Qual è il processo di trattamento termico standard per i tubi in acciaio inossidabile martensitico

AUTENITIZZARE LA FONDAZIONE DELLA FORZA

Il trattamento termico è il processo indispensabile che sblocca le proprietà eccezionali di Tubi in acciaio inossidabile martensitico , convertendo la sua microstruttura in una forma dura, forte e resistente all'usura. Questa trasformazione si ottiene attraverso tre fasi principali: Austenitizzazione, Tempra e Rinvenimento.

La prima fase critica è l'austenitizzazione. Ciò comporta il riscaldamento del tubo MSS a un intervallo di temperature preciso in cui la struttura originale contenente ferritico e carburo si trasforma completamente in una struttura cubica omogenea, monofase, a facce centrate, nota come austenite (Gamma).

Controllo preciso della temperatura

Le temperature di austenitizzazione variano tipicamente tra 950 gradi C e 1050 gradi C (1742 gradi F e 1922 gradi F). La temperatura specifica dipende in modo critico dal grado e dal contenuto di carbonio; ad esempio, il Grado 420, a causa del suo contenuto di carbonio più elevato, potrebbe richiedere un intervallo diverso rispetto al Grado 410.

• Obiettivo: dissolvere completamente tutti gli elementi di carbonio e lega nella matrice austenite. Ciò garantisce la massima durezza successiva.

• Rischio di deviazione: un riscaldamento troppo basso produce carburi non disciolti, riducendo l'intero potenziale di durezza. Un riscaldamento troppo elevato porta ad un'eccessiva crescita dei grani, riducendo gravemente la tenacità e la duttilità finali del tubo.

Tempo di ammollo e preriscaldamento

Il tubo deve essere mantenuto alla temperatura di austenitizzazione per un tempo di immersione sufficiente a garantire che l'intera sezione trasversale venga riscaldata uniformemente e che gli elementi di lega siano completamente disciolti. Per tubi MSS a pareti spesse o geometrie complesse, viene spesso utilizzato il preriscaldamento nell'intervallo da 650 °C a 850 °C. Questo passaggio mitiga lo shock termico e riduce al minimo il rischio di deformazioni o crepe durante la rapida transizione alle alte temperature.

SPEGNIMENTO DELLA FORMAZIONE DI MARTENSITE E INDURIMENTO

La tempra è la fase di raffreddamento rapido immediatamente successiva all'austenitizzazione. Il suo scopo è quello di sopprimere la trasformazione dell'austenite in fasi più morbide come perlite o bainite, costringendola invece a trasformarsi nella struttura tetragonale ultradura e centrata sul corpo nota come Martensite (Alpha Prime).

Mezzi di raffreddamento controllati

Il mezzo e la velocità di raffreddamento sono accuratamente selezionati per ottenere la durezza richiesta gestendo al contempo lo stress residuo e la distorsione.

• Tempra in olio: fornisce una velocità di raffreddamento rapida, essenziale per alcuni gradi MSS ad alto contenuto di carbonio, ma comporta un rischio maggiore di distorsione e stress interno.

• Tempra ad aria o gas: utilizzata per qualità con elevata temprabilità, in particolare quelle contenenti nichel o molibdeno. Fornisce una velocità di raffreddamento più lenta e meno aggressiva, che riduce significativamente la distorsione, rendendolo altamente desiderabile per applicazioni di tubi di precisione.

• Tempra interrotta (bagni di sale): impiegato per ridurre al minimo i gradienti termici raffreddando rapidamente il tubo a una temperatura appena superiore alla temperatura di inizio martensite (Ms), mantenendolo isotermamente e quindi consentendo un raffreddamento più lento. Questa tecnica è vitale per ridurre al minimo lo stress interno e le variazioni dimensionali.

La struttura immediatamente dopo la tempra è martensite non temperata, caratterizzata da estrema durezza, elevata resistenza, ma fragilità molto elevata. Non è adatto per l'uso diretto.

TEMPRA EQUILIBRIO RESISTENZA E RESISTENZA

Il rinvenimento è la fase finale e più critica, un processo di riscaldamento successivo al raffreddamento utilizzato per regolare le proprietà del tubo MSS per soddisfare le specifiche di utilizzo finale. Allevia le massicce tensioni interne indotte dalla tempra e migliora la duttilità e la tenacità a scapito di una certa durezza.

Lo spettro della temperatura di rinvenimento

La temperatura, la durata e la velocità di raffreddamento del rinvenimento determinano l'equilibrio finale delle proprietà. La scelta è regolata dai requisiti della domanda.

• Rinvenimento a bassa temperatura (da 150 gradi C a 400 gradi C): utilizzato per applicazioni che richiedono la massima durezza e resistenza all'usura, come strumenti chirurgici o tubi per cuscinetti specializzati. Mantiene la maggior parte della durezza estinta.

• Rinvenimento ad alta temperatura (da 550 gradi C a 700 gradi C): ampiamente utilizzato per prodotti tubolari dei paesi petroliferi (O C T G) e altri componenti strutturali che richiedono eccellente tenacità e livelli di resistenza elevati. Questo processo produce sorbite temperata, una microstruttura ottimale per la resistenza agli urti.

Evitare l'infragilimento del temperamento

Una considerazione critica è il fenomeno dell'infragilimento da rinvenimento, in cui il riscaldamento o il raffreddamento lento nell'intervallo compreso tra circa 400 gradi C e 550 gradi C può ridurre gravemente la resistenza agli urti del materiale. Per i tubi ad alte prestazioni, questo intervallo di temperature viene spesso accuratamente evitato oppure il materiale viene rapidamente raffreddato attraverso di esso dopo la tempra.

TENDENZE E AVANZAMENTI DEL SETTORE

La domanda di tubi MSS ad alte prestazioni, in particolare nei settori energetico e aerospaziale, sta guidando i progressi del trattamento termico.

• Leghe avanzate a basso tenore di carbonio: le nuove qualità al 13% di Cr e super al 13% di Cr sono ora comuni per le applicazioni di servizio acido. Richiedono sofisticati protocolli di tempra ad alte prestazioni (H P T) per garantire la conformità agli standard NACE per la resistenza al solfuro stress cracking (S S C) pur mantenendo un'elevata resistenza allo snervamento.

• Trattamento termico sotto vuoto: i moderni forni sotto vuoto continui sono sempre più utilizzati per i tubi MSS. Il trattamento sotto vuoto riduce al minimo l’ossidazione e la decarburazione superficiale, che sono problemi comuni nei tradizionali forni atmosferici. Ciò si traduce in una finitura superficiale più pulita e proprietà del materiale più uniformi su tutta la lunghezza del tubo, con conseguente riduzione dei costi di ispezione e rilavorazione.

• Trattamento criogenico: per specifiche applicazioni ad alta durezza, a volte viene impiegato un trattamento sotto zero o criogenico fino a -196 gradi C dopo la tempra per trasformare l'austenite trattenuta in martensite. Questo processo massimizza la durezza e la stabilità dimensionale prima della fase finale di rinvenimento.

• Simulazione digitale: l'analisi degli elementi finiti (F E A) è ormai una pratica standard per modellare il flusso di calore e la trasformazione di fase in tubazioni complesse o a pareti spesse. Ciò consente ai produttori di prevedere e contrastare la distorsione termica, riducendo al minimo l'ovalizzazione e la non conformità dimensionale.