它还是一种经济钢材。用钢管制作建筑结构网架、支柱和机械支架,能够减轻分量,节省金属20~40%,而且可实现工厂化机械化施工。用钢管制作公路桥梁不但可节省钢材、简化施工,而且可大大削减涂保护层的面积,节省投资和维护费用。大口径钢管具有空心截面,其长度远大于直径或周长的钢材。按截面形状分为圆形、方形、矩形和异形钢管;按材质分为碳素结构钢钢管、低合金结构钢钢管、合金钢钢管和复合钢管;按用途分为运送管道用、工程结构用、热工设备用、石油化工工业用、机械制作用、地质钻探用、高压设备用钢管等;按生产工艺分为无缝钢管和焊接钢管,其中无缝钢管又分热轧和冷轧(拔)两种,焊接钢管又分直缝焊接钢管和螺旋缝焊接钢管。

一、大口径钢管的热处理过程是怎样的?

(1)在热处理过程中,引起大口径钢管几何形状改变的原因,是热处理应力作用所致。热处理应力是比较复杂的问题,它既是产生变形和裂纹等缺陷的原因,也是提高工件疲劳强度和使用寿命的重要手段。

(2)因此,了解热处理应力产生的机理和变化规律,并掌握控制内应力的方法是很重要的。热处理应力是指由于热处理因素(热过程和组织转变过程),在工件内部产生的应力。

(3)它是在工件的整体内或部分体积内自相平衡的,故称为内应力。热处理应力按其作用的性质分为张应力和压应力;按其作用的时间可分为瞬时应力和残余应力y而按其形成的原因则分为热应力和组织应力。

(4)热应力是由于在加热或冷却过程中,工件内各部位温度变化的不同时性所形成的。例如对于一个实心工件来说,加热时总是表面要比心部热得快,而冷却时心部要比表面冷得慢,这是因为热量的吸收和散失都是通过表面进行传导的。

(5)成分和组织状态都不发生变化的大口径钢管,处于不同温度时,只要线膨胀系数不等于零,都会引起比容的变化,因而在加热或冷却过程,在工件表心之间会产生相互张压的内应力。显然,工件内产生的温度差愈大,热应力愈大。

二、大口径钢管的淬火过程后如何冷却?

(1)淬火过程工件要加热至较高的温度,采取较快的速度冷却,故在淬火时,尤其是在淬火冷却过程,会产生很大的热应力。直径为26毫米的钢球,经700°C加热后在水中冷却时,表面和心部的温度变化情况。

(2)冷却初期,表面的冷却速度显着超过心部,表心温度差不断增大。继续冷却时,表面的冷却速度减慢,而心部的冷却速度相对地增快,当表面和心部的冷速近于相等时,它们的温度差达到了大值。

(3)随后,心部的冷却速度大于表面的冷却速度,表心的温度差逐渐减小,直至心部冷透时,温度差也全部消失。在急冷情况下产生热应力的过程。

(4)冷却初期,表层迅速冷却,它与心部之间开始产生温度差。由于热胀冷缩的物理特性,表层体积要可靠收缩,而心部温度尚高,比容较大,会阻碍表层向内自由收缩,因而形成了表层受张、心部受压的热应力。

(5)随着冷却的进行,上述温度差继续增大,产生的热应力也相应增加,当温度差达到较大值时,热应力也大。如果这时的热应力,低于钢在相应温度条件下的屈服强度,不会引起塑性变形,仅产生微量的弹性变形。

(6)进一步冷却时,表层冷却速度减慢,心部的冷速相应地加快,温度差趋于减小,热应力也逐渐降低。随着热应力的降低,上述弹性变形也相应减小。


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