O tratamento térmico de soldagem de tubos de aço soldados não é misterioso

Primeiro, a finalidade do tratamento térmico de solda por aquecimento por indução.

O desempenho dos tubos de aço soldados é avaliado de forma abrangente pelo desempenho das duas partes do metal, o corpo do tubo de aço e a solda. O ponto mais fraco de qualquer lado determinará o desempenho do tubo de aço soldado. Durante o processo de soldagem, devido à alta temperatura de soldagem, a estrutura metálica da solda e a zona afetada pelo calor mudam e os grãos ficam mais grossos, e há também uma grande tensão interna. Como resultado destas alterações, o desempenho do metal na zona de solda é muito diferente daquele do material original (corpo do tubo de aço). Além disso, o desempenho abrangente do metal de solda é significativamente inferior ao do corpo do tubo de aço. Por esse motivo, o tratamento térmico de soldagem deve ser utilizado para eliminar a diferença e torná-lo um 'tubo de aço soldado sem costura' com desempenho abrangente e consistente.

(1) Elimine a tensão interna gerada pela soldagem. A zona afetada pelo calor formada em ambos os lados da solda devido à soldagem forma três áreas completamente diferentes, com diferentes estruturas, tamanhos de grão e distribuições de tensão da solda e do corpo do tubo de aço. Devido às diferentes temperaturas de aquecimento e taxas de resfriamento da solda, da zona afetada pelo calor e do corpo do tubo de aço, as tensões internas dentro deles são diferentes. A tensão interna na solda é a maior, a zona afetada pelo calor é a segunda maior e o corpo do tubo de aço é o menor. Quando a tensão interna excede o limite de escoamento, o metal sofrerá deformação plástica, fazendo com que o tubo de aço soldado dobre; quando a tensão interna excede o limite de resistência, o metal sofrerá rachaduras nos limites de grão e, após a expansão das rachaduras, a solda irá rachar. Os grãos de metal na área de solda são grossos e a resistência ao escoamento e à tração são as mais baixas, tornando-os mais propensos a trincas. A zona afetada pelo calor também é mais propensa a rachaduras do que o corpo do tubo de aço. Portanto, para melhorar o desempenho abrangente da solda, é necessário eliminar as tensões internas da solda por meio de tratamento térmico. O recozimento de normalização ou alta temperatura é geralmente usado para eliminar a tensão interna da solda.

(2) Melhorar a microestrutura do metal na solda e na zona afetada pelo calor. As tiras de aço utilizadas na fabricação de tubos são em sua maioria laminadas a quente e normalizadas resfriadas a ar, com estrutura fina de ferrita + perlita; algumas tiras de aço microligadas de alta resistência têm uma estrutura de ferrita acicular fina. As altas temperaturas de soldagem causam dois efeitos adversos no metal de solda. Primeiro, o engrossamento dos grãos leva a uma diminuição no limite de escoamento e à fragilização. Em segundo lugar, taxas desiguais de resfriamento pós-soldagem causam resfriamento lento na zona de solda, resultando em ferrita e perlita grosseiras, enquanto o resfriamento mais rápido na zona afetada pelo calor resulta na formação de martensita grossa e austenita retida, além de ferrita e perlita. Combinados com esses fatores, o engrossamento dos grãos e as alterações na microestrutura do metal causam fragilização do metal de solda, resultando em diferenças significativas na estrutura e nas propriedades do corpo do tubo de aço. Portanto, o tratamento térmico da solda é necessário para refinar o tamanho do grão e restaurar a estrutura metalográfica para minimizar as diferenças.

Em segundo lugar, métodos de tratamento térmico de solda por aquecimento por indução

Os tipos de aço que requerem tratamento térmico para melhorar as propriedades mecânicas das soldas são principalmente aços para dutos. Os principais métodos de tratamento térmico para melhorar o desempenho geral das soldas incluem normalização, normalização + revenido e têmpera + revenido. Atualmente, a normalização de solda é o método mais comum usado na produção doméstica de tubos de aço soldados, enquanto outros métodos de tratamento térmico não são amplamente utilizados. O tratamento térmico mais avançado para tubos de aço soldados é a têmpera + revenido. O tratamento de normalização é usado principalmente em linhas de produção de tubos de aço soldados em larga escala no exterior, e o tratamento de têmpera é usado apenas por algumas empresas no Japão, nos Estados Unidos e na União Europeia. O tratamento de têmpera por aquecimento por indução de soldas é a direção de desenvolvimento futuro.

(1) Tratamento de normalização de aquecimento por indução de solda. O tratamento de normalização de solda inclui tratamento de recozimento, que às vezes também é chamado de recozimento de alívio de tensão. O tratamento de normalização do aquecimento por indução de solda consiste em aquecer a solda a uma temperatura acima de Ac3, 900-950 ℃, resfriar com ar abaixo de 400 ℃ e, em seguida, resfriar com água até a temperatura ambiente. Isto elimina a tensão interna da solda, refina os grãos da solda, melhora a microestrutura e melhora a plasticidade da solda e a resistência ao impacto. O tratamento de normalização de aquecimento por indução de solda é adequado para aço comum de baixa liga e alguns aços de baixa liga e alta resistência, equivalente a tubos de aço soldados abaixo do grau de aço X60. O tratamento de recozimento por aquecimento por indução de solda consiste em aquecer a solda até a região bifásica de 700-750 ℃ ​​e, em seguida, resfriar o ar até a temperatura ambiente. O objetivo é eliminar as tensões internas da solda e melhorar a plasticidade. O tratamento de recozimento é usado principalmente para soldagem de aço carbono e alguns tubos comuns de aço de baixa liga.

(2) Normalização do aquecimento por indução de soldagem + tratamento de revenido. Quando a dureza da solda ainda é alta, mas a plasticidade ainda é baixa após o tratamento de normalização, o tratamento de têmpera em alta temperatura pode ser usado para medidas corretivas. O tratamento de têmpera por aquecimento por indução consiste em aquecer a solda a uma temperatura abaixo de Ac1, geralmente em torno de 650 ℃ e depois resfriá-la ao ar. Após o tratamento de revenido em alta temperatura, a estrutura de martensita do aço original é transformada em bainita e ferrita temperada, a plasticidade da solda é melhorada, a dureza é reduzida e a resistência não muda muito.

(3) Têmpera por aquecimento por indução de solda + tratamento de revenido. Este método de tratamento térmico também é chamado de tratamento de têmpera. O tratamento online de têmpera por aquecimento por indução de solda é a tecnologia de tratamento térmico mais avançada atualmente. Após o tratamento de revenido, as propriedades mecânicas abrangentes da solda atingem totalmente o nível do corpo do tubo de aço, e o desempenho da solda e do corpo do tubo de aço são homogeneizados. O núcleo da realização desta tecnologia de processo de tratamento térmico é dominar a tecnologia de aquecimento do campo magnético transversal para garantir a uniformidade e precisão da temperatura de aquecimento. Para soldas feitas de aço de baixa liga e alta resistência e aço de alta resistência levemente ligado, a temperatura de têmpera é de 900-950°C e a temperatura de revenido é de 600-650°C. A têmpera utiliza resfriamento por spray, enquanto a têmpera utiliza uma combinação de resfriamento a ar e água. Ao usar o aquecimento por campo magnético longitudinal para têmpera e revenido, a temperatura pode ser controlada com uma precisão de ±10°C, um nível de controle essencial para manter o desempenho estável de tubos de aço soldados de alta resistência. O uso de aquecimento por campo magnético transversal para soldas também requer alta precisão de controle de temperatura.

Terceiro, normalização de soldas por aquecimento por indução

A normalização é atualmente o método de tratamento térmico mais comumente usado para tubos de aço soldados na China, às vezes também chamado de recozimento por solda. A diferença entre os dois é que a normalização requer uma temperatura de aquecimento acima de Ac3, enquanto o recozimento requer uma temperatura de aquecimento mais baixa em torno de Ac1. Para tubos soldados de aço para dutos, a normalização da solda é um método de tratamento térmico especificado no padrão API.

A normalização de soldas por aquecimento por indução pode ser categorizada como em linha ou off-line, dependendo da configuração de produção. A normalização offline pode ser usada para produtos com uma ampla gama de especificações e lotes pequenos. A normalização on-line deve ser usada para produtos com um pequeno número de especificações e lotes grandes.

A normalização de soldas por indução é usada principalmente para tubos de aço de baixo carbono e baixa liga reforçados com vanádio, nióbio e titânio. O objetivo da normalização das soldas é eliminar as tensões internas geradas pela soldagem, refinar o tamanho do grão do metal de solda, melhorar a plasticidade e tenacidade do metal e minimizar a diferença de desempenho entre a solda e o tubo.

Quarto, seleção da temperatura para normalização por indução de soldas

As temperaturas de normalização tradicionais para aços de baixa liga são 30-50°C acima de Ac3. No entanto, com uma taxa de aquecimento por indução de 20-50°C/s⁻¹, Ac3 aumenta com o aumento das taxas de aquecimento. Com base na experiência empírica com temperaturas de têmpera por indução, Ac3 aumenta em 20-50°C. Portanto, a temperatura de normalização para soldas de aço de baixa liga com normalização por indução deve ser 50-100°C acima de Ac3. O limite superior é usado quando o aço contém elementos de liga como Cr, V e Ti; o limite inferior é utilizado quando o aço não contém esses elementos de liga.

A normalização das temperaturas não deve ser muito alta. Sob condições normais de aquecimento, os grãos iniciais de austenita do aço hipoeutetóide de baixa liga começam a crescer em torno de 900°C, com rápido crescimento acima de 950°C. Portanto, temperaturas de normalização excessivamente altas dificultam o refinamento da estrutura dos grãos da solda e reduzem a eficácia da normalização. Além disso, temperaturas de normalização excessivamente altas podem exacerbar a oxidação do metal na zona de solda, afetando a qualidade da superfície do tubo de aço soldado e reduzindo o rendimento do aço. Da mesma forma, temperaturas de normalização excessivamente baixas não conseguem melhorar a plasticidade e a tenacidade do metal de solda, anulando o propósito da normalização.

Quinto, tempo de retenção e métodos de resfriamento para soldas de normalização de aquecimento por indução

Selecionando o tempo de espera para soldas de normalização de aquecimento por indução. Têmpera, solubilização e normalização são tratamentos térmicos que envolvem aquecer o aço até a temperatura de austenitização e depois resfriá-lo em taxas variadas. Embora o objetivo da austenitização seja o mesmo, todos os três métodos compartilham o mesmo objetivo. Experimentos com a eliminação do tempo de espera da austenitização durante a têmpera por indução de aço de baixa liga e o tratamento por solução de aços austeníticos de reforço térmico mostraram que, aumentando as temperaturas de têmpera por indução e de tratamento por solução em 50-100°C acima das temperaturas de tratamento convencionais, resultados equivalentes de tratamento térmico podem ser alcançados sem a necessidade de um tempo de espera. A concentração de elementos de reforço na solução é consistente, e as propriedades mecânicas à temperatura ambiente e a alta temperatura após revenido e envelhecimento superam as dos tratamentos convencionais. Isto demonstra que a eliminação do tempo de espera durante a normalização por indução não afeta os resultados subsequentes do tratamento térmico.

Em resumo, para aço hipoeutetóide de baixa liga, desde que a temperatura de normalização de indução seja adequadamente selecionada e a temperatura de aquecimento da solda seja uniforme, o tempo de espera de normalização pode ser completamente eliminado sem comprometer os resultados do tratamento térmico. Isto porque, considerando a taxa de transformação da fase metalográfica, a temperatura desempenha um papel decisivo, e o seu efeito supera em muito o do tempo. A troca de temperatura por tempo é uma marca registrada do tratamento térmico rápido por indução.