Qual é o processo de tratamento térmico padrão para tubos de aço inoxidável martensítico

AUSTENITIZANDO A BASE DE FORÇA

O tratamento térmico é o processo indispensável que revela as propriedades excepcionais do Tubulação de aço inoxidável martensítico , convertendo sua microestrutura em uma forma dura, forte e resistente ao desgaste. Essa transformação é alcançada através de três estágios principais: Austenitização, Têmpera e Revenimento.

A primeira etapa crítica é a austenitização. Isso envolve o aquecimento do tubo MSS a uma faixa precisa de temperatura onde a estrutura original ferrítica e contendo carboneto se transforma totalmente em uma estrutura cúbica homogênea, monofásica e centrada na face, conhecida como austenita (Gama).

Controle preciso de temperatura

As temperaturas de austenitização normalmente variam entre 950 graus C e 1050 graus C (1742 graus F e 1922 graus F). A temperatura específica depende criticamente do grau e do teor de carbono; por exemplo, o Grau 420, devido ao seu maior teor de carbono, pode exigir uma faixa diferente do Grau 410.

• Objetivo: Dissolver completamente todos os elementos de carbono e liga na matriz de austenita. Isto garante a máxima dureza subsequente.

• Risco de desvio: O aquecimento muito baixo resulta em carbonetos não dissolvidos, reduzindo todo o potencial de dureza. O aquecimento muito alto leva ao crescimento excessivo dos grãos, reduzindo severamente a tenacidade e a ductilidade finais do tubo.

Tempo de imersão e pré-aquecimento

A tubulação deve ser mantida na temperatura de austenitização por um tempo de imersão suficiente para garantir que toda a seção transversal seja aquecida uniformemente e que os elementos de liga estejam totalmente dissolvidos. Para tubos MSS de paredes espessas ou geometrias complexas, o pré-aquecimento na faixa de 650°C a 850°C é frequentemente empregado. Esta etapa atenua o choque térmico e minimiza o risco de empenamento ou rachaduras durante a rápida transição para altas temperaturas.

TEMPERAMENTO DA FORMAÇÃO E ENDURECIMENTO DA MARTENSITA

A têmpera é a fase de resfriamento rápido imediatamente após a austenitização. Seu objetivo é suprimir a transformação da austenita em fases mais macias, como perlita ou bainita, forçando-a a se transformar na estrutura tetragonal ultradura e centrada no corpo conhecida como Martensita (Alpha Prime).

Meio de resfriamento controlado

O meio e a taxa de resfriamento são cuidadosamente selecionados para atingir a dureza necessária enquanto gerenciam a tensão residual e a distorção.

• Têmpera em óleo: Fornece uma taxa de resfriamento rápida, essencial para certos tipos de MSS com alto teor de carbono, mas acarreta um risco maior de distorção e tensão interna.

• Têmpera a Ar ou Gás: Usada para classes com alta temperabilidade, particularmente aquelas contendo níquel ou molibdênio. Ele fornece uma taxa de resfriamento mais lenta e menos agressiva, o que reduz significativamente a distorção, tornando-o altamente desejável para aplicações de tubos de precisão.

• Têmpera interrompida (banhos de sal): Empregado para minimizar gradientes térmicos, resfriando a tubulação rapidamente a uma temperatura logo acima da temperatura inicial da martensita (Ms), mantendo-a isotermicamente e, em seguida, permitindo um resfriamento mais lento. Esta técnica é vital para minimizar tensões internas e alterações dimensionais.

A estrutura imediatamente após a têmpera é de martensita não revenida, caracterizada por extrema dureza, alta resistência, mas fragilidade muito alta. Não é adequado para uso direto.

FORÇA E RESISTÊNCIA DE EQUILÍBRIO DE TÊMPERA

O revenido é o estágio final e mais crítico, um processo de reaquecimento pós-têmpera usado para ajustar as propriedades do tubo MSS para atender às especificações de uso final. Alivia as enormes tensões internas induzidas pela têmpera e melhora a ductilidade e a tenacidade às custas de alguma dureza.

O espectro de temperatura de têmpera

A temperatura, duração e taxa de resfriamento do revenido determinam o equilíbrio final das propriedades. A escolha é regida pelos requisitos da aplicação.

• Revenimento em Baixa Temperatura (150 graus C a 400 graus C): Usado para aplicações que exigem máxima dureza e resistência ao desgaste, como instrumentos cirúrgicos ou tubos de rolamentos especializados. Ele retém a maior parte da dureza temperada.

• Revenimento de alta temperatura (550 graus C a 700 graus C): Usado extensivamente para produtos tubulares de países petrolíferos (O C T G) e outros componentes estruturais que exigem excelente tenacidade e altos níveis de resistência. Este processo produz sorbite temperado, uma microestrutura ideal para resistência ao impacto.

Evitando a fragilização do temperamento

Uma consideração crítica é o fenômeno da fragilização por têmpera, onde o aquecimento ou resfriamento lento na faixa de aproximadamente 400°C a 550°C pode reduzir severamente a resistência ao impacto do material. Para tubos de alto desempenho, esta faixa de temperatura é frequentemente evitada com cuidado, ou o material é rapidamente resfriado através dela após o revenido.

TENDÊNCIAS E AVANÇOS DA INDÚSTRIA

A demanda por tubos MSS de alto desempenho, especialmente nos setores de energia e aeroespacial, está impulsionando os avanços no processamento térmico.

• Ligas avançadas de baixo carbono: As novas classes de 13% Cr e super 13% Cr agora são comuns para aplicações de serviços ácidos. Eles exigem protocolos sofisticados de têmpera de alto desempenho (H P T) para garantir a conformidade com os padrões NACE para resistência à quebra por tensão por sulfeto (S S C), mantendo ao mesmo tempo um alto limite de escoamento.

• Tratamento térmico a vácuo: Fornos modernos a vácuo contínuo são cada vez mais usados ​​para tubos MSS. O tratamento a vácuo minimiza a oxidação e a descarbonetação da superfície, que são problemas comuns em fornos atmosféricos tradicionais. Isso resulta em um acabamento superficial mais limpo e propriedades de material mais uniformes em todo o comprimento do tubo, resultando em custos reduzidos de inspeção e retrabalho.

• Tratamento Criogênico: Para aplicações específicas de alta dureza, tratamento abaixo de zero ou criogênico até -196 graus C é algumas vezes empregado após a têmpera para transformar a austenita retida em martensita. Este processo maximiza a dureza e a estabilidade dimensional antes da fase final de revenimento.

• Simulação Digital: A Análise de Elementos Finitos (F E A) agora é uma prática padrão para modelar fluxo de calor e transformação de fase em tubulações complexas ou de paredes pesadas. Isso permite que os fabricantes prevejam e neutralizem a distorção térmica, minimizando a ovalidade e a não conformidade dimensional.