Улучшение согласованности предела прочности ASTM A182 F316L для корпусов клапанов API
Глубокое исследование и эксперименты от соотношения ковки до температуры закалки
Основная возможность обслуживания клиентов в области нефти и газа, металлические детали, используемые в приложениях API, ковка является одной из основных производственных возможностей Teamco для производства металлических деталей клапанов высокой прочности. Мы можем производить металлические детали клапанов из углеродной и нержавеющей стали для удовлетворения потребностей клиентов. Перед началом обработки для достижения проектных требований клиента, мы сначала должны убедиться, что качество ковки соответствует международным стандартам, включая как химический состав, так и физические свойства. Термическая обработка обычно является ключевой процедурой для достижения необходимых физических характеристик, таких как прочность на растяжение, предел прочности и твердость и т.д. В некоторых ситуациях потребуется испытание на ударный изгиб с V-образным вырезом по Шарпи. У нас был опыт ковки корпуса клапана из материала ASTM A182 F316L, который не смог последовательно соответствовать минимальному требованию ASTM в 25,000psi предела текучести после термической обработки. Химический состав полностью соответствовал. Мы поняли, что для такой аустенитной нержавеющей стали функция отжигового раствора в основном не заключалась в повышении прочности. Однако механические испытания неоднократно показывали недостаточную прочность на растяжение, что приводило к отказу в производстве и снижению выхода продукции. Было проведено комплексное металлургическое исследование для выявления коренных причин и оптимизации всего процесса ковки и термической обработки. В конечном итоге проблема была преодолена.
| Случай: | Улучшение согласованности предела прочности ASTM A182 F316L для корпусов клапанов API |
|---|---|
| Страна клиента: | США |
| Применение: | Нефть и газ, API Применение |
| Название продукта: | Корпус шарового клапана 0.5” ~ 2” NPT F316L |
| Материалы: | Горячая ковка |
Требования клиента
Один из наших клиентов потребовал корпуса запорных шаровых клапанов, изготовленных из материала ASTM A182 F316L, с химическим составом, полностью соответствующим оригинальной спецификации. Мы столкнулись с проблемой, что после отжига прочность на сжатие снова не соответствовала минимальному требованию в 25,000 psi по всей партии при тестировании кованых образцов, хотя химический состав материала был подтвержден как соответствующий спецификации.
Технические проблемы или вызовы
F316L - это материал с механическими свойствами, которые сильно зависят от условий термической обработки, тепловой однородности и контроля охлаждения после ковки. Мы изначально предполагали, что материал мог быть:
Чрезмерно размягчен из-за избыточной термической обработки.
Неправильно нагрет из-за небольшого размера детали и неправильной загрузки.
Держался слишком долго перед закалкой, что позволяло зернам расти.
Подвержен недостаточному контролю за водой для закалки, включая стабильность температуры воды и время передачи охлаждения.
Teamco Решения
Шаг 1: Подтвердите стандарт и метод тестирования<br>Сначала мы подтвердили, что минимальная предел прочности на текучесть 25,000psi является применимым требованием ASTM A182 F316L для этого продукта. Мы также проверили, что образцы на растяжение были взяты из кованого блока и что проблема затронула всю партию, а не только один выброс.
Шаг 2: Проверьте параметры ковки и термообработки
Затем мы рассмотрели процесс ковки и термообработки в растворе:
-Соотношение ковки было подтверждено на уровне 3:1 мин., что эффективно улучшает структуру зерна.
-Температура термообработки в растворе была подтверждена как минимум 1040°C.
-Время переноса из печи в бак с водой для закалки должно быть очень коротким.
-Температура закалочной воды должна контролироваться стабильно.
-Чтобы контролировать размер зерна, время выдержки не должно быть чрезмерным при полном растворении карбидов.
-Загрузка и укладка в печи были организованы правильно, чтобы обеспечить равномерный нагрев деталей.
Шаг 3: Внедрение термообработки в вакуумной печи для испытаний
Затем мы провели сравнительное испытание между обычной печью и термообработкой в вакуумной печи. Ключевые преимущества вакуумной обработки были:
-Чистая, безкислородная среда для нагрева.
-Сниженная окисляемость поверхности.
-Лучшая тепловая однородность для мелких деталей.
Испытание показало, что термообработка в вакуумной печи помогла улучшить стабильность прочности, но увеличение предела текучести было ограниченным, а не драматичным. Это указывало на то, что вакуумное нагревание может улучшить согласованность, но не является полной заменой оптимизации процесса.
Шаг 4: Настройте процесс, когда прочности все еще было недостаточно
налево
Мы дополнительно оптимизировали производственный маршрут, прежде чем получили полностью удовлетворительный результат:
-Добавили контролируемую деформацию размеров, где это было возможно.
-Переработали соотношение ковки и поток охлаждения после ковки.
-Улучшили время передачи закалки и контроль температуры воды.
-Ужесточили планировку загрузки печи, чтобы обеспечить равномерное тепловое воздействие на каждую деталь.
-Контролируйте конечную температуру ковки, чтобы сохранить мелкозернистую структуру при поддержании правильной деформации.
-При необходимости нам нужно будет выбрать поставщиков материалов, способных предоставить более тонкие и более однородные зернистые структуры.
Преимущества для клиентов
- <p>Вместо изменения только одного параметра процесса была реализована комплексная программа оптимизации производства. Следуя этому пошаговому плану валидации и улучшения, мы в конечном итоге достигли удовлетворительной прочности на растяжение. Наша производственная доходность и надежность процесса были существенно улучшены. Клиент достиг:</p>
- Стабильная предел прочности, соответствующий требуемой целевой норме ASTM A182 F316L.
- Лучшая согласованность партий и меньшая дисперсия результатов испытаний.
- Улучшенный контроль качества термообработки для малых кованых корпусов клапанов.
- Сниженный риск отказа в приложениях API и нефтегазовой отрасли.
- Более надежный производственный процесс без изменения оригинальной спецификации материала.
- <p>В заключение, успешный результат был достигнут не за счет изменения химии материала, а благодаря корректировке однородности термической обработки, контролю закалки и стабильности процесса ковки. В сочетании с оптимизированными параметрами ковки и термической обработки общая стабильность процесса и согласованность механических свойств были значительно улучшены. Клиент был впечатлен нашей программой улучшения и решимостью достичь окончательных требований. Teamco рассматривает каждое обязательство как приоритет.</p>