स्टील पाइप उत्पादन में तनाव का मुद्दा

स्टील पाइपों में आंतरिक तनाव के मुख्य कारण हैंअसमान तापमान परिवर्तन, असमान प्लास्टिक विरूपण, औरसंरचना में अतुल्यकालिक चरण संक्रमण।ये तनाव घटनाएँ उत्पादन प्रक्रिया के प्रारंभिक, मध्य और अंतिम चरणों में होती हैं और इन्हें क्षणिक तनाव (जो प्रक्रिया पूरी होने के बाद गायब हो जाता है) और अवशिष्ट तनाव (जो तैयार उत्पाद में रहता है और गुणवत्ता को प्रभावित करने वाला मुख्य कारक है) में वर्गीकृत किया जा सकता है। विभिन्न उत्पादन मार्गों (जैसे सीमलेस स्टील पाइप और वेल्डेड स्टील पाइप) के लिए तनाव उत्पादन चरणों में महत्वपूर्ण अंतर हैं। विशिष्ट विवरण इस प्रकार हैं:

इस चरण के दौरान, तनाव मुख्य रूप से थर्मल तनाव होता है, ज्यादातर क्षणिक तनाव। कुछ प्रारंभिक अवशिष्ट तनाव कच्चे माल के साथ बाद के प्रसंस्करण चरणों में ले जाया जाएगा।

• पाइप बिलेट्स का प्रारंभिक अवशिष्ट तनाव: निरंतर कास्टिंग पाइप बिलेट्स और रोल्ड पाइप बिलेट्स की शीतलन और सीधीकरण प्रक्रिया के दौरान, आंतरिकतनाव हैपहले से ही बरकरार रखा गया है. यह कच्चे माल द्वारा लाए गए पूर्व प्रसंस्करण तनाव से संबंधित है और इसे बाद के प्रसंस्करण तनाव पर आरोपित किया जाएगा।
• हीटिंग प्रक्रिया के दौरान थर्मल तनाव:जब पाइप बिलेट्स को गर्म किया जाता है, तो सतह की परत गर्मी के कारण सबसे पहले फैलती है, जबकि कोर परत में तापमान कम होता है और विस्तार की मात्रा कम होती है। सतह की परत संकुचित होती है और मूल परत खिंचती है। यदि हीटिंग की गति बहुत तेज़ है या भट्ठी में तापमान असमान है, तो थर्मल तनाव तेजी से बढ़ जाएगा, और चरम मामलों में, यह पाइप बिलेट्स की सतह पर दरार का कारण बन सकता है। एकसमान हीटिंग के बाद, तात्कालिक थर्मल तनाव से काफी राहत मिलेगी।

तनाव उत्पन्न करने के लिए यह सबसे महत्वपूर्ण चरण है। बड़े प्लास्टिक विरूपण और स्थानीय थर्मल चक्र बड़ी मात्रा में विरूपण तनाव और थर्मल तनाव उत्पन्न करते हैं, जो तैयार उत्पाद में अवशिष्ट तनाव के मुख्य स्रोत हैं।

• सीमलेस स्टील पाइप की मुख्य प्रक्रियाएँ

1. छेदने की प्रक्रिया: झुके हुए रोलिंग पियर्सिंग के दौरान, ट्यूब बिलेट रोल और पंच हेड की कार्रवाई के तहत तीव्र तीन आयामी गैर {{1} एकसमान प्लास्टिक विरूपण से गुजरता है। दीवार की मोटाई और आंतरिक और बाहरी सतहों की विरूपण मात्रा में महत्वपूर्ण अंतर होता है, जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण विरूपण तनाव होता है; छेदने के बाद असमान शीतलन थर्मल तनाव बढ़ाएगा, जो संयुक्त रूप से ट्यूब के प्रारंभिक अवशिष्ट तनाव का निर्माण करेगा।
2. रोलिंग ट्यूब/निश्चित कमी व्यास प्रक्रिया:निरंतर रोलिंग और स्वचालित ट्यूब रोलिंग के दौरान, दीवार की मोटाई कम हो जाती है और अक्षीय विस्तार होता है। विरूपण दीवार की मोटाई के साथ असमान रूप से वितरित होता है; निश्चित व्यास और कमी व्यास प्रक्रियाओं में, परिधीय संपीड़न विरूपण होता है, और आंतरिक और बाहरी सतहों के बीच विरूपण में अंतर और बढ़ जाता है, जो गर्म {{1}रोल्ड सीमलेस पाइपों में अक्षीय और परिधीय अवशिष्ट तनाव का मुख्य स्रोत है।

• वेल्डेड स्टील पाइप की कोर प्रक्रिया

1. बनाने की प्रक्रिया:पाइप को खाली बनाने के लिए स्ट्रिप स्टील को रोलर्स द्वारा कई बार मोड़ा जाता है। झुकने की विकृति के कारण स्टील प्लेट की बाहरी परत तनाव में होती है और आंतरिक परत संपीड़न में होती है। ठंडे प्लास्टिक विरूपण के बाद, अवशिष्ट झुकने पर अवशिष्ट तनाव बना रहता है। यह गठन प्रसंस्करण तनाव से संबंधित है।
2. वेल्डिंग प्रक्रिया:वेल्ड सीम और गर्मी प्रभावित क्षेत्र को स्थानीय स्तर पर तेजी से गर्म और ठंडा किया जाता है। हीटिंग क्षेत्र का थर्मल विस्तार आसपास की ठंडी धातु द्वारा बाधित होता है, जिसके परिणामस्वरूप संपीड़ित प्लास्टिक विरूपण होता है; शीतलन के दौरान, संकुचन आसपास के आधार धातु द्वारा प्रतिबंधित होता है, और अंत में वेल्ड सीम क्षेत्र में एक बहुत ही उच्च अवशिष्ट तन्य तनाव बनता है। संतुलन बनाए रखने के लिए दोनों तरफ बेस मेटल संपीड़न तनाव के अधीन है, जो वेल्डेड पाइपों का सबसे मुख्य तनाव स्रोत है। वेल्डिंग लाइन की ऊर्जा जितनी अधिक होगी और शीतलन गति जितनी तेज़ होगी, अवशिष्ट तनाव स्तर उतना ही अधिक होगा।

यह चरण नए अवशिष्ट तनावों को प्रस्तुत कर सकता है, या इन तनावों को पिछले चरण में विशिष्ट प्रक्रियाओं के माध्यम से समाप्त किया जा सकता है।

• शीतलन प्रक्रिया: जब गर्म रोल्ड और वेल्डेड स्टील पाइप ठंडे हो जाते हैं, तो सतह तेजी से ठंडी होती है जबकि कोर धीमी गति से ठंडा होता है। सतह पहले सिकुड़ती है और तनाव में होती है, जबकि कोर बाद में सिकुड़ती है और संपीड़न में होती है, जिसके परिणामस्वरूप अवशिष्ट थर्मल तनाव होता है; शीतलन दर जितनी तेज़ होगी और शीतलन जितना असमान होगा, अवशिष्ट तापीय तनाव उतना ही अधिक होगा।
• सीधा करने की प्रक्रिया:कोल्ड स्ट्रेटनिंग बार-बार रिवर्स झुकने और प्लास्टिक विरूपण के माध्यम से पाइप की वक्रता को ठीक करती है, लेकिन असमान विरूपण नए झुकने वाले अवशिष्ट तनाव को पेश करेगा। आमतौर पर, पाइप की सतह परत संपीड़न तनाव को बरकरार रखती है, और उप सतह परत तन्य तनाव को बरकरार रखती है; हॉट स्ट्रेटनिंग (रोलिंग से सीधा करने के लिए बची हुई गर्मी का उपयोग करना) ऐसे तनाव उत्पन्न करता है जो ठंडे स्ट्रेटनिंग की तुलना में बहुत कम होते हैं।
• शीत प्रसंस्करण चरण (कोल्ड ड्राइंग/कोल्ड रोलिंग ट्यूब): कमरे के तापमान पर बड़े प्लास्टिक विरूपण के तहत, अत्यधिक मजबूत प्रसंस्करण सख्त और अवशिष्ट तनाव उत्पन्न होगा, जो ठंड से खींचे गए/ठंडे रोल्ड स्टील पाइप के लिए अवशिष्ट तनाव का पूर्ण मुख्य स्रोत है, और तनाव का स्तर गर्म रोल्ड स्टील पाइप की तुलना में बहुत अधिक है।
• काटना और पाइप अंत प्रसंस्करण: काटने, थ्रेडिंग और ग्रूव प्रसंस्करण से स्थानीय प्लास्टिक विरूपण होगा, जिसके परिणामस्वरूप पाइप के अंत में स्थानीय तनाव एकाग्रता होगी।
• ताप उपचार प्रक्रिया: जब प्रक्रिया ठीक से की जाती है, तो तनाव को समाप्त किया जा सकता है; यदि हीटिंग असमान है या शीतलन बहुत तेज़ है (जैसे शमन), तो नया थर्मल तनाव और माइक्रोस्ट्रक्चरल तनाव उत्पन्न होगा, और गंभीर मामलों में, स्टील पाइप टूट जाएगा।

प्रक्रिया के दौरान तात्कालिक तनाव केवल प्रक्रिया की स्थिरता को प्रभावित करता है। अवशिष्ट तनाव तैयार उत्पाद की गुणवत्ता और सेवा प्रदर्शन को निर्धारित करने वाला मुख्य कारक है, और इसके दो प्रभाव हैं: नकारात्मक प्रभाव और नियंत्रणीय सकारात्मक प्रभाव।

• आयाम और आकार अस्थिरता:अवशिष्ट तनाव एक आंतरिक आत्मसंतुलन बल है। जब काटने, थ्रेडिंग, झुकने आदि जैसे बाद के प्रसंस्करण चरण तनाव संतुलन को बाधित करते हैं, तो तनाव रिलीज के कारण स्टील पाइप झुक जाएगा, अण्डाकार सीमा से अधिक हो जाएगा, व्यास में विस्तार या अनुबंध होगा, और आयामी सटीकता प्रभावित होगी; लंबी अवधि के भंडारण के दौरान धीमी गति से तनाव मुक्ति से विरूपण विफलता भी हो सकती है।
• कम दबाव-सहनशीलता और थकान प्रदर्शन: अवशिष्ट तन्य तनाव को काम के दबाव और वैकल्पिक भार से उत्पन्न कार्य तनाव के साथ आरोपित किया जाएगा, जिससे स्टील पाइप वास्तव में डिजाइन मूल्य से अधिक बल सहन करेगा, जिससे इसकी दबाव सहन करने की क्षमता कम हो जाएगी; तरल पदार्थ के दबाव में उतार-चढ़ाव और कंपन जैसे वैकल्पिक भार के तहत, अवशिष्ट तन्य तनाव दरार की शुरुआत में तेजी लाएगा और थकान जीवन को काफी कम कर देगा, और गंभीर मामलों में, पाइप टूटने या फ्रैक्चर का कारण बनेगा।
• तनाव संक्षारण दरार को प्रेरित करें: सल्फर, क्लोराइड आयन आदि युक्त संक्षारक मीडिया में (जैसे तेल और गैस परिवहन, रासायनिक पाइपलाइन), अवशिष्ट तन्य तनाव संक्षारण के साथ बातचीत करेगा, तनाव संक्षारण क्रैकिंग (एससीसी) को प्रेरित करेगा, जो तेल और गैस परिवहन पाइप और रिफाइनिंग और रासायनिक पाइप के मुख्य विफलता रूपों में से एक है।
• बाद के प्रसंस्करण प्रदर्शन में गिरावट: बड़े अवशिष्ट तनाव वाले स्टील पाइपों के लिए, झुकने, विस्तार करने और सिकुड़ने जैसे माध्यमिक प्रसंस्करण चरणों के दौरान, उनमें दरार पड़ने और अत्यधिक पलटाव होने का खतरा होता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रसंस्करण योग्यता दर में उल्लेखनीय कमी आती है।

सभी अवशिष्ट तनाव हानिकारक नहीं हैं: सतह अवशिष्ट संपीड़न तनाव कुछ बाहरी तन्य भार का प्रतिकार कर सकता है, जिससे स्टील पाइप की थकान शक्ति और तनाव संक्षारण प्रतिरोध बढ़ जाता है। उद्योग में, नियंत्रित सतह संपीड़न तनाव को स्टील पाइप के सेवा प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए शॉट पीनिंग और हाइड्रोस्टैटिक परीक्षण जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से सक्रिय रूप से पेश किया जाता है।

तनाव के संबंध में, इसे दो प्रकार के दृष्टिकोणों में विभाजित किया गया है: "पहले से उत्पन्न अवशिष्ट तनाव को खत्म करना/नियंत्रित करना" और "स्रोत पर तनाव की उत्पत्ति को कम करना"।

• ताप उपचार विधि (सबसे कोर, उच्चतम उन्मूलन दर)

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सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली विधि तनाव से राहत देने वाली एनीलिंग है: स्टील पाइप को पुन: क्रिस्टलीकरण तापमान (कार्बन स्टील के लिए, आम तौर पर 550 डिग्री, मिश्र धातु स्टील के लिए 650 डिग्री, सामग्री के अनुसार समायोजित करें) से नीचे गर्म करें, थोड़ी देर के लिए रखें, और फिर धीरे-धीरे ठंडा करें। सूक्ष्म प्लास्टिक प्रवाह और परमाणु प्रसार के माध्यम से, आंतरिक तनाव 70% से 90% की उन्मूलन दर के साथ जारी होता है, जबकि सामग्री की ताकत में उल्लेखनीय कमी नहीं होती है। यह ठंडे खींचे गए पाइपों, वेल्डेड पाइपों और उच्च दबाव वाले बॉयलर पाइपों के लिए एक मानक प्रक्रिया है।

सामान्यीकरण + टेम्परिंग प्रक्रिया संरचना को समायोजित करने और यांत्रिक गुणों को अनुकूलित करने के साथ-साथ अवशिष्ट तनाव को समाप्त करती है, जिसका उपयोग ज्यादातर सीमलेस स्टील पाइप के अंतिम ताप उपचार के लिए किया जाता है।

• यांत्रिक विनियमन विधि

1. हाइड्रोस्टेटिक परीक्षण: पाइप की दीवार के सूक्ष्म प्लास्टिक विरूपण का कारण बनने के लिए अधिक दबाव वाले पानी का दबाव लागू करें, अवशिष्ट तनाव को छोड़ें और तनाव को पुनर्वितरित करें, सतह परत पर लाभकारी संपीड़न तनाव का निर्माण करें, गुणवत्ता निरीक्षण और तनाव विनियमन के दोहरे कार्य करें, और यह दबाव वाले स्टील पाइपों के लिए एक आवश्यक प्रक्रिया है।
2. शॉट ब्लास्टिंग/पीनिंग उपचार: उच्च गति वाले प्रोजेक्टाइल स्टील पाइप की सतह पर प्रभाव डालते हैं, जिससे सतह परत का प्लास्टिक विरूपण होता है, नियंत्रणीय सतह अवशिष्ट संपीड़न तनाव उत्पन्न होता है, हानिकारक तन्य तनाव का प्रतिकार होता है, और साथ ही थकान शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध में वृद्धि होती है। इसका उपयोग आम तौर पर जंग-रोधी से पहले पूर्व उपचार के लिए किया जाता है।
3. कंपन उम्र बढ़ने: स्टील पाइप स्लिप में सूक्ष्म दोष बनाने के लिए अनुनाद का उपयोग करें, अवशिष्ट तनाव को दूर करें, बड़े {{0} व्यास और बड़े {{1} }आकार के स्टील पाइपों के लिए उपयुक्त, कम ऊर्जा खपत और छोटे चक्र के साथ, लेकिन तनाव उन्मूलन दर गर्मी उपचार की तुलना में कम है।

• प्राकृतिक बुढ़ापा: लंबे चक्र और सीमित प्रभाव के साथ, तनाव को धीरे-धीरे और स्वाभाविक रूप से दूर करने के लिए बाहर स्टोर करें, केवल एक सहायक विधि के रूप में उपयोग किया जाता है।

• ताप प्रसंस्करण तकनीकों का अनुकूलन करें: भट्ठी का एक समान तापमान सुनिश्चित करने के लिए ट्यूब बिलेट की हीटिंग गति को नियंत्रित करें; तीव्र शीतलन और असमान शीतलन से बचने के लिए गर्म रोलिंग के बाद नियंत्रित शीतलन को अपनाएं, जिससे थर्मल तनाव कम हो।
• प्लास्टिक विरूपण तकनीकों का अनुकूलन करें: दीवार की मोटाई और लंबाई की दिशा के साथ समान विरूपण सुनिश्चित करने के लिए छेदन, ट्यूब रोलिंग और निरंतर कमी डाई कॉन्फ़िगरेशन के डिजाइन में सुधार करें; एक ही पास में अत्यधिक विरूपण से बचने के लिए प्रत्येक पास में विरूपण की मात्रा को उचित रूप से वितरित करें।
• वेल्डिंग प्रक्रिया अनुकूलन (वेल्डेड पाइप): वेल्डिंग हीट इनपुट को नियंत्रित करें, शीतलन दर को कम करने के लिए प्रीहीटिंग और पोस्टहीटिंग प्रक्रियाओं को अपनाएं, और वेल्ड सीम पर तापमान प्रवणता को कम करें; कुछ विकृति और तनाव का प्रतिकार करने के लिए सममित वेल्डिंग और मल्टी{0}}पास वेल्डिंग का उपयोग करें।
• शीत प्रसंस्करण तकनीक अनुकूलन: कोल्ड ड्राइंग/कोल्ड रोलिंग में विरूपण की मात्रा को उचित रूप से वितरित करें, प्रसंस्करण के दौरान काम की कठोरता और तनाव को खत्म करने के लिए मध्यवर्ती एनीलिंग शेड्यूल करें, और फिर बाद के कोल्ड प्रोसेसिंग के साथ आगे बढ़ें।
• प्रक्रिया अनुकूलन को सीधा करना: कोल्ड स्ट्रेटनिंग के बजाय हॉट स्ट्रेटनिंग का उपयोग करने को प्राथमिकता दें, स्ट्रेटनिंग कटौती की मात्रा और रोल पैटर्न को अनुकूलित करें, स्ट्रेटनिंग द्वारा उत्पन्न तनाव को कम करें; पाइप के सिरों पर तनाव की सघनता को कम करने के लिए कतरनी के बजाय सटीक काटने की मशीन का उपयोग करें।