المعالجة الباردة (تسمى أحيانًا المعالجة تحت-الصفر أو المعالجة المبردة) هي عملية متابعة- يتم تطبيقها بعد تبريد بعض أنواع الأنابيب الفولاذية غير الملحومة ودرجات الأنابيب - الأكثر شيوعًا من سبائك الفولاذ، وفولاذ التحمل، والأنابيب المسحوبة بدقة-حيث يكون ثبات الأبعاد على مدى عمر الخدمة أكثر أهمية مما هو عليه بالنسبة للأنابيب الهيكلية العادية. إذا تم تنفيذه بشكل صحيح، فإنه يحول بقايا الأوستينيت المحتجزة إلى مارتنسيت ويخفف الضغط الداخلي الذي يتركه التبريد وراءه. عند القيام بذلك بترتيب خاطئ، أو مع تخطي خطوة، يمكن أن يترك أنبوبًا يبدو جيدًا من حيث الأبعاد على أرضية المتجر ثم يتشقق أو يتشوه أو ينمو بشكل غير مقبول بعد أشهر من الخدمة.
العملية ليست معقدة من حيث المفهوم، ولكنإنه يعمل فقط كتسلسل- كل خطوة موجودة لإدارة الضغط الناتج عن الخطوة التي تسبقها. نتعرف أدناه على علم المعادن وراء سبب الحاجة إلى المعالجة الباردة على الإطلاق، والعملية ذات -المراحل الأربعة بالترتيب الذي يجب أن تتم به فعليًا، وما الذي يجب التحقق منه عند شراء الأنابيب التي من المفترض أنها مرت بها.
لماذا تحتاج الأنابيب غير الملحومة إلى المعالجة الباردة على الإطلاق؟
عندما يتم إخماد الفولاذ القابل للتصلب، يتحول الأوستينيت الموجود في هيكله إلى مارتنسيت عندما تبرد المادة بعد درجة حرارة تسمى Ms (بداية مارتنسيت). ويستمر هذا التحول مع استمرار انخفاض درجة الحرارة، وصولاً إلى درجة حرارة أقل تسمى Mf (إنهاء مارتنسيت) - وهي النقطة التي يكتمل عندها التحول بشكل أساسي. المشكلة هي أنبالنسبة للعديد من السبائك والفولاذ الحامل، يكون Mf أقل بكثير من درجة حرارة الغرفة. يؤدي الإخماد الذي يتوقف عند درجة حرارة الغرفة (أو يتم تبريد الهواء- مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة) إلى إيقاف التحويل جزئيًا، مما يترك جزءًا من الأوستينيت الأصلي دون تحويل. هذا هواحتفظ بالأوستينيت.
الأوستينيت المحتفظ به هو مادة شبه مستقرة - وهي ليست مرحلة مستقرة بشكل دائم، بل هو الأوستينيت الذي ببساطة لم يبرد بدرجة كافية لإنهاء التحول. إذا تركت وحدها، يمكن أن تتحول ببطء مع مرور الوقت في الخدمة، خاصة تحت الحمل أو الاهتزاز أو دورة درجة الحرارة. نظرًا لأن المارتنسيت يحتل حجمًا أكبر من الأوستينيت الذي يتكون منه، فإن هذا التحول البطيء يظهر على شكلنمو الأبعاد وتراكم الضغط الداخلي بعد أن يكون الجزء في الخدمة بالفعل- هو بالضبط وضع الفشل الذي توجد المعالجة الباردة لمنعه.
ولهذا السبب يظهر العلاج البارد في أغلب الأحيانالأنابيب الدقيقة غير الملحومة، وسباقات المحامل، ومكونات القياس، والأجزاء الفولاذية للأدوات- التطبيقات التي يكون فيها جزء من المليمتر من انحراف الأبعاد بعد تثبيت الجزء يمثل مشكلة حقيقية، وليست مشكلة تجميلية. ولا يتم تطبيقه كخطوة روتينية على أنابيب الصلب الكربوني العادي- أو الأنابيب غير الملحومة الهيكلية، لأن هذه الدرجات لم يتم تصليدها -في المقام الأول ولا تحمل ببساطة الأوستينيت المحتجز ذي المعنى بعد التبريد. إذا كان المشتري هو مصادر القياسيةA106أوAPI 5Lأنبوب خط سلس، المعالجة الباردة ليست شيئًا يجب السؤال عنه؛ إذا كان الطلب يتعلق بالأنابيب الأرضية غير الملحومة الدقيقة- المخصصة لغطاء المحمل، أو بطانة الأسطوانة الهيدروليكية، أو كتلة القياس، فمن المفيد أن نتساءل عما إذا كانت عملية المورد تتضمن ذلك وكيف.
ما هي المراحل الأربع للعلاج البارد؟
الخطوة 1: لماذا-نقع نفسك في الماء المغلي أولاً؟
قبل أن يقترب الأنبوب من درجة الحرارة تحت-الصفر، يتم وضعه أولاً في الماء المغلي ويتم الاحتفاظ به هناك لمدةحوالي 30 ثانية. هذه الخطوة تفعل شيئين في وقت واحد. أولا، ذلكيخفف حوالي 15% من الضغط الداخليالمتبقي من إجهاد الإرواء الأصلي - والذي من شأنه أن يتراكم فوق الإجهاد الجديد الذي توشك المعالجة الباردة على تقديمه. ثانيا، ذلكيستقر الأوستينيت المحتجزفي حالته الحالية قبل أن يتعرض الجزء لتأرجح درجة الحرارة الأكبر بكثير الذي يتبع ذلك. تخطي هذه الخطوة لا يمنع المعالجة الباردة من العمل، ولكنه يزيل المخزن المؤقت الذي تعتمد عليه المراحل اللاحقة، وهو أحد الاختصارات الأكثر شيوعًا التي يتم اتخاذها عندما يحاول المتجر توفير وقت الدورة.
الخطوة 2: لماذا تتم المعالجة على مرحلتين تحت الصفر ثم التبريد العميق؟
تتم المعالجة الباردة نفسها على مرحلتين لدرجة الحرارة بدلاً من مرحلة واحدة. يذهب الأنبوب أولاً إلى أدرجة حرارة تحت الصفر التقليدية حوالي -60 درجة مئوية، وفقط بعد ذلك ينزل إلىالمعالجة بالتبريد العميق عند درجة حرارة -120 درجة مئوية. يتم إجراء ذلك في خطوتين بدلاً من الغطس مباشرة إلى -120 درجة مئوية لنفس السبب الذي يؤدي إليه النقع-المسبق للماء المغلي-: فهو يدير معدل الصدمة الحرارية، نظرًا لأن الدلتا الكبيرة وغير المنضبطة-T هي بالضبط ما يؤدي إلى فتح التشققات في جزء مروي بالفعل- ومجهد بالفعل.
كلما انخفضت درجة حرارة المعالجة، زاد تحويل الأوستينيت المحتجز إلى مارتنسيت- هذا هو الهدف الأساسي من الانتقال إلى -120 درجة مئوية بدلاً من التوقف عند -60 درجة مئوية. لكن التحول لم يكتمل أبدا. يظهر الاختبار ذلك باستمرارما يقرب من 2٪ احتفظت ببقايا الأوستينيتحتى بعد المعالجة المبردة العميقة عند درجة -120 درجة مئوية، بغض النظر عن مدة تمديد فترة الانتظار. هذا المتبقي ليس عيبًا يجب ملاحقته إلى الصفر - حيث تعمل كمية صغيرة يمكن التحكم فيها من الأوستينيت المحتجز في الهيكل بمثابةعازلة تمتص التوتربدلاً من نقله مباشرة إلى المارتينسيت المحيط، وهو أحد الأسباب التي تجعل مواصفات المعالجة بالتبريد العميق تستهدف درجة الحرارة ووقت الاحتفاظ بدلاً من نتيجة الأوستينيت -المحتفظ بها- صفر.
الخطوة 3: لماذا إعادة التسخين في الماء الدافئ قبل التقسية؟
بمجرد اكتمال عملية التجميد العميق، يتم إخراج الأنبوب مرة أخرى وتدفئتهالماء الدافئ، ولا يترك ليعادل الهواء المحيط من تلقاء نفسه. خطوة إعادة التسخين هذهيخفف ما يقرب من 40% من الضغط الناتج عن العلاج البارد نفسه- يحمل مارتنسيت الجديد الذي يتكون أثناء مرحلتي التبريد تحت الصفر والعميق إجهادًا داخليًا خاصًا به، بالإضافة إلى ما تبقى من الإخماد الأصلي. يدير التسخين التدريجي في الماء رحلة العودة بنفس الطريقة التي يدير بها النقع -الماء المغلي-الرحلة إلى الأسفل: عن طريق التحكم في تغير درجة الحرارة بدلاً من أن يكون مفاجئًا.
الخطوة 4: لماذا يجب أن يحدث التهدئة على الفور؟
يُختتم التسلسل بالتلطيف، ويجب أن تتم عملية التبريد فورًا بعد إعادة تسخين الماء الدافئ-.، وليس في وقت لاحق مناسب في جدول الإنتاج. يزيل التقسية الغالبية العظمى من أي إجهاد معالجة بارد-يبقى بعد خطوة الماء الدافئ-، وهو ما يمنع فعليًا التشقق المتأخر - يكون المارتينسيت المتكون حديثًا من المراحل المبردة قاسيًا وهشًا، ويكون في أقصى حالاته-عرضة للتشقق في النافذة بين المعالجة الباردة والتلطيف. إن تعليق الأنبوب لفترة طويلة جدًا في تلك النافذة، حتى في درجة حرارة الغرفة، يكون معرضًا لخطر حقيقي لتكوين شقوق صغيرة-قبل أن تتاح الفرصة للتلطيف لتخفيف الضغط الذي يسببها.
إذا تم تنفيذ هذه الخطوة الأخيرة بشكل صحيح، فهي ما يحقق المردود العملي للعملية برمتها: جزء منالأبعاد النهائية المستقرة، لا يوجد إجهاد متبقي يؤدي إلى تشويه بطيء في الخدمة، ولا يوجد خطر وجود صدع كامن في الهيكل المقسى في انتظار الظهور بعد شحن الجزء بالفعل.
لماذا لا يمكن إعادة ترتيب الترتيب؟
كل خطوة في هذا التسلسل موجودة لإدارة الضغط الذي أنشأته الخطوة السابقة، ولهذا السبب فإن الترتيب ليس مسألة ملاءمة:
- تخطي النقع-المسبق بالماء-المغلي، وتبدأ مراحل التبريد تحت الصفر/العميق-من إجهاد داخلي أساسي أعلى، مما يزيد من خطر التشقق أثناء مراحل البرد نفسها.
- اقفز مباشرة إلى -120 درجة مئوية دون المرحلة المتوسطة -60 درجة مئوية، ويتعرض الأنبوب لصدمة حرارية واحدة أكبر بكثير، مما يزيد مرة أخرى من خطر التشقق بدلاً من تقليله.
- تخطي أو تقصير مدة إعادة تسخين الماء الدافئ-.، وما يقرب من 40% من الإجهاد الناتج عن علاج البرد-يظل محصورًا في الجزء الذي يؤدي إلى التهدئة، ويعمل ضد ما تحاول التهدئة تحقيقه.
- تأخير التقسية بعد إعادة التسخين، ويظل الجزء في أكثر حالاته -عرضة للتشقق لفترة أطول من اللازم، دون ضمان أن التأخير سيكون مقبولاً.
يمكن للمورد الذي يضغط هذا في نقع بارد واحد ومزاج واحد، بدون النهج المتدرج على كلا الطرفين، أن ينتج جزءًا يجتاز فحصًا فوريًا للأبعاد ولا يزال يحمل خطر الإجهاد أو التشقق الذي لا يظهر إلا لاحقًا.
كيف تبدو الدورة المضغوطة فعليًا في الميدان؟
تمت معالجة مجموعة من الأنابيب غير الملحومة الدقيقة لتطبيق المحامل على البارد-بواسطة مقاول من الباطن يعمل في دورة مختصرة: غطس مباشر واحد إلى -120 درجة مئوية مع عدم وجود -60 درجة مئوية في المرحلة المتوسطة، يتبعها التقسية في اليوم التالي بدلاً من إعادة التسخين مباشرة. اجتازت الأنابيب فحص الأبعاد عند الاستلام. بعد عدة أسابيع من الاستخدام، أظهرت مجموعة فرعية من الدفعة تشققات شعرية ترجع إلى دورة المعالجة المضغوطة - مزيج من صدمة حرارية واحدة أكبر أثناء التبريد وتأخير ممتد قبل التقسية قد ترك إجهادًا كامنًا في المادة التي لم يتمكن فحص الأبعاد وحده من اكتشافها. تمت إعادة صياغة الدفعة بالتسلسل الكامل المكون من أربع مراحل، وتمت مراجعة وثائق عملية المورد لتسجيل أوقات الانتظار والفجوة بين إعادة التسخين والتلطيف لكل دفعة من الآن فصاعدا، وليس فقط الأبعاد النهائية.
ما الذي يجب عليك أن تسأله عن مورد الأنابيب غير الملحومة حول المعالجة الباردة؟
المعالجة الباردة هي عملية، وليست خط مواصفات، وشهادة المطحنة التي تشير فقط إلى الصلابة النهائية أو الأبعاد النهائية لن تخبرك ما إذا كان التسلسل قد تم اتباعه بالفعل. قبل طلب الأنابيب أو الأنابيب غير الملحومة حيث تكون المعالجة الباردة مهمة لتطبيقك، فمن المفيد أن تطلب ما يلي:
- تأكيد أن الدرجة تحتاج بالفعل إلى معالجة باردة.لا تستفيد كل درجة من أنابيب الصلب غير الملحومة من هذه العملية -، فهي مهمة بالنسبة لفولاذ السبائك والمحامل وفولاذ الأدوات بنقطة Mf منخفضة، وليس للهيكل الكربوني العادي أو الأنابيب الخطية التي لم يتم تصلبها مطلقًا-.
- أوقات الانتظار الموثقة ودرجات الحرارة لكل مرحلة، وليس مجرد ملاحظة أنه تم إجراء "المعالجة المبردة". اسأل على وجه التحديد ما إذا كانت العملية قد استخدمت النهج المتدرج -60 درجة مئوية / -120 درجة مئوية أو النقع البارد المباشر مرة واحدة.
- الفجوة بين-إعادة تسخين الماء الدافئ وتلطيفه.المورد الذي لا يستطيع ذكر هذه الفجوة، أو الذي يضبط جدول الدفعات المتأخر بدلاً من إعادة التسخين مباشرة، يتحمل مخاطر التشقق أكثر مما تظهره الشهادة.
- الاحتفاظ ببيانات اختبار الأوستينيت أو البنية المجهرية حيث يكون التطبيق حساسًا لها- من المتوقع وجود مستوى متبقي من الأرقام الفردية المنخفضة وهو مفيد بشكل عام؛ يشير المستوى المتبقي الأعلى بكثير إلى أن مراحل المعالجة الباردة تم تقصيرها أو تخطيها.
- ما إذا كانت خطوة النقع-المسبقة بالماء المغلي-جزءًا من الإجراء القياسي للموردحيث أنها من أسهل خطوات السقوط بهدوء دون ظهورها في تقرير الفحص النهائي.
- إمكانية تتبع الكثير، بحيث إذا ظهرت مشكلة الأبعاد أو التشقق لاحقًا، فيمكن إرجاعها إلى دورة المعالجة المحددة بدلاً من معالجتها على أنها عيب عام في المواد.
إن المورد الذي يمكنه الإجابة عن هذه الأسئلة الستة دون تردد يصف عملية خاضعة للرقابة. الشخص الذي يمكنه فقط الإشارة إلى رقم الصلابة النهائي هو وصف النتيجة، وليس العملية - وبالنسبة للأنابيب غير الملحومة المعالجة على البارد-، فإن النتيجة في اليوم الأول لا تخبرك بما سيفعله الجزء بعد ستة أشهر من الخدمة.
