무봉강관의 냉간 처리 및 응력 완화 공정 분석

이음매 없는 파이프 냉간 처리는 일반적으로 심냉 처리(낮은{0}}온도 처리, 일반적으로 -70도 ~ -196도의 액체 질소 환경에서 처리)를 의미하며 종종 담금질, 템퍼링, 냉간 압연/냉간 인발 공정과 함께 사용됩니다. 핵심 기능은 다음과 같습니다.

1. 구조 및 치수 안정화:

엘자잔여 오스테나이트를 제거하고 안정적인 마르텐사이트로의 변태를 촉진하여 파이프, 특히 정밀 유압 파이프, 계기 파이프 및 베어링 파이프의 후속 사용 및 가공 중에 치수 변형 및 정확도 드리프트를 방지합니다.

2. 경도, 내마모성 및 강도 향상:

조직이 치밀해지고, 표면경도와 내마모성이 향상되며, 파이프의 수명이 연장됩니다.

3. 미세한 내부 응력을 해제합니다.

냉간 인발 및 담금질 시 격자 변형으로 인한 미세{0}응력을 줄이고 후반 단계에서 균열 및 뒤틀림의 위험을 낮춥니다.

4. 인성 및 피로 성능 향상:

입자 구조를 개선하고 응력 집중점을 줄이며 파이프 재료의 피로 및 충격 저항을 향상시킵니다.

구별 포인트:

냉간 처리 ≠ 상온 냉간 인발/냉간 압연. 냉간 처리는 저온-심냉 냉각 공정으로 열처리 후의 보조 절차입니다.

(1) 전-처리 준비

1. 전-공정 관리
파이프 재료는 먼저 담금질/템퍼링/냉간 인발 과정을 거친 다음 로에 넣기 전에 실온(20{2}40도) 정도까지 냉각해야 합니다. 과도한 온도 차이 및 균열을 방지하기 위해 저온 장비에 고온을 직접 도입하는 것은 엄격히 금지됩니다-.

2. 분류 및 육안검사

균열, 접힘, 고르지 않은 벽 두께, 표면 긁힘 및 범프가 있는 파이프를 제거합니다. 재료가 섞이지 않도록 재료, 사양 및 배치별로 정렬합니다.

3. 청소 및 건조

표면의 기름때, 수분, 절삭유 등을 철저하게 제거해 주십시오. 결빙된 물은 파이프 벽에 균열을 일으키고 내부 벽을 부식시킬 수 있습니다. 긴 파이프의 양쪽 끝은 밀봉되어 저온-온도의 매체가 파이프로 유입되는 것을 방지합니다.

4. 노 적재 기준
파이프 재료를 쌓거나 압착하지 않고 간격을 두고 층별로 배치합니다. 저온에서 자중 휘어짐과 변형을 방지하기 위해 얇고 긴 파이프를 지지합니다.-

5. 프로세스 매개변수 사전-설정
재료에 따라 목표 온도와 유지 시간을 설정하십시오. 탄소강/저합금 이음매 없는 파이프는 일반적으로 -70 ~ -120도, 고합금/베어링 파이프는 -150 ~ -196도입니다.

(II) 저온처리 공정관리

1. 느린 냉각 속도
급속 냉각을 피하십시오. 냉각속도를 1~3도/분으로 조절합니다. 온도 차이가 크면 새로운 온도 응력이 발생하여 미세 균열이 발생할 수 있습니다.

2. 적절한 단열
배관 전체가 설정된 저온에 도달한 후 2~4시간 동안 단열을 유지합니다(벽 두께가 크고 직경이 큰 배관의 경우 4~6시간 연장). 내부와 외부의 성능이 고르지 않도록 내부 및 외부 구조가 완전히 변형되었는지 확인하십시오.

3. 밀봉된 환경 및 균일한 매체
액체질소/냉기 순환이 균일하여 국부적인 과냉각을 제거합니다. 극도로 낮은 온도를 피하기 위해 지속적으로 온도를 모니터링하십시오.

4. 외부 충격 및 이동 금지
저온에서는 강철의 인성이 일시적으로 감소하고 응력을 받으면 잠복 균열이 발생하기 쉽습니다.

(III) 사후-냉각 작업

1. 서냉(키)
하역 후 파이프가 자연적으로 실온까지 따뜻해질 수 있도록 하십시오. 직사광선에 노출시키거나, 뜨거운 바람을 불어넣거나, 물에 담가 급속 가열하지 마세요. 이는 저온과 고온이 교대로 발생하여 발생하는 2차 스트레스를 방지하기 위함입니다. 냉각 기간은 벽 두께에 따라 다릅니다. 얇은-벽 파이프의 경우 2~4시간; 두꺼운-벽 파이프의 경우 6시간 이상.

2. 적시 템퍼링/시효
깊은 냉각 후에는 저온 열처리(120~200도)를 수행하여 냉간 처리 중에 발생하는 소량의 저온 응력을 제거해야 합니다.- 이는 또한 파이프 재료의 인성을 복원하고 취성을 방지하는 데 도움이 됩니다.

3. 재{1}}검사 및 분류
각 파이프의 외관, 직진도, 진원도를 개별적으로 검사합니다. 경도, 금속 조직 분석, 결함 감지용 샘플을 채취하여 미세 균열 및 변형을 확인합니다.-

4. 보호 및 보관
건조 및 냉각 후에는 파이프를 창고에 보관하여 요소, 비 및 충격에 노출되지 않도록 하십시오.
 

이음매 없는 파이프의 주요 응력 원인: 열간 압연, 냉간 인발/냉간 압연, 담금질, 용접, 교정, 기계 가공. 응력은 거시적 잔류응력과 미시적 격자응력으로 구분됩니다.

1. 향후 실패 예방
잔류 응력이 해제되면 파이프가 구부러지거나 비틀리거나 크기 편차가 발생할 수 있습니다. 응력의 중첩은 파이프 벽 균열 및 파열을 일으킬 가능성이 높으며, 이는 고압 파이프라인 및 유체 운송 파이프에 매우 높은 위험을 초래합니다.

2. 가공 정밀도 안정화
선삭, 나사 가공, 절단, 굽힘과 같은 후속 가공 공정에서 응력 해제로 인해 가공된 제품이 변형됩니다. 응력을 제거하면 완제품 치수의 장기적인-안정성을 보장할 수 있습니다.

3. 기계적 물성 향상
응력 집중을 제거하면 파이프의 피로, 부식 및 취성 파괴에 대한 저항성이 향상되어 고압-, 저온-, 반복 하중 조건에서 안전성이 크게 향상됩니다.

4. 후속 표면 처리 개선
응력 제거 후 파이프의 구조가 균일해집니다. 아연 도금, 인산염 처리, 코팅 등의 공정에서는 벗겨짐이나 핀홀이 발생할 가능성이 적습니다.
 

1. 저온-온도 응력 완화 어닐링(가장 일반적으로 사용되는 주류 공정)

적용 대상: 냉간 인발 파이프, 담금질 및 템퍼링 파이프, 정밀 이음매 없는 파이프, 중소형{1}}직경 파이프

• 진행봄 여름 시즌:180~300도까지 가열하고 일정 시간 동안 유지한 후 천천히 공기-냉각 또는 화로 냉각-
• 원칙:원자는 천천히 확산되어 격자 변형 응력을 방출하며 매트릭스의 경도와 강도는 변하지 않고 잔류 응력만 제거됩니다.
• 핵심 사항:전체 퍼니스의 온도는 균일해야 하며, 유지 시간은 벽 두께 10mm당 30~60분입니다. 냉각 속도는 2도/분 이하여야 합니다.

2. 고온-온도 응력 제거 어닐링(완전 응력 제거, 파이프의 대변형)

적용 대상: 대구경-두꺼운-벽 파이프, 열간 압연 파이프, 엘보우, 가공 파이프 피팅, 용접 파이프

• 프로세스:550~650도(변태온도 이하)로 가열한 후 잠시 유지한 후 로 안에서 천천히 식힙니다(온도가 200도 이하로 떨어지면 로에서 꺼냅니다).
• 특징:응력 완화 효과는 가장 철저하며 모든 거시적 및 미시적 응력을 거의 제거합니다. 단점은 경도와 강도가 약간 감소하여 경도 요구 사항이 낮은 구조용 파이프 및 운송 파이프에 적합하다는 것입니다.

3. 진동노화(물리적 응력 완화, 가열 불필요)

적용 대상: 초장관, 대구경-관, 가열해도 변색되거나 부드러워지지 않는 완성관.

• 원칙: 공진에 의해 배관재의 내부 응력이 완화되어 재분배됩니다.
• 장점: 열 변형이 없고, 산화 탈탄이 없으며, 에너지 소비가 적습니다. 단점: 깊은 응력 제거에는 한계가 있으며 주로 보조 응력 완화 방법으로 사용됩니다.

4. 자연 노화(저비용, 낮은-요구 사항 파이프에만 해당)

적용 대상: 일반 저압-압력 구조용 파이프, 비-정밀 파이프

• 원칙: 상온에 장시간 방치하면 스트레스가 점차 자연스럽게 해소됩니다.
• 단점: 기간이 매우 길고(수주~수개월) 스트레스 해소가 철저하지 않아 산업적 배치생산에서는 거의 사용되지 않습니다.

5. 심냉치료(이전에는 냉치료로 불리며 보조적인 스트레스 해소법으로 사용됨)

일반적으로 템퍼링과 함께 사용됩니다. 먼저, 심냉처리를 통해 조직을 안정화시킨 후, 더 낮은 온도에서 뜨임 처리를 합니다. 스트레스 해소의 결합 효과가 더 효과적입니다.
 

냉간 처리 + 응력 완화 + 성형을 결합한 두 가지 주요 파이프라인 처리 방법이 있습니다.

솔루션 1: 정밀 냉간-인발 이음매 없는 파이프(유압, 계측 및 정밀 기계에 사용)

1. 열간압연파이프 빌렛 → 냉간인발/냉간압연 성형(냉간가공 스트레스 발생)
2.저온-응력 완화 어닐링(200~280도): 냉간 신선 스트레스 제거
3. 머리를 곧게 펴고 자르고 마무리한다.
4. 심냉처리 (-80~-120도, 서냉 + 충분한 유지시간): 구조를 안정시키고 경도 및 내마모성을 향상시킵니다.
5. 2차 저온-온도 어닐링(150~200도): 냉간처리 스트레스 해소 및 강인성 회복
6. 비파괴 검사, 크기 검사 및 완제품 보관-

효과: 치수가 안정적이고 경도가 균일하며 피로 성능이 우수하고 장기간 사용해도 변형이 없습니다.

솔루션 2: 고압-압력/두꺼운{2}}열간압연-무봉제 파이프(석유 및 가스, 보일러, 유체 운송)

1. 열간압연 성형 → 거친 교정
2. 고온-온도 응력완화소둔(580 - 630도, 노내 서냉): 열간압연 및 교정에 따른 응력을 완전히 제거
3. 추가 가공을 위한 가공, 베벨링, 벤딩 파이프 등
4. 제품 결함 탐지, 수압 테스트
 

효과: 균열에 강하고 높은 압력과 안정적인 응력을 견디며 고강도-조건에 적합합니다.
 

1. 냉간치료의 핵심: 치수 유지, 경도 강화, 조직 변형 촉진. 전체 프로세스에는 느린 냉각, 느린 재{1}}가열 및 후속 재{2}}온도가 포함되어야 합니다. 그렇지 않으면 균열이 발생하기 쉽습니다.

2. 스트레스 해소의 핵심:변형, 균열 및 치수 드리프트를 방지합니다. 열처리 시 응력완화를 위해서는 '고-온도 어닐링(완전)'과 '저-템퍼링(경도 유지를 위해)'을 우선시합니다. 

3.성능 향상을 위한 논리:성형시 응력제거 → 냉간경화 실시 → 2차 응력제거를 실시합니다. 이 세 가지 공정을 결합하면 강도, 경도, 인성 및 치수 안정성이 고려됩니다.