Migliorare la coerenza della resistenza alla trazione dei corpi delle valvole di forgiatura API ASTM A182 F316L
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 di forgiatura API ASTM A182 F316L |
|---|---|
| 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 richiedeva corpi di valvole a sfera forgiati realizzati con materiale ASTM A182 F316L, con una composizione chimica pienamente conforme alle specifiche applicabili.
Durante la produzione, abbiamo riscontrato un problema dopo il trattamento di ricottura: la resistenza allo snervamento dei campioni forgiati ha ripetutamente fallito nel soddisfare il requisito minimo di 25.000 psi in tutto il lotto, anche se la chimica del materiale è stata confermata essere entro le specifiche.
Problemi tecnici e sfide
F316L è un materiale le cui proprietà meccaniche sono altamente sensibili alle condizioni di trattamento termico in soluzione, all'uniformità termica e al controllo del raffreddamento post-forgiatura. Inizialmente abbiamo considerato che il materiale potesse essere stato influenzato dai seguenti fattori:
- Eccessiva ammorbidimento causato da un trattamento termico in soluzione eccessivo
- Riscaldamento non uniforme a causa delle piccole dimensioni del pezzo o di un'impostazione impropria del caricamento del forno
- Ritardo eccessivo prima della tempra, che potrebbe aver consentito la crescita dei grani
- Controllo insufficiente dell'acqua di tempra, inclusa la temperatura dell'acqua instabile o un tempo di trasferimento eccessivo
Soluzioni di Teamco
Passo 1: Confermare lo Standard e il Metodo di Test
Innanzitutto, abbiamo confermato che il requisito minimo di resistenza allo snervamento di 25.000 psi era applicabile al materiale ASTM A182 F316L specificato per questo prodotto.
Abbiamo anche verificato che i campioni per il test di trazione erano stati prelevati dai blocchi di prova forgiati e confermato che il problema ha interessato l'intero lotto piuttosto che essere limitato a un singolo caso anomalo.
Passo 2: Rivedere i parametri di forgiatura e trattamento termico
Successivamente, abbiamo esaminato i processi di forgiatura e trattamento termico in soluzione. I parametri chiave includevano:
- Il rapporto minimo di forgiatura è stato confermato a 3:1 per supportare un'efficace raffinazione dei grani.
- La temperatura del trattamento termico in soluzione è stata confermata essere almeno 1.040°C.
- Il tempo di trasferimento dal forno al serbatoio di tempra in acqua doveva essere minimizzato.
- La temperatura dell'acqua di tempra doveva rimanere stabile e adeguatamente controllata.
- Il tempo di mantenimento doveva essere controllato per prevenire una crescita eccessiva dei grani garantendo al contempo una completa dissoluzione dei carburi.
- Il caricamento del forno e la disposizione dei pezzi dovevano garantire un riscaldamento uniforme su tutte le parti.
Passo 3: Condurre una prova di trattamento termico in forno a vuoto
Abbiamo quindi condotto una prova di confronto utilizzando il trattamento termico in forno convenzionale e il trattamento termico in forno a vuoto. I principali vantaggi del processo in vuoto includevano:
- Un ambiente di riscaldamento pulito e privo di ossigeno
- Ossidazione superficiale ridotta
- Migliore uniformità termica tra componenti più piccoli
La prova ha dimostrato che il trattamento termico in forno a vuoto ha migliorato la stabilità e la coerenza delle proprietà meccaniche. Tuttavia, l'aumento della resistenza alla deformazione è stato limitato piuttosto che significativo.
Questo risultato ha indicato che il trattamento termico in vuoto potrebbe migliorare la coerenza del processo, ma non potrebbe sostituire la necessità di un'ottimizzazione completa del processo di forgiatura e trattamento termico.
Passo 4: Ottimizzare ulteriormente il processo di produzione
Poiché la resistenza alla deformazione è rimasta insufficiente dopo le regolazioni iniziali, abbiamo ulteriormente ottimizzato il processo di produzione fino a ottenere risultati soddisfacenti. I miglioramenti includevano:
- Introduzione di deformazione controllata delle dimensioni dove consentito
- Ridefinizione del rapporto di forgiatura e del processo di raffreddamento post-forgiatura
- Riduzione del tempo di trasferimento dal forno al serbatoio di tempra
- Migliorare il controllo della temperatura dell'acqua di raffreddamento
- Ottimizzare la disposizione del carico del forno per garantire un'esposizione uniforme al calore per ogni componente
- Controllare la temperatura finale di forgiatura per preservare una struttura a grana fine mantenendo una deformazione sufficiente
- Valutare i fornitori di materiali in grado di fornire strutture a grana più fine e più consistenti quando necessario
Risultati e benefici per i clienti
Invece di modificare solo un parametro del processo, Teamco ha implementato un programma di ottimizzazione della produzione completo. Seguendo un piano di validazione e miglioramento passo dopo passo, abbiamo infine raggiunto la resistenza alla trazione richiesta, migliorando significativamente il rendimento della produzione e l'affidabilità del processo.
Il cliente ha ottenuto i seguenti risultati:
- Resistenza alla deformazione stabile che soddisfa il requisito ASTM A182 F316L
- Migliore coerenza del lotto e riduzione della variazione nei risultati dei test
- Miglior 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 del materiale originale
In sintesi, il risultato di successo è stato raggiunto non cambiando la chimica dei materiali, ma migliorando l'uniformità del trattamento termico, il controllo della tempra e la stabilità del processo di forgiatura. Quando combinati con parametri ottimizzati di forgiatura e trattamento termico, questi miglioramenti hanno notevolmente aumentato l'affidabilità complessiva del processo e la coerenza delle proprietà meccaniche.
Il cliente ha riconosciuto il programma di miglioramento strutturato di Teamco e la determinazione a soddisfare i requisiti finali. Presso Teamco, ogni impegno verso il cliente è trattato come una massima priorità.