Poprawa spójności wytrzymałości na rozciąganie korpusów zaworów API ASTM A182 F316L
Dogłębne badania i eksperymenty od stosunku kucia do temperatury hartowania
Z główną zdolnością do obsługi klientów z branży ropy naftowej i gazu, metalowe części używane w aplikacjach API, kuźnictwo jest jedną z głównych zdolności produkcyjnych Teamco do wytwarzania metalowych części zaworów o wysokiej wytrzymałości. Możemy wytwarzać metalowe części zaworów ze stali węglowej i nierdzewnej, aby spełnić wymagania klientów. Przed przystąpieniem do obróbki w celu osiągnięcia projektów klienta, musimy najpierw upewnić się, że jakość odkuwek spełnia międzynarodowe standardy, w tym zarówno skład chemiczny, jak i właściwości fizyczne. Obróbka cieplna jest zazwyczaj kluczową procedurą do osiągnięcia wymaganych cech fizycznych, takich jak wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności i twardość itp. W niektórych sytuacjach wymagany będzie test udarowy Charpy'ego z wcięciem V. Mieliśmy doświadczenie w wytwarzaniu korpusu zaworu z materiału ASTM A182 F316L, który nie spełniał konsekwentnie minimalnych wymagań ASTM dotyczących wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 25 000 psi po obróbce cieplnej. Skład chemiczny był w pełni zgodny. Zdałyśmy sobie sprawę, że dla takiej stali nierdzewnej austenitycznej funkcja wyżarzania roztopowego nie miała zasadniczo na celu zwiększenie wytrzymałości. Jednak testy mechaniczne wielokrotnie wykazały niewystarczającą wytrzymałość na rozciąganie, co skutkowało odrzuceniem produktu i zmniejszeniem wydajności produkcji. Przeprowadzono kompleksowe badanie metalurgiczne w celu zidentyfikowania przyczyn źródłowych i optymalizacji całego procesu kucia i obróbki cieplnej. Ostatecznie problem został pokonany.
| Przykład: | Poprawa spójności wytrzymałości na rozciąganie korpusów zaworów API ASTM A182 F316L |
|---|---|
| Kraj klienta: | USA |
| Aplikacja: | Ropa naftowa i gaz, aplikacja API |
| Nazwa produktu: | Korpus zaworu kulowego 0.5” ~ 2” NPT F316L |
| Materiały: | Gorące kucie |
Wymaganie klienta
Jeden z naszych klientów wymagał odlewów kulowych wykonanych z materiału ASTM A182 F316L, o składzie chemicznym w pełni zgodnym z oryginalną specyfikacją. Napotkaliśmy problem, że po rozwiązaniu w procesie wyżarzania, wytrzymałość na rozciąganie wielokrotnie nie spełniała minimalnego wymogu 25 000 psi w całej partii, testując odlewy próbne, mimo że chemia materiału została potwierdzona jako zgodna ze specyfikacją.
Problemy techniczne lub wyzwania
F316L to materiał o właściwościach mechanicznych, które są bardzo wrażliwe na warunki obróbki cieplnej, jednorodność termiczną i kontrolę chłodzenia po kuciu. Początkowo przypuszczaliśmy, że materiał mógł być:
Zbyt zmiękczony przez nadmierną obróbkę cieplną w roztworze.
Nierównomiernie podgrzany z powodu małego rozmiaru części i niewłaściwego ułożenia ładunku.
Przechowywany zbyt długo przed hartowaniem, co pozwoliło na wzrost ziarna.
Dotknięty niewystarczającą kontrolą wody hartowniczej, w tym stabilnością temperatury wody i czasem transferu chłodzenia.
Teamco Rozwiązania
Krok 1: Potwierdzenie standardu i metody testowej<br>Najpierw potwierdziliśmy, że minimalna wytrzymałość na rozciąganie 25 000 psi była odpowiednim wymogiem ASTM A182 F316L dla tego produktu. Zweryfikowaliśmy również, że próbki na rozciąganie zostały pobrane z odkuwki i że problem dotyczył całej partii, a nie tylko pojedynczego odstającego elementu.
Krok 2: Przegląd parametrów kucia i obróbki cieplnej
Następnie przeanalizowaliśmy proces kucia i obróbki cieplnej w roztworze:
-Współczynnik kucia potwierdzono na 3:1 min., co skutecznie ulepsza strukturę ziarna.
-Temperatura obróbki roztworu została potwierdzona na co najmniej 1040°C.
-Czas transferu z pieca do zbiornika z wodą do hartowania musiał być bardzo krótki.
-Temperatura wody do hartowania musiała być stabilnie kontrolowana.
-Aby kontrolować rozmiar ziarna, czas utrzymania nie mógł być nadmierny przy zachowaniu całkowitego rozpuszczenia węglików.
-Załadunek i układanie w piecu zostały odpowiednio zorganizowane, aby zapewnić równomierne nagrzewanie części.
Krok 3: Wprowadzenie obróbki cieplnej w piecu próżniowym do prób
Następnie przeprowadziliśmy próbne porównanie między konwencjonalnym piecem a obróbką cieplną w piecu próżniowym. Kluczowe zalety przetwarzania w próżni to:
-Czyste, wolne od tlenu środowisko grzewcze.
-Zredukowana oksydacja powierzchni.
-Lepsza jednorodność termiczna w małych częściach.
Badanie wykazało, że obróbka cieplna w piecu próżniowym pomogła poprawić stabilność wytrzymałości, ale wzrost wytrzymałości na rozciąganie był ograniczony, a nie dramatyczny. To wskazywało, że podgrzewanie w próżni może poprawić spójność, ale nie jest to całkowity substytut optymalizacji procesu.
Krok 4: Dostosuj proces, gdy siła była nadal niewystarczająca
lewo
Dalsza optymalizacja trasy produkcji przed uzyskaniem w pełni satysfakcjonującego wyniku:
-Dodano kontrolowaną deformację rozmiaru tam, gdzie to możliwe.
-Przeprojektowano stosunek kucia i przepływ chłodzenia po kuźni.
-Poprawiono czas transferu hartowania i kontrolę temperatury wody.
-Zacieśniono układ załadunku pieca, aby zapewnić, że każda część otrzymała jednolite narażenie na ciepło.
-Kontroluj ostateczną temperaturę kucia, aby zachować strukturę drobnoziarnistą przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej deformacji.
-W razie potrzeby będziemy musieli wybrać dostawców materiałów zdolnych do zapewnienia drobniejszych i bardziej jednorodnych struktur ziarnistych.
Korzyści dla klientów
- <p>Zamiast modyfikować tylko jeden parametr procesu, wdrożono kompleksowy program optymalizacji produkcji. Postępując zgodnie z tym planem walidacji i poprawy krok po kroku, ostatecznie uzyskaliśmy zadowalającą wytrzymałość na rozciąganie. Nasza wydajność produkcji i niezawodność procesu zostały znacznie poprawione. Klient osiągnął:</p>
- Stabilna wytrzymałość na rozciąganie spełniająca wymagany cel ASTM A182 F316L.
- Lepsza spójność partii i mniejsza rozbieżność wyników testów.
- Ulepszona kontrola jakości obróbki cieplnej dla małych korpusów zaworów kutych.
- Zmniejszone ryzyko odrzucenia w zastosowaniach API oraz w przemyśle naftowym i gazowym.
- Bardziej solidny proces produkcji bez zmiany oryginalnej specyfikacji materiałowej.
- <p>Podsumowując, sukces osiągnięto nie poprzez zmianę chemii materiału, ale poprzez poprawę jednorodności obróbki cieplnej, kontrolę hartowania i stabilność procesu kucia. W połączeniu z optymalizacją parametrów kucia i obróbki cieplnej, ogólna stabilność procesu i spójność właściwości mechanicznych znacznie się poprawiły. Klient był pod wrażeniem naszego programu poprawy i determinacji w osiągnięciu ostatecznych wymagań. Teamco traktuje każde zobowiązanie jako najwyższy priorytet.</p>