Згінанне бясшовных труб з дуплекснай сталі 2205: мінімальны радыус загіну, кампенсацыя адскоку і тэрмічная апрацоўка пасля халоднай фармовакі

Згінанне бясшовных труб з дуплекснай сталі 2205: мінімальны радыус загіну, кампенсацыя адскоку і тэрмічная апрацоўка пасля халоднай фармовакі

Бесшовныя трубкі з дуплекснай сталі 2205 (UNS S32205 / S31803) шырока выкарыстоўваюцца на марскіх платформах, на хімічных заводах, у тэплоабменніках і сістэмах асольвання вады з-за іх высокай міцнасці і выдатнай стойкасці да карозіі хларыдамі. Аднак загін такіх трубак адрозніваецца ад загіну нержавеючай сталі маркі 316L ці вугляродзістай сталі. У дуплекснай сталі 2205 прыкладна ў два разы большае значэнне мяжы пластычнасці (450 МПа супраць 220 МПа), а таксама іншае паводзіны пры ўмацненні пры дэфармацыі. Калі вы будзеце загінаць яе па правілах, прымяняемых да вугляродзістай сталі, гэта можа прывесці да трасцін на знешніх валакнах, надмернага адскоку ці эліпсы, якая не адпавядае тэхнічным патрабаванням.

Гэты артыкул ахоплівае тры найбольш крытычныя аспекты загіну бесшовных труб з дуплекснай сталі 2205: мінімальны радыус загіну , кампенсацыя пругкага адскоку , і тэрмічная апрацоўка пасля халоднай штампоўкі . Сачыце за гэтымі рэкамендацыямі, каб атрымаць узгодненыя і адпаведныя норматыўным патрабаванням загіны для вашага наступнага праекта.

Чаму загіны з дуплекснай сталі 2205 адрозніваюцца

Дуплексная сталь 2205 мае двухфазную мікраструктуру (прыкладна 50 % ферыту і 50 % аўстэніту). Абедзве фазы падвяргаюцца пругка-пластычнаму ўмацненню, але ферыт цвярдзейшы і менш пластычны. Высокая межа плистичности сплава азначае, што для яго пластычнай дэфармацыі патрабуецца большая сіла. Акрамя таго, матэрыял мае ніжшую адносную даўгавечнасць (мінімум 25 % для 2205 супраць 40 % для 316L) і большую схільнасць да ўтварэння трэшчын пры занадта вострым загіне або без адпаведнай змашчальнай пасты.

Зразуменне гэтых уласцівасцей неабходна перад выбарам радыуса загіну або метаду загіну.

Мінімальныя радыусы загіну для бесшовных труб з дуплекснай сталі 2205

Мінімальны радыус згіну — гэта найменшы радыус, які можна атрымаць без утварэння трасін, надмернага танчэння ці непрымальнай авальнасці. Для дуплекснай сталі 2205 значэнні залежаць ад:

• Знешні дыяметр трубкі (ЗД) і таўшчыні сценкі.

• Метаду згінання (з прыстасаваннем мандрэля, без мандрэля, ротацыйнае выцягванне, індукцыйнае згінанне).

• Каэфіцыента таўшчыні сценкі (ЗД / таўшчыня сценкі).

• Тэрмічнай апрацоўкі пасля згінання (калі такая праводзіцца).

Агульныя рэкамендацыі (ротацыйнае выцягванне з мандрэлем)

Прыклад: Для трубкі з знешнім дыяметрам 60,3 мм (умоўна 2″) і таўшчынёй сценкі 3,5 мм мінімальны радыус загіну (CLR) складае 4 × 60,3 = 241 мм (прыблізна 9,5″).

Для тонкасценных трубак (адносіна знешняга дыяметра да таўшчыні сценкі > 20): Павялічце мінімальны радыус на 1 × знешні дыяметр. Напрыклад, для трубкі з знешнім дыяметрам 88,9 мм і таўшчынёй сценкі 3,0 мм (адносіна знешняга дыяметра да таўшчыні сценкі ≈ 30) патрабуецца мінімум 5 × знешні дыяметр замест 4 × знешні дыяметр.

З прутком-прыстасаваннем або без яго

• Без прутка-прыстасавання – Толькі для вялікіх радыусаў загіну (> 6 × знешні дыяметр) і тоўстых сценак (> 5 мм). Існуе рызыка сплюшчвання і ўтварэння зморшчын.

• З прутком-прыстасаваннем – Патрабуецца пры радыусах загіну менш за 5 × знешні дыяметр. Цэлы або сегментаваны пруток-прыстасаванне падтрымлівае ўнутраную частку загіну, прадухіляючы калапс і забяспечваючы захаванне кругласці.

Для двухфазнай сталі 2205 увесь час выкарыстоўвайце пруток-прыстасаванне пры загінах ≤ 5 × знешні дыяметр. Выкарыстоўвайце пруток-затычку пры простых загінах і шарыкавы пруток пры вузкіх радыусах загіну (3–4 × знешні дыяметр) або пры тонкіх сценках.

Індукцыйны загін (гарачы загін)

Для вялікіх дыяметраў або вельмі малых радыусаў згіну (2,5 × ЗД), індукцыйнае згінанне награвае вузкую паласу да 900–1050 °C, а затым згінае трубу. Гэта зменшвае адскок і выключае рызыку халоднага трэшчынавання. Індукцыйнае згінанне пераважна выкарыстоўваецца пры таўстых сценках (> 10 мм) або калі не плануецца правядзенне растваральнай анеліравання пасля згінання.

Кампенсацыя адскока – дасягненне неабходнага вугла

Адскок — гэта пругкая рэкампенсацыя матэрыялу пасля знятця нагрузкі пры згінанні. Паколькі дуплексная сталь 2205 мае высокую мяжу цякасці, але падобны модуль пругкасці (200 ГПа) да сталі, адскок складае вышэйшых больш чым для аўстэнітнай нержавеючай сталі — звычайна 2–5° пры згіне на 90°, у параўнанні з 1–2° для 316L.

Як разлічыць адскок

Практычная апраксімацыя:

Вугал адскока (Δθ) = (Мяжа цякасці / Модуль пругкасці) × (Радыус згіну / Таўшчыня сценкі) × Пастаянная

Для дуплекснай сталі 2205 выкарыстоўвайце гэта эмпірычнае правіла:

Праверка: Заўсёды праводзіце тэставы загін на адходавым трубе з той жа партыі і таўшчынёй сценкі. Вымерайце фактычны вугал пасля вызвалення. Адпаведна адкарэктуйце ўстаноўку спынніка матрыцы.

Фактары, якія павялічваюць пругкую аддачу

• Меньшы радыус загіну (вышэйшая дэфармацыя, але большая пругкая аддача)

• Таўшчэйшыя сценкі (больш матэрыялу, які падлягае пругкай аддачы)

• Вышэйшая фактычная межа плисти (некаторыя цяплавыя апрацоўкі моцнейшыя за мінімальныя)

• Халодная апрацоўка (папярэдняе загінанне або выраўноўванне павялічвае мяжу плистичности)

Метады кампенсацыі

1. Загінанне з перавыкананнем — Найбольш распаўсюджаны. Усталюйце матрыцу для загінання на большы вугал (напрыклад, 95° для загіну 90°).

2. Загінанне з прымушэннем — Пры загінанні на прэсе трохі перавыконвайце ход пуансона.

3. Лакалізаванае нагрэванне — Індукцыйнае загінанне естэстуальным чынам змяншае адскок, бо матэрыял загінаецца ў гарачым стане і астывае пры абмежаванні.

4. Растяжнае загінанне — Прыкладанне восевага цягнення падчас загінання змяншае адскок, але патрабуе спецыяльнага абсталявання.

Для вытворчасці ў вялікіх аб'ёмах выкарыстоўвайце CNC-прыстасаванне для гнуткага загіну з паваротным прывадам з адлюстраваннем вугла ў рэальным часе і адаптыўнай кампенсацыяй перагіну.

Тэрмічная апрацоўка пасля халоднай штампоўкі – калі і чаму

Гэта самы непраўльна разумейны аспект гнуткага загіну дуплекснай сталі 2205. У адрозненне ад аўстэнітных нержавеючых сталёў (якія не падлягаюць тэрмічнай апрацоўцы пасля халоднага загіну), дуплексныя маркі сталі могуць патрабаваць растварнае адпальванне у залежнасці ад ступені халоднай дэфармацыі.

Рызыка халоднага загіну без тэрмічнай апрацоўкі

Пры халодным загіне дуплекснай сталі 2205 узникаюць:

• Закалянне дэфармацыяй – Павелічэнне межы плисти, зніжэнне пластычнасці.

• Асталочныя напружанні – Асабліва ў зоне ўнутранай (інтрадос) і зоне знешняй (экстрадос) часткі загіну.

• Магчымая фарміроўка марцэнсіту – Пры моцным згінанні ў аўстэнітнай фазе можа ўтварыцца марцэнсіт, індукаваны напружаннем, што зніжае карозійную стойкасць.

Калі згін занадта востры ці змена таўшчыні сценкі перавышае 10 %, матэрыял можа выйсці з ладу ў эксплуатацыі з-за стрэс-карозійнага трэшчынавання (SCC) або зніжанай стойкасці да пітінгу.

Прамысловыя рэкамендацыі па цеплавой апрацоўцы пасля згінання

Як вылічыць адносную дэфармацыю зовнешняга валакна (ε):

ε = (ЗД) / (2 × R)

Дзе ЗД = знешні дыяметр трубкі, R = радыус выгібу па сярэдняй лініі.

Прыклад: ЗД = 60,3 мм, R = 3 × ЗД = 180,9 мм. Тады ε = 60,3 / (2 × 180,9) = 0,167 = 16,7 %. Гэта перавышае 15 %, таму патрабуецца растваральнае адпал.

Працэдура растваральнага адпалу для дуплекснай сталі 2205

Калі патрабуецца тэрмічная апрацоўка, выконвайце гэты працэс:

1. Падагрэйце ўвесь выгнуты ўчастак (а таксама ўчастак не менш за 50 мм па-за межамі выгібу) да тэмпературы 1040–1100 °C.

2. Трымаць у расцвярдзенні 1 гадзіну на кожныя 25 мм таўшчыні сценкі (мінімум 20 хвілін).

3. Хуткае астуджанне – Заліўка вадой (пераважна) або прымусовая паветраная астуджа. Хуткасць астуджання павінна быць дастатковай, каб пазбегнуць выпадзення фазы сигма.

4. Ачысціць і пракісліць – Выдаліць акалыну механічным спосабам або пракісліць кіслотай (азотная–фторыстая).

Не робіце выкарыстоўвайце лакальнае падаграванне (гарэлка або індукцыйнае кольца) для частковага растваральнага адпалу, калі вы не правялі кваліфікацыю працэдуры. Нероўнае падаграванне можа выклікаць моцную дэфармацыю і засталыя напружанні.

Калі не рэкамендуецца праводзіць цеплавую апрацоўку пасля загіну

Калі загін лёгкі (ε < 5 %) і ўмовы эксплуатацыі не з’яўляюцца высока каразійна актыўнымі (напрыклад, прэсная вада, слабыя хімічныя рэчывы), цеплавую апрацоўку можна прапусціць. Таксама, калі труба не з’яўляецца ціскавай (напрыклад, паранда), рызыка нізкая.

Аднак для любых ціскавых трубаправодаў у асяроддзі, якое змяшчае хларыды (марская вада, бразавая вада, прадукцыйная вада), трэба строга выконваць патрабаванні, заснаваныя на дэфармацыі.

Альтэрнатыва: індукцыйнае загінанне (гарачая апрацоўка)

Пры індукцыйным загінанні труба награваецца да 950–1050 °C у працэсе загінання. Матэрыял загінаецца ў гарачым стане, пасля чаго адразу астуджаецца вадой ці паветрам. Гэта:

• Элімінуе адскок (або зводзіць яго да <1°).

• Убягае ўзнікненне накапленай пластычнай дэфармацыі і неабходнасць тэрмічнай апрацоўкі пасля загінання.

• Дазваляе атрымліваць меншы радыус загіну (да 2 × ЗД для таўстасценных труб).

• Забяспечвае стабільную овалісць (< 5%).

Індукцыйнае загінанне даражэйшае за халоднае загінанне на ротацыйным прэс-формавальным станку, але пры невялікіх радыусах загіну ці для таўстасценных труб гэта часта самы надзейны метад для дуплекснай сталі 2205.

Практычны спіс кантрольных пунктаў для загінання труб з дуплекснай сталі 2205

Перад загінаннем пераканайцеся, што:

• Труба адпавядае стандарцам ASTM A789 або A790 і знаходзіцца ў стане растваральнага адпалу.

• Таўшчыня сцяны аднолькавая (±5% максімум).

• Труба не мае паверхневых пашкоджанняў (падрыўкаў, ямак, шваў).

• Прапускная здольнасць гнутальнай машыны дастатковая (для сталі 2205 патрабуецца прыкладна ў 2 разы больш тонажу, чым для сталі 316L).

• Мандрэль і ачышчальны штамп у добрым стане і змашчаны.

• Праводзіцца выпрабавальнае загінанне на ўзоры з той жа пласта.

Падчас загінання:

• Кантролюецца таненне сцяны (дапушчальны максімум: 12,5% для большасці норм, 10% для ASME B31.3).

• Правяраецца овалічнасць (≤ 8% для трубаправодаў пад ціскам, ≤ 5% для труб у тэплоабменніках).

• Вымяраецца адскок і карыгуюецца вугал штампа.

• Рэгіструюцца вугал загіну, радыус і любыя адхіленні.

Пасля загіну:

• Вылічыце дэфармацыю зовнешняга валакна. Калі ε > 10 %, прадугледзьце адпал рашэння.

• Правядзіце капілярны кантроль (ПК) на зовнешнім радыусе для выяўлення трэшчын.

• Праверце памеры з дапамогай радыуснага шаблона і транспарціра.

Тыпавыя памылкі і спосабы іх прадухілення

Зводная табліца: радыус загіну супраць патрэбы ў цяплавой апрацоўцы

Апошняе слова

Паспяховы загін бесшовных труб з дуплекснай сталі 2205 патрабуе ўліку высокай міцнасці і нізкай пластычнасці матэрыялу. Выкарыстоўвайце аправу пры невялікіх радыусах загіну, кампенсуйце адскок перазагінам і ніколі не ігнаруйце разлік напружання ў знешнім валокне. Калі напружанне перавышае 10 % — асабліва пры эксплуатацыі ў хларыдных асяроддзях ці марскай вадзе — праводзьце поўны растваральны адпал пасля загіну. У выпадку сумневаў вызначце індукцыйны гарачы загін для невялікіх радыусаў.