独特の幾何学形状により、U- 形のステンレス鋼管(通常、304、316、321、347H、310S などのオーステナイト系グレード) は、熱処理中に、不均一な応力分布や曲げ部分での粒子成長の傾向など、直管よりも複雑な課題に直面します-。寸法安定性、耐食性、機械的特性を確保するには、適切な熱処理が非常に重要です。オーステナイト系ステンレス鋼の標準的な熱処理プロセスには、溶体化処理、歪取り焼鈍、安定化処理、シグマ (σ) 相を除去するための熱処理が含まれます。
ステンレス直管の熱処理工程
1. オーステナイト系ステンレス鋼の熱処理方法にはどのようなものがありますか?
I. 溶体化処理
溶体化処理は、ステンレス鋼部品を溶体化温度（1050 ～ 1100 度）に加熱する熱処理プロセスです。これにより、すべての炭化物-と冷間加工中に形成されたマルテンサイト-が完全に溶解し、オーステナイトに変化します。その後、材料は急速に冷却され、この単相の高温微細構造が室温で保持されます。-この熱処理により、最も柔らかく、延性が最も高い状態が得られます。
II.ストレス解消治療
冷間加工によって発生した内部応力は、低温焼鈍（275 ～ 450 度で 0.5 ～ 2 時間）によって除去できます。{0}この処理の後、機械的特性が改善されます。ただし、伸びは変わりません。
Ⅲ．安定化処理
粒界腐食を防ぐために、オーステナイト鋼に少量のチタンまたはニオブが添加され、その後安定化処理として知られるプロセスが行われます。この処理では、材料を 900 度に加熱し、炭化クロムの大部分を溶解します。次に、溶解した炭素がチタンまたはニオブと結合して、炭化クロムよりも安定な TiC または NbC 化合物を形成します。-これにより、炭化クロムが粒界で析出することを防ぎます。この処理は機械的特性に大きな影響を与えません。
IV. σ相を除去するための熱処理
ニッケル含有量が不十分な高クロム オーステナイト鋼では、熱処理により σ 相が形成され、鋼の衝撃靱性 (ak 値) が低下する可能性があります。このクラスの鋼の場合、σ- 相形成の温度範囲は約 500 ～ 970 度です。この形成温度範囲を避け、材料をさらに高い温度に加熱することにより、σ相は高温-フェライト相に変態し、それによって材料の靱性を回復することができます。
2. 冷間成形された U 字鋼管に推奨される熱処理は何ですか?{1}
U- 形のオーステナイト系ステンレス鋼管の場合、熱処理は主に次の目的で行われます。
ストレス解消: 曲げ、溶接、矯正などの冷間および熱間加工プロセス中に発生する残留内部応力を除去します。-これにより、応力腐食割れを防止し、寸法安定性を高めます。
耐食性の最適化: 溶体化処理により、粒界に析出した炭化物を溶解し、材料の最適な耐食性、特に粒界腐食に対する耐性を回復します。
軟化と可塑性の強化: 冷間加工により硬化した可能性のある微細構造-を軟化した状態に復元します。-これにより、均一な単相オーステナイト構造が得られ、材料の可塑性と靭性が向上し、その後の加工や適用が容易になります。
熱処理の特定の目的に応じて、U- チューブは主に次の 2 つのプロセスを受けます。
I. 溶体化処理（完全焼鈍）
これは熱処理の最も包括的な形式を構成し、最大の耐食性と最適な延性が必要な状況に適用されます。
A. 目的: 炭化物やシグマ (σ) 相などの析出相-をオーステナイト マトリックスに完全に溶解し、それによって均一な単相微細構造-を実現し、加工によって生じる応力をすべて完全に排除します-。
B. プロセスの流れ:
- 加熱: U- チューブを 1050 度から 1150 度の温度範囲まで急速に加熱します。具体的な温度の選択では、鋼のグレード（たとえば、モリブデン-含有鋼にはより高い温度が必要です）と過度の結晶粒粗大化を防ぐ必要性を考慮する必要があります。
- 浸漬: 浸漬時間は壁の厚さに基づいて計算され、通常は 1 ミリメートルあたり 1 ～ 1.5 分の範囲です。たとえば、壁厚 4.5 mm の U- チューブの場合、約 5 ～ 7 分の浸漬時間が必要になります。 U-チューブのすべてのセクション-特に曲げセクション-が均一に目標温度に達するようにすることが重要です。
- 冷却: 急速冷却は重要なステップです。鋭敏化温度範囲（850 度から 400 度）内で炭化物の再沈殿を抑制するには、チューブを水中で急速に急冷する必要があります（薄肉チューブの場合はスプレー冷却-）-。 U- チューブの場合、曲げの内側と外側の半径の両方が均一かつ急速に冷却されるように、特殊な治具や特定の水流パターンを設計する必要があります。これにより、不均一な冷却による新たな残留応力の発生を防ぐことができます。
II.応力除去アニーリング (- 低温アニーリング)
このプロセスは、主な目的が残留応力の除去であり、粒界腐食に対する耐性に関する要件が特に厳しくない場合に採用されます。
A. 目的：残留応力を部分的に緩和し、それによって寸法安定性と応力腐食割れに対する耐性を向上させると同時に、材料の過度の軟化や重大な変形の誘発を回避します。
B. プロセスの流れ:
- 加熱: チューブを 275 度から 450 度の比較的低い温度範囲に加熱します。
- 浸漬: 温度を 0.5 ～ 2 時間維持します (浸漬)。
- 冷却: 通常は炉冷または空冷によってゆっくり冷却します。このプロセスは、U- 管の寸法の完全性 (変形) に最小限の影響を与えます。
3. ユーチューブ熱処理における主な予防措置は何ですか?
U- 形状のオーステナイト系ステンレス鋼管の場合、総合的な性能、特に耐食性を確保するには、溶体化処理が推奨されるプロセスです。-ただし、重要な要素は、炭化物の析出を防ぐために急速かつ均一な冷却を達成することにあります。逆に、応力除去焼きなまし-は、-特定の要件の下で採用される-妥協的な解決策として機能し、結果として変形が少なく、エネルギー消費が低くなります。製造現場では、熱処理プロセスを科学的に定式化し、U- 字管の特定の材料グレード、寸法、加工履歴、使用環境に基づいて厳密に管理する必要があります。
I. 均一加熱: U- 字管の曲げ部分は炉内で不均一な加熱を受ける可能性があります。したがって、均一な温度場を確保するには、適切な配置または循環ファンの使用が必要です。
II.変形防止: 高温では、U- 字型チューブは自重により変形しやすくなります。適切な位置に維持するには、専用のサポートまたは固定具を利用する必要があります。
Ⅲ．急速かつ均一な冷却: これは、U- 字管の溶体化処理における最大の課題となります。理想的な冷却方法には、冷却媒体 (水) をチューブの内面と外面の両方に急速かつ均一に流すことが含まれます。実際には、これは、一方の端から加圧水を注入し、他方の端から水を流出させることによって達成できます。この技術により、曲げ部分内に「よどみゾーン」や蒸気膜が形成されなくなり、チューブ全体の急速冷却が促進されます。
IV.プロセスパラメータの記録: トレーサビリティと品質管理を容易にするために、各熱処理サイクルに関するデータ-（加熱速度、ピーク温度、保持時間、冷却方法など）-を厳密に記録する必要があります。