Migliorare la coerenza della resistenza alla trazione dei corpi delle valvole forgiate ASTM A182 F316L API
L'esame approfondito e la sperimentazione dal rapporto di forgiatura alla temperatura di tempra
Con la principale capacità di servire i clienti del settore petrolifero e del gas, la forgiatura è una delle principali capacità produttive di Teamco per produrre parti metalliche per valvole ad alta resistenza. Possiamo forgiare parti metalliche di valvole in acciaio al carbonio e acciaio inossidabile per soddisfare le applicazioni dei clienti. Prima di procedere con la lavorazione per ottenere i progetti del cliente, dobbiamo prima assicurarci che la qualità della forgiatura soddisfi gli standard internazionali, comprese sia le composizioni chimiche che le proprietà fisiche. Il trattamento termico è solitamente la procedura chiave per ottenere le caratteristiche fisiche richieste, come la Resistenza alla Trazione, la Resistenza di Snervamento e la Durezza, ecc. In alcune situazioni sarà richiesto il test di impatto Charpy a intaglio a V. Abbiamo avuto un'esperienza nella forgiatura del corpo della valvola in materiale ASTM A182 F316L che non è riuscito a soddisfare costantemente il requisito minimo ASTM di 25.000 psi di resistenza allo snervamento dopo il trattamento termico di soluzione. La composizione chimica era completamente conforme. Ci siamo resi conto che per questo acciaio inossidabile austenitico, la funzione dell'annealing in soluzione non era fondamentalmente quella di aumentare la resistenza. Tuttavia, i test meccanici hanno ripetutamente mostrato una resistenza alla deformazione insufficiente, portando al rifiuto del prodotto e a una riduzione del rendimento produttivo. È stata condotta un'indagine metallurgica completa per identificare le cause principali e ottimizzare l'intero processo di forgiatura e trattamento termico. Alla fine il problema è stato superato.
| Caso: | Migliorare la coerenza della resistenza alla trazione dei corpi delle valvole forgiate ASTM A182 F316L API |
|---|---|
| Paese del cliente: | USA |
| Applicazione: | Petrolio e Gas, Applicazione API |
| Nome del prodotto: | Corpo della valvola a sfera 0.5” ~ 2” NPT F316L |
| Materiali: | Forgiatura a caldo |
Requisito del cliente
Uno dei nostri clienti ha richiesto corpi di valvole a sfera forgiate realizzate in materiale ASTM A182 F316L, con composizione chimica completamente conforme alla specifica originale. Abbiamo affrontato un problema in quanto, dopo il trattamento di ricottura, la resistenza alla deformazione ha ripetutamente fallito nel soddisfare il requisito minimo di 25.000 psi in tutto il lotto testando i campioni di prova forgiati, anche se la chimica del materiale stesso è stata confermata come conforme alla specifica.
Problemi o Sfide Tecniche
F316L è un materiale con proprietà meccaniche altamente sensibili alle condizioni di trattamento in soluzione, uniformità termica e controllo del raffreddamento post-forgiatura. Inizialmente presumevamo che il materiale potesse essere:
Eccessivamente ammorbidito da un trattamento termico in soluzione eccessivo.
Riscaldato in modo non uniforme a causa delle piccole dimensioni del pezzo e di un caricamento improprio.
Tenuto troppo a lungo prima dell'indurimento, consentendo la crescita dei grani.
Influenzato da un controllo insufficiente dell'acqua di indurimento, inclusa la stabilità della temperatura dell'acqua e il tempo di trasferimento del raffreddamento.
Teamco Soluzioni
Passo 1: Confermare lo standard e il metodo di prova<br>Per prima cosa, abbiamo confermato che la resistenza minima allo snervamento di 25.000 psi era il requisito ASTM A182 F316L applicabile per questa specifica del prodotto. Abbiamo anche verificato che i campioni di trazione erano stati prelevati dal blocco forgiato e che il problema ha interessato l'intero lotto, non solo un singolo pezzo anomalo.
Passo 2: Rivedere i parametri di forgiatura e trattamento termico
Successivamente, abbiamo esaminato il processo di forgiatura e trattamento termico in soluzione:
-Il rapporto di forgiatura è stato confermato a 3:1 min. che affina efficacemente la struttura del grano.
-La temperatura di trattamento in soluzione è stata confermata essere almeno 1040°C.
-Il tempo di trasferimento dal forno al serbatoio di tempra in acqua doveva essere molto breve.
-La temperatura dell'acqua di tempra doveva essere controllata in modo stabile.
-Per controllare la dimensione del grano, il tempo di mantenimento non poteva essere eccessivo pur mantenendo una completa dissoluzione del carburo.
-Il caricamento e l'impilamento del forno sono stati disposti correttamente per garantire un riscaldamento uniforme tra i pezzi.
Passo 3: Introdurre il trattamento termico in forno a vuoto per prova
Abbiamo quindi condotto un confronto di prova tra il forno convenzionale e il trattamento termico in forno a vuoto. I principali vantaggi del processo a vuoto erano:
-Ambiente di riscaldamento pulito e privo di ossigeno.
-Ridotta ossidazione superficiale.
-Migliore uniformità termica su piccole parti.
La prova ha dimostrato che il trattamento termico in forno a vuoto ha contribuito a migliorare la stabilità della resistenza, ma l'aumento della resistenza di snervamento è stato limitato piuttosto che drammatico. Questo ha indicato che il riscaldamento a vuoto potrebbe migliorare la coerenza, ma non era un sostituto completo per l'ottimizzazione del processo.
Passo 4: Regolare il processo quando la resistenza era ancora insufficiente
sinistra
Abbiamo ulteriormente ottimizzato il percorso di produzione prima di ottenere un risultato completamente soddisfacente:
-Aggiunta di deformazione controllata delle dimensioni dove consentito.
-Ridefinito il rapporto di forgiatura e il flusso di raffreddamento post-forgiatura.
-Migliorato il tempo di trasferimento della tempra e il controllo della temperatura dell'acqua.
-Ristrutturato il layout di carico del forno per garantire che ogni parte ricevesse un'esposizione uniforme al calore.
-Controllare la temperatura finale di forgiatura per preservare la struttura a grana fine mantenendo una deformazione adeguata.
-Se necessario, dovremmo selezionare fornitori di materiali in grado di fornire strutture a grana più fine e più consistenti.
Vantaggi per i clienti
- <p>Invece di modificare solo un parametro del processo, è stato implementato un programma di ottimizzazione della produzione completo. Seguendo questo piano di convalida e miglioramento passo dopo passo, abbiamo infine ottenuto la resistenza alla trazione soddisfacente. Il nostro rendimento di produzione e l'affidabilità del processo sono stati sostanzialmente migliorati. Il cliente ha raggiunto:</p>
- Resistenza alla deformazione stabile che soddisfa il target richiesto ASTM A182 F316L.
- Maggiore coerenza del lotto e minore dispersione dei risultati dei test.
- Migliorato controllo della qualità del trattamento termico per piccoli corpi valvola forgiati.
- Ridotto rischio di rifiuto nelle applicazioni API e nel settore petrolifero e del gas.
- Un processo di produzione più robusto senza modificare la specifica originale del materiale.
- <p>In sintesi, il risultato di successo è stato raggiunto non cambiando la chimica dei materiali, ma correggendo l'uniformità del trattamento termico, il controllo del raffreddamento e la stabilità del processo di forgiatura. Quando combinati con parametri ottimizzati di forgiatura e trattamento termico, la stabilità complessiva del processo e la coerenza delle proprietà meccaniche sono state significativamente migliorate. Il cliente è rimasto colpito dal nostro programma di miglioramento e dalla determinazione a raggiungere i requisiti finali. Teamco tratta ogni impegno come la massima priorità.</p>