El tratamiento térmico de soldadura de tubos de acero soldados no es un misterio.

Primero, el propósito del tratamiento térmico de soldadura por calentamiento por inducción.

El rendimiento de los tubos de acero soldados se evalúa exhaustivamente mediante el rendimiento de las dos partes del metal, el cuerpo del tubo de acero y la soldadura. El punto más débil de cualquier lado determinará el rendimiento de la tubería de acero soldada. Durante el proceso de soldadura, debido a la alta temperatura de soldadura, la estructura metálica de la soldadura y la zona afectada por el calor cambian y los granos se vuelven más gruesos, y también hay una gran tensión interna. Como resultado de estos cambios, el comportamiento del metal en la zona de soldadura es muy diferente al del material base (cuerpo de tubería de acero). Además, el rendimiento integral del metal de soldadura es significativamente menor que el del cuerpo del tubo de acero. Por esta razón, se debe utilizar el tratamiento térmico de soldadura para eliminar la diferencia y convertirlo en un 'tubo de acero soldado sin costura' con un rendimiento integral constante.

(1) Eliminar la tensión interna generada por la soldadura. La zona afectada por el calor formada en ambos lados de la soldadura debido a la soldadura forma tres áreas completamente diferentes con diferentes estructuras, tamaños de grano y distribuciones de tensión de la soldadura y el cuerpo de la tubería de acero. Debido a las diferentes temperaturas de calentamiento y velocidades de enfriamiento de la soldadura, la zona afectada por el calor y el cuerpo de la tubería de acero, las tensiones internas dentro de ellos son diferentes. La tensión interna en la soldadura es la más grande, la zona afectada por el calor es la segunda más grande y el cuerpo de la tubería de acero es la más pequeña. Cuando la tensión interna excede el límite elástico, el metal sufrirá una deformación plástica, lo que provocará que la tubería de acero soldada se doble; cuando la tensión interna excede el límite de resistencia, el metal sufrirá grietas en los límites de grano y, después de que las grietas se expandan, la soldadura se agrietará. Los granos de metal en el área de soldadura son gruesos y el límite elástico y la resistencia a la tracción son los más bajos, lo que los hace más propensos a agrietarse. La zona afectada por el calor también es más propensa a agrietarse que el cuerpo de la tubería de acero. Por lo tanto, para mejorar el rendimiento integral de la soldadura, es necesario eliminar la tensión interna de la soldadura mediante tratamiento térmico. Generalmente se utiliza normalización o recocido a alta temperatura para eliminar la tensión interna de la soldadura.

(2) Mejorar la microestructura del metal en la soldadura y la zona afectada por el calor. Las tiras de acero utilizadas para la fabricación de tuberías son en su mayoría normalizadas laminadas en caliente y enfriadas por aire, con una fina estructura de ferrita + perlita; Algunas tiras de acero microaleadas de alta resistencia tienen una fina estructura de ferrita acicular. Las altas temperaturas de la soldadura provocan dos efectos adversos sobre el metal de soldadura. En primer lugar, el engrosamiento del grano conduce a una disminución del límite elástico y a la fragilización. En segundo lugar, las velocidades desiguales de enfriamiento post-soldadura causan un enfriamiento lento en la zona de soldadura, lo que resulta en ferrita y perlita gruesa, mientras que un enfriamiento más rápido en la zona afectada por el calor da como resultado la formación de martensita gruesa y austenita retenida además de ferrita y perlita. Combinados con estos factores, el engrosamiento del grano y los cambios en la microestructura del metal causan la fragilización del metal de soldadura, lo que resulta en diferencias significativas en la estructura y propiedades del cuerpo de la tubería de acero. Por lo tanto, el tratamiento térmico de la soldadura es necesario para refinar el tamaño del grano y restaurar la estructura metalográfica para minimizar las diferencias.

En segundo lugar, métodos de tratamiento térmico de soldadura por calentamiento por inducción.

Los tipos de acero que requieren tratamiento térmico para mejorar las propiedades mecánicas de las soldaduras son principalmente aceros para tuberías. Los principales métodos de tratamiento térmico para mejorar el rendimiento general de las soldaduras incluyen normalización, normalización + revenido y templado + revenido. Actualmente, la normalización de soldadura es el método más común utilizado en la producción nacional de tubos de acero soldados, mientras que otros métodos de tratamiento térmico no se utilizan ampliamente. El tratamiento térmico más avanzado para tubos de acero soldados es el templado + revenido. El tratamiento de normalización se utiliza principalmente en líneas de producción de tubos de acero soldados a gran escala en el extranjero, y el tratamiento de revenido sólo lo utilizan unas pocas empresas en Japón, Estados Unidos y la Unión Europea. El tratamiento de templado de soldaduras por calentamiento por inducción es la dirección de desarrollo futuro.

(1) Tratamiento de normalización del calentamiento por inducción de soldadura. El tratamiento de normalización de soldadura incluye un tratamiento de recocido, que a veces también se denomina recocido de alivio de tensiones. El tratamiento de normalización del calentamiento por inducción de soldadura consiste en calentar la soldadura a una temperatura superior a Ac3, 900-950 ℃, enfriar con aire por debajo de 400 ℃ y luego enfriar con agua a temperatura ambiente. Esto elimina la tensión interna de la soldadura, refina los granos de la soldadura, mejora la microestructura y mejora la plasticidad de la soldadura y la tenacidad al impacto. El tratamiento de normalización del calentamiento por inducción de soldadura es adecuado para acero ordinario de baja aleación y algunos aceros de baja aleación de alta resistencia, equivalente a tubos de acero soldados por debajo del grado de acero X60. El tratamiento de recocido por calentamiento por inducción de soldadura consiste en calentar la soldadura a la región de fase dual de 700-750 ℃ ​​y luego enfriar al aire a temperatura ambiente. El propósito es eliminar la tensión interna de la soldadura y mejorar la plasticidad. El tratamiento de recocido se utiliza principalmente para soldar acero al carbono y algunos tubos de acero ordinarios de baja aleación.

(2) Normalización del calentamiento por inducción de soldadura + tratamiento de revenido. Cuando la dureza de la soldadura aún es alta pero la plasticidad aún es baja después del tratamiento de normalización, se puede utilizar un tratamiento de revenido a alta temperatura como medida correctiva. El tratamiento de templado por calentamiento por inducción consiste en calentar la soldadura a una temperatura inferior a Ac1, generalmente alrededor de 650 ℃ y luego enfriarla al aire. Después del tratamiento de templado a alta temperatura, la estructura de martensita en el acero original se transforma en bainita y ferrita templadas, se mejora la plasticidad de la soldadura, se reduce la dureza y la resistencia no cambia mucho.

(3) Tratamiento de enfriamiento y revenido por calentamiento por inducción de soldadura. Este método de tratamiento térmico también se denomina tratamiento de templado. El tratamiento de templado por calentamiento por inducción de soldadura en línea es la tecnología de tratamiento térmico más avanzada en la actualidad. Después del tratamiento de templado, las propiedades mecánicas integrales de la soldadura alcanzan completamente el nivel del cuerpo de la tubería de acero y el rendimiento de la soldadura y el cuerpo de la tubería de acero se homogeneizan. El núcleo de la realización de esta tecnología de proceso de tratamiento térmico es dominar la tecnología de calentamiento del campo magnético transversal para garantizar la uniformidad y precisión de la temperatura de calentamiento. Para soldaduras hechas de acero de alta resistencia de baja aleación y acero de alta resistencia ligeramente aleado, la temperatura de enfriamiento es de 900 a 950 °C y la temperatura de revenido es de 600 a 650 °C. El enfriamiento utiliza enfriamiento por aspersión, mientras que el templado utiliza una combinación de enfriamiento por aire y agua. Cuando se utiliza calentamiento por campo magnético longitudinal para templado y revenido, la temperatura se puede controlar con una precisión de ±10°C, un nivel de control esencial para mantener el rendimiento estable de los tubos de acero soldados de alta resistencia. El uso de calentamiento por campo magnético transversal para soldaduras también requiere una alta precisión en el control de temperatura.

En tercer lugar, normalización de soldaduras por calentamiento por inducción.

La normalización es actualmente el método de tratamiento térmico más utilizado para tubos de acero soldados en China, a veces también denominado recocido por soldadura. La diferencia entre los dos es que la normalización requiere una temperatura de calentamiento superior a Ac3, mientras que el recocido requiere una temperatura de calentamiento más baja alrededor de Ac1. Para tuberías soldadas de acero, la normalización de la soldadura es un método de tratamiento térmico especificado en la norma API.

La normalización de soldaduras por calentamiento por inducción se puede clasificar como en línea o fuera de línea, según la configuración de producción. La normalización fuera de línea se puede utilizar para productos con una amplia gama de especificaciones y tamaños de lotes pequeños. La normalización en línea debe usarse para productos con una pequeña cantidad de especificaciones y lotes grandes.

La normalización por inducción de soldaduras se utiliza principalmente para tubos de acero con bajo contenido de carbono y baja aleación reforzados con vanadio, niobio y titanio. El propósito de normalizar las soldaduras es eliminar las tensiones internas generadas por la soldadura, refinar el tamaño del grano del metal de soldadura, mejorar la plasticidad y dureza del metal y minimizar la diferencia de rendimiento entre la soldadura y la tubería.

Cuarto, selección de la temperatura para la normalización por inducción de soldaduras.

Las temperaturas de normalización tradicionales para aceros de baja aleación son 30-50°C por encima de Ac3. Sin embargo, con una velocidad de calentamiento por inducción de 20-50°C/s⁻¹, Ac3 aumenta al aumentar las velocidades de calentamiento. Según la experiencia empírica con temperaturas de enfriamiento por inducción, Ac3 aumenta entre 20 y 50 °C. Por lo tanto, la temperatura de normalización para soldaduras de acero de baja aleación con normalización por inducción debe ser de 50 a 100 °C por encima de Ac3. El límite superior se utiliza cuando el acero contiene elementos de aleación como Cr, V y Ti; el límite inferior se utiliza cuando el acero no contiene estos elementos de aleación.

Las temperaturas de normalización no deben ser demasiado altas. En condiciones normales de calentamiento, los granos de austenita iniciales del acero hipoeutectoide de baja aleación comienzan a crecer alrededor de los 900°C, con un crecimiento rápido por encima de los 950°C. Por lo tanto, temperaturas de normalización excesivamente altas dificultan el refinamiento de la estructura del grano de la soldadura y reducen la eficacia de la normalización. Además, las temperaturas de normalización excesivamente altas pueden exacerbar la oxidación del metal en la zona de soldadura, afectando la calidad de la superficie de la tubería de acero soldada y reduciendo el rendimiento del acero. De manera similar, las temperaturas de normalización excesivamente bajas no logran mejorar la plasticidad y tenacidad del metal de soldadura, frustrando el propósito de la normalización.

Quinto, tiempo de retención y métodos de enfriamiento para soldaduras de normalización por calentamiento por inducción

Selección del tiempo de mantenimiento para el calentamiento por inducción y normalización de soldaduras. El enfriamiento, la solución y la normalización son tratamientos térmicos que implican calentar el acero hasta la temperatura de austenitización y luego enfriarlo a velocidades variables. Si bien el objetivo de la austenitización es el mismo, los tres métodos comparten el mismo objetivo. Los experimentos para eliminar el tiempo de retención de austenitización durante el enfriamiento por inducción de acero de baja aleación y el tratamiento en solución de acero austenítico termoendurecible han demostrado que al aumentar las temperaturas de enfriamiento por inducción y tratamiento de solución en 50-100 °C por encima de las temperaturas de tratamiento convencionales, se pueden lograr resultados de tratamiento térmico equivalentes sin necesidad de un tiempo de retención. La concentración de elementos fortalecedores en la solución es constante y las propiedades mecánicas a temperatura ambiente y alta temperatura después del templado y el envejecimiento superan a las de los tratamientos convencionales. Esto demuestra que eliminar el tiempo de espera durante la normalización por inducción no afecta los resultados del tratamiento térmico posterior.

En resumen, para el acero hipoeutectoide de baja aleación, siempre que la temperatura de normalización por inducción se seleccione adecuadamente y la temperatura de calentamiento de la soldadura sea uniforme, el tiempo de mantenimiento de la normalización se puede eliminar por completo sin comprometer los resultados del tratamiento térmico. Esto se debe a que, considerando la velocidad de transformación de la fase metalográfica, la temperatura juega un papel decisivo y su efecto supera con creces el del tiempo. Cambiar la temperatura por el tiempo es un sello distintivo del tratamiento térmico rápido por inducción.