Melhorando a Consistência da Resistência ao Esforço do Corpo de Válvula de Forjamento API ASTM A182 F316L
O exame aprofundado e a experimentação desde a proporção de forjamento até a temperatura de resfriamento.
Com a principal capacidade de atender clientes de petróleo e gás, as peças metálicas usadas em aplicações API, a forja é uma das principais capacidades de produção da Teamco para produzir peças metálicas de válvula de alta resistência. Podemos forjar peças metálicas de válvula em aço carbono e aço inoxidável para atender às aplicações dos clientes. Antes de prosseguir com a usinagem para atender aos designs do cliente, devemos primeiro garantir que a qualidade da forja atenda aos padrões internacionais, incluindo tanto as composições químicas quanto as propriedades físicas. O tratamento térmico é geralmente o procedimento chave para alcançar as características físicas necessárias, como Resistência à Tração, Limite de Escoamento e Dureza, etc. Em algumas situações, o Teste de Impacto Charpy com Entalhe em V será necessário. Tivemos uma experiência de forjar o corpo da válvula em material ASTM A182 F316L, que não conseguiu atender consistentemente ao requisito mínimo da ASTM de 25.000 psi de resistência ao escoamento após o tratamento térmico de solução. A composição química estava totalmente em conformidade. Percebemos que, para esse aço inoxidável austenítico, a função do recozimento da solução não era basicamente para aumentar a resistência. No entanto, os testes mecânicos mostraram repetidamente resistência à tração insuficiente, resultando na rejeição do produto e na redução do rendimento de produção. Uma investigação metalúrgica abrangente foi realizada para identificar as causas raízes e otimizar todo o processo de forjamento e tratamento térmico. Eventualmente, o problema foi superado.
| Caso: | Melhorando a Consistência da Resistência ao Esforço do Corpo de Válvula de Forjamento API ASTM A182 F316L |
|---|---|
| País do Cliente: | EUA |
| Aplicação: | Petróleo e Gás, Aplicação API |
| Nome do Produto: | Corpo de Válvula de Bola 0,5” ~ 2” NPT F316L |
| Materiais: | Forjamento a Quente |
Requisito do Cliente
Um de nossos clientes exigiu corpos de válvula de esfera forjados fabricados a partir do material ASTM A182 F316L, com uma composição química totalmente compatível com a especificação aplicável.
Durante a produção, encontramos um problema após o recozimento da solução: a resistência ao escoamento dos cupons de teste forjados falhou repetidamente em atender ao requisito mínimo de 25.000 psi em todo o lote, embora a química do material tenha sido confirmada como estando dentro da especificação.
Problemas e Desafios Técnicos
O F316L é um material cujas propriedades mecânicas são altamente sensíveis às condições de tratamento térmico de solução, uniformidade térmica e controle de resfriamento pós-forjamento. Inicialmente, consideramos que o material poderia ter sido afetado pelos seguintes fatores:
- Amolecimento excessivo causado por tratamento térmico de solução excessivo
- Aquecimento desigual devido ao pequeno tamanho da peça ou a um arranjo inadequado de carga do forno
- Atraso excessivo antes da têmpera, que pode ter permitido o crescimento de grãos
- Controle insuficiente da água de têmpera, incluindo temperatura da água instável ou tempo de transferência excessivo
Soluções da Teamco
Passo 1: Confirmar o Padrão e o Método de Teste
Primeiro, confirmamos que o requisito mínimo de resistência ao escoamento de 25.000 psi era aplicável ao material ASTM A182 F316L especificado para este produto.
Também verificamos que as amostras de teste de tração foram retiradas dos blocos de teste forjados e confirmamos que o problema afetou todo o lote, em vez de ser limitado a um único outlier.
Etapa 2: Revisar os Parâmetros de Forjamento e Tratamento Térmico
Em seguida, revisamos os processos de forjamento e tratamento térmico em solução. Os principais parâmetros incluíam:
- A relação mínima de forjamento foi confirmada em 3:1 para suportar a refinação eficaz do grão.
- A temperatura do tratamento térmico em solução foi confirmada como sendo pelo menos 1.040°C.
- O tempo de transferência do forno para o tanque de resfriamento em água precisava ser minimizado.
- A temperatura da água de resfriamento precisava permanecer estável e devidamente controlada.
- O tempo de manutenção precisava ser controlado para evitar o crescimento excessivo do grão, garantindo a completa dissolução do carboneto.
- O arranjo de carga e empilhamento do forno precisava proporcionar aquecimento uniforme em todas as peças.
Etapa 3: Realizar um Teste de Tratamento Térmico em Forno a Vácuo
Em seguida, realizamos um teste de comparação usando tratamento térmico em forno convencional e tratamento térmico em forno a vácuo. As principais vantagens do processamento a vácuo incluíam:
- Um ambiente de aquecimento limpo e livre de oxigênio
- Oxidação superficial reduzida
- Melhoria na uniformidade térmica em componentes menores
O teste mostrou que o tratamento térmico em forno a vácuo melhorou a estabilidade e a consistência das propriedades mecânicas. No entanto, o aumento da resistência ao escoamento foi limitado em vez de significativo.
Esse resultado indicou que o tratamento térmico a vácuo poderia melhorar a consistência do processo, mas não poderia substituir a necessidade de otimização abrangente do processo de forjamento e tratamento térmico.
Passo 4: Otimizar ainda mais o processo de fabricação
Como a resistência ao escoamento permaneceu insuficiente após os ajustes iniciais, otimizamos ainda mais o processo de fabricação até que resultados satisfatórios fossem alcançados. As melhorias incluíram:
- Introdução de deformação controlada de dimensionamento onde permitido
- Redesenho da relação de forjamento e do processo de resfriamento pós-forjamento
- Redução do tempo de transferência do forno para o tanque de resfriamento
- Melhorando o controle da temperatura da água de resfriamento
- Otimizando o arranjo de carga do forno para garantir exposição uniforme ao calor para cada componente
- Controlando a temperatura final de forjamento para preservar uma estrutura de grão fino enquanto mantém deformação suficiente
- Avaliação de fornecedores de materiais capazes de fornecer estruturas de grão mais finas e consistentes quando necessário
Resultados e Benefícios para o Cliente
Em vez de modificar apenas um parâmetro do processo, Teamco implementou um programa abrangente de otimização da fabricação. Ao seguir um plano de validação e melhoria passo a passo, conseguimos, em última análise, alcançar a resistência ao rendimento necessária, ao mesmo tempo em que melhoramos significativamente o rendimento da produção e a confiabilidade do processo.
O cliente alcançou os seguintes resultados:
- Resistência ao rendimento estável atendendo ao requisito ASTM A182 F316L
- Consistência de lote melhorada e redução da variação nos resultados dos testes
- Melhor controle da qualidade do tratamento térmico para pequenos corpos de válvulas forjadas
- Redução do risco de rejeição em aplicações de API e petróleo e gás
- Um processo de produção mais robusto sem alterar a especificação original do material
Em resumo, o resultado bem-sucedido foi alcançado não pela mudança na química do material, mas pela melhoria da uniformidade do tratamento térmico, controle de resfriamento e estabilidade do processo de forjamento. Quando combinadas com parâmetros otimizados de forjamento e tratamento térmico, essas melhorias aumentaram significativamente a confiabilidade geral do processo e a consistência das propriedades mecânicas.
O cliente reconheceu o programa de melhoria estruturada da Teamco e a determinação em atender aos requisitos finais. Na Teamco, cada compromisso com o cliente é tratado como uma prioridade máxima.