Mejorando la consistencia de la resistencia al rendimiento de los cuerpos de válvula de forja API ASTM A182 F316L
El examen y la experimentación en profundidad desde la relación de forjado hasta la temperatura de temple.
Con la principal capacidad de servir a los clientes de petróleo y gas, las piezas metálicas utilizadas en aplicaciones API, la forja es una de las principales capacidades de producción de Teamco para producir piezas metálicas de válvulas de alta resistencia. Podemos forjar piezas metálicas de válvulas de acero al carbono y acero inoxidable para satisfacer las aplicaciones del cliente. Antes de proceder con el mecanizado para lograr los diseños del cliente, primero debemos asegurarnos de que la calidad de la forja cumpla con los estándares internacionales, incluyendo tanto las composiciones químicas como las propiedades físicas. El tratamiento térmico suele ser el procedimiento clave para lograr las características físicas requeridas, como la resistencia a la tracción, la resistencia de rendimiento y la dureza, etc. En algunas situaciones, se requerirá la Prueba de Impacto Charpy con Muesca en V. Tuvimos una experiencia de forjar el cuerpo de la válvula en material ASTM A182 F316L que no cumplió consistentemente con el requisito mínimo de ASTM de 25,000 psi de resistencia al rendimiento después del tratamiento térmico de solución. La composición química cumplía completamente con los requisitos. Nos dimos cuenta de que para este acero inoxidable austenítico, la función del recocido en solución no era básicamente para aumentar la resistencia. Sin embargo, las pruebas mecánicas mostraron repetidamente una resistencia de rendimiento insuficiente, lo que resultó en el rechazo del producto y una reducción en el rendimiento de producción. Se llevó a cabo una investigación metalúrgica exhaustiva para identificar las causas raíz y optimizar todo el proceso de forjado y tratamiento térmico. Finalmente se superó el problema.
| Caso: | Mejorando la consistencia de la resistencia al rendimiento de los cuerpos de válvula de forja API ASTM A182 F316L |
|---|---|
| País del cliente: | EE. UU. |
| Aplicación: | Petróleo y gas, aplicación API |
| Nombre del producto: | Cuerpo de válvula de bola 0.5” ~ 2” NPT F316L |
| Materiales: | Forjado en caliente |
Requisito del cliente
Uno de nuestros clientes requirió cuerpos de válvula de bola forjados hechos de material ASTM A182 F316L, con una composición química completamente conforme a la especificación original. Nos enfrentamos a un problema en el que, después del recocido de solución, la resistencia de rendimiento repetidamente no cumplió con el requisito mínimo de 25,000 psi en todo el lote al probar los cupones de prueba forjados, a pesar de que la química del material en sí se confirmó que estaba dentro de la especificación.
Problemas o Desafíos Técnicos
El F316L es un material con propiedades mecánicas altamente sensibles a las condiciones de tratamiento de solución, uniformidad térmica y control de enfriamiento posterior a la forja. Inicialmente supusimos que el material podría haber sido:
Demasiado suavizado por un tratamiento térmico de solución excesivo.
Calentado de manera desigual debido al tamaño pequeño de la pieza y una disposición de carga inadecuada.
Mantenido demasiado tiempo antes del temple, permitiendo el crecimiento de grano.
Afectado por un control insuficiente del agua de temple, incluyendo la estabilidad de la temperatura del agua y el tiempo de transferencia de enfriamiento.
Teamco Soluciones
Paso 1: Confirmar el estándar y el método de prueba<br>Primero, confirmamos que la resistencia mínima al rendimiento de 25,000 psi era el requisito aplicable de ASTM A182 F316L para este requisito del producto. También verificamos que se tomaron muestras de tracción del bloque forjado y que el problema afectó a todo el lote, no solo a una pieza atípica.
Paso 2: Revisar los parámetros de forjado y tratamiento térmico
A continuación, revisamos el proceso de forjado y tratamiento térmico en solución:
-Se confirmó que la relación de forjado era de 3:1 como mínimo, lo que refina efectivamente la estructura del grano.
-Se confirmó que la temperatura de tratamiento en solución era de al menos 1040°C.
-El tiempo de transferencia del horno al tanque de enfriamiento en agua debía ser muy corto.
-La temperatura del agua de enfriamiento debía mantenerse controlada y estable.
-Para controlar el tamaño del grano, el tiempo de retención no podía ser excesivo mientras se mantenía la disolución completa de los carburos.
-La carga y apilamiento del horno se organizaron adecuadamente para asegurar un calentamiento uniforme en las piezas.
Paso 3: Introducir el tratamiento térmico en horno de vacío para prueba
Luego realizamos una comparación de prueba entre el tratamiento térmico en horno convencional y en horno de vacío. Las principales ventajas del procesamiento en vacío fueron:
-Entorno de calefacción limpio y libre de oxígeno.
-Reducción de la oxidación superficial.
-Mejor uniformidad térmica en piezas pequeñas.
La prueba mostró que el tratamiento térmico en horno de vacío ayudó a mejorar la estabilidad de la resistencia, pero el aumento en la resistencia de rendimiento fue limitado en lugar de dramático. Esto indicó que el calentamiento al vacío podría mejorar la consistencia, pero no era un sustituto completo para la optimización del proceso.
Paso 4: Ajustar el proceso cuando la resistencia aún era insuficiente
izquierda
Optimizamos aún más la ruta de fabricación antes de obtener un resultado completamente satisfactorio:
-Se añadió deformación controlada del tamaño donde fue permitido.
-Se rediseñó la relación de forjado y el flujo de enfriamiento posterior al forjado.
-Se mejoró el tiempo de transferencia de temple y el control de temperatura del agua.
-Se ajustó la disposición de carga del horno para asegurar que cada parte recibiera una exposición uniforme al calor.
-Controlar la temperatura final de forjado para preservar la estructura de grano fino mientras se mantiene una deformación adecuada.
-Si es necesario, tendríamos que seleccionar proveedores de materiales capaces de proporcionar estructuras de grano más finas y consistentes.
Beneficios para Clientes
- <p>En lugar de modificar solo un parámetro del proceso, se implementó un programa integral de optimización de la fabricación. Al seguir este plan de validación y mejora paso a paso, finalmente obtuvimos la resistencia a la tracción satisfactoria. Nuestro rendimiento de producción y la fiabilidad del proceso mejoraron sustancialmente. El cliente logró:</p>
- Resistencia de rendimiento estable que cumple con el objetivo requerido de ASTM A182 F316L.
- Mejor consistencia en lotes y menor dispersión de resultados de pruebas.
- Mejora en el control de la calidad del tratamiento térmico para cuerpos de válvulas forjadas pequeñas.
- Reducción del riesgo de rechazo en aplicaciones de API y petróleo y gas.
- Un proceso de producción más robusto sin cambiar la especificación del material original.
- <p>En resumen, el resultado exitoso se logró no cambiando la química del material, sino corrigiendo la uniformidad del tratamiento térmico, el control de enfriamiento y la estabilidad del proceso de forjado. Cuando se combinan con parámetros de forjado y tratamiento térmico optimizados, la estabilidad general del proceso y la consistencia de las propiedades mecánicas mejoraron significativamente. El cliente quedó impresionado con nuestro programa de mejora y nuestra determinación para cumplir con los requisitos finales. Teamco trata cada compromiso como la máxima prioridad.</p>