Упрочнение при одностороннем водоструйном охлаждении

Наиболее ответственным с точки зрения формирования структуры и механических свойств термоупрочненных труб является процесс закалки, состоящий из двух последовательных операций — нагрева в проходных печах и ускоренного одностороннего охлаждения труб в водоохлаждаюшей установке струйного типа. Основные требования, предъявляемые к водоохлаждающей установке — равномерность и возможность управления кинетикой фазовых превращений на разных стадиях охлаждения нагретого металла. Особенность струйного охлаждения состоит в подводе к поверхности охлаждающих жидкостей в виде мелких струй с высокой скоростью истечения. Благодаря кратковременности контакта жидкости с изделием не происходит ее перегрева и образования пара, что является наиболее благоприятным условием теплообмена на границе металл-вода.

Для разработки теоретических представлений о процессе охлаждения используются некоторые положения теории теплопереноса.

Установлено, что максимальная скорость охлаждения труб в интервале температур 900-600° С обеспечивается максимальным расходом воды, проходящей через охлаждающую установку, состоящую из отбойного кольца и трех секций охлаждения. После установки на отбойном кольце трех рядов сопел скорость охлаждения внутренней поверхности металла трубы с толщиной стенки 14 мм составляла 35 К/с.

По полученным экспериментальным данным с помощью уравнения температурного поля можно рассчитывать скорости охлаждения стенки трубы разной толщины при одно- и двустороннем охлаждении.

Так, при двустороннем охлаждении труб с толщиной стенки 40 мм скорость охлаждения в середине стенки трубы составит 17° С/с.

Достигаемые скорости охлаждения определяют необходимый уровень легирования стали. Диаграмма превращения аустенита стали типа 16ГФР показывает возможность использования стали данного состава для труб с такой толщиной стенки, которая обеспечивает скорость охлаждения при закалке не менее 17° С/с. Это соответствует скорости, ограничивающей ферритную область, так как для обеспечения необходимого упрочнения и уровня вязкости при закалке необходимо получение бейнито-мартенситной структуры. То есть при одностороннем охлаждении труб со стенкой толщиной более 20 мм из исследуемой стали достигаемая скорость охлаждения не позволяет получить оптимальную структуру.

Таким образом, расчетные и экспериментальные значения скорости охлаждения по толщине стенки труб могут служить основой для расчета теплотехнических параметров закалочных устройств и выбора оптимального состава стали при получении необходимых механических свойств металла после термического упрочнения.

Полученные результаты позволили освоить на Волжском трубном заводе производство труб большого диаметра с толщиной стенки 11 и 12 мм с σ_в = 600 и 720 Н/мм² из стали 17Г1 С и 16ГФР соответственно.