Trattamento termico di normalizzazione e rinvenimento
Gli acciai legati e bassolegati sono impiegati nella costruzione di apparecchi e di componenti sottoposti, in esercizio, a forti sollecitazioni, ad alta temperatura. La presenza in questi materiali di percentuali di lega quali il molibdeno (0,5-1,15%) aumenta la resistenza a caldo mentre il cromo (0,5% – 10%) conferisce maggiore resistenza all’ossidazione ad alta temperatura. Per gli apparecchi a pressione, per questo tipo di impiego, sono solitamente utilizzati i seguenti acciai definiti dalle Norme ASTM e ASME o equivalenti Normative e stato di fornitura (lamiere – tubi – forgiati):
Sono oggetto di trattamento anche gli acciai
- ASTM/ASME A/SA832-22V con composizione 2¼Cr -1Mo ¼ V, utilizzato in spessori elevati, con requisiti di durezza particolari, elevata tenacità e resistenza a caldo;
- ASTM / ASME A387 Grado 9 -91 Classe 2 – composizione 7,9-9,6% di cromo – 0,85-1% Molibdeno, con elevate caratteristiche di resistenza a Creep che rendono questi acciai ottimali per gli impianti di produzione energia e buona resistenza all’attacco acido.
Sugli acciai bassolegati e legati Trater normalmente esegue trattamenti di normalizzazione e rinvenimento per ottenere le caratteristiche meccaniche, finali, richieste e trattamenti PWHT o Distensione (Stress Relieving), dopo saldatura.
NORMALIZZAZIONE DEGLI ACCIAI BASSOLEGATI E LEGATI
La normalizzazione ha lo scopo di creare strutture metallurgiche con grani fini ed omogenei che non è possibile ottenere durante la colata o vengono modificate nelle operazioni di forgiatura e le lavorazioni per deformazione plastica a caldo e a freddo.
In questo trattamento la velocità di raffreddamento è fondamentale per ottenere strutture metallurgiche ottimali per il successivo trattamento di rinvenimento; in relazione agli spessori dei manufatti e alle caratteristiche meccaniche finali richieste, Trater può adottare sistemi di raffreddamento diversificati, dai più drastici (quench in acqua, spray quenching o aria forzata) ai più blandi (raffreddamento in aria calma o lento in forno).
Quando i raffreddamenti sono rapidi, non sono, purtroppo, da escludere deformazioni dei pezzi.
La velocità di raffreddamento, come detto, è fondamentale per le caratteristiche meccaniche ottenibili con il successivo trattamento di rinvenimento. In pezzi molto massivi, con spessori elevati, il raffreddamento al cuore del materiale sarà più lento della superficie e, inevitabilmente, si avranno situazioni metallurgiche diverse con caratteristiche meccaniche differenti.
Trater, per casi particolari o a fronte di specifiche richieste, è in grado di fornire preventivamente, in fase di studio del trattamento, indicazioni sul comportamento dell’acciaio, nello spessore del manufatto, mediante simulazioni FEM, applicando corretti parametri di scambio termico e curve specifiche del materiale.
RINVENIMENTO
Il rinvenimento segue la normalizzazione e serve a distribuire e a ridiffondere il carbonio nelle strutture cristalline dei materiali.
Poiché, dopo normalizzazione, su pezzi particolarmente massivi, è probabile la presenza di austenite residua, per alcuni acciai è indispensabile eseguire il rinvenimento immediatamente dopo la normalizzazione, prima che subentri la formazione spontanea di martensite con la possibilità di generazione di cricche in presenza di forti stati di tensione residua generati nel manufatto durante il trattamento di normalizzazione.
Per gli acciai da utilizzati nella costruzione degli apparecchi a pressione, la temperatura minima di rinvenimento dovrà essere definita in accordo ai Codici di riferimento e alle esigenze connesse con le qualifiche dei processi di saldatura, comprensive dei PWHT.
Un rinvenimento eseguito a temperature basse, da applicarsi in seguito ad un raffreddamento non corretto del manufatto durante la normalizzazione, può determinare l’adozione di temperature insufficienti ad ottenere il corretto rinvenimento finale delle zone fuori equilibrio (ZTA) del pezzo saldato con relative durezze elevate.
PWHT E DISTENSIONE
Il PWHT (Post Weld Heat Treatment) è un trattamento da effettuarsi sulle strutture saldate con lo scopo di rinvenire le zone a maggior durezza delle saldature mediante trasformazioni microstrutturali di diffusione e di migliorare tenacità e duttilità, ottenendo nel contempo un abbassamento del contenuto di idrogeno.
Alle temperature normalmente adottate, comprese tra 630°C e 750°C, si ha un forte abbassamento dello stato tensionale residuo (distensione), con un miglioramento della resistenza del materiale ai fenomeni di stress corrosion cracking, quando presenti in esercizio.
Il tempo di permanenza, nella fase di stasi del ciclo termico, deve essere quello minimo per ottenere il massimo beneficio nelle saldature, mentre la temperatura deve essere inferiore a quella a cui il materiale base è stato precedentemente rinvenuto.
Per gli acciai al Cromo-Molibdeno-Niobio-Vanadio e per gli acciai Grado 9 e 91, il tempo di permanenza e, soprattutto, la temperatura di PWHT sono fattori importantissimi; pochi gradi di differenza dal range prefissato possono determinare notevoli problemi al materiale.
Come per tutti i trattamenti, anche in questo caso, è indispensabile che l’esecuzione del lavoro sia affidata a società competenti; Trater può soddisfare tutte le richieste del cliente disponendo di adeguati forni, attrezzature e conoscenze necessarie per condurre questi cicli termici.
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Trattamenti termici su acciai con qualifica API - Trattamenti di quenching and tempering
I trattamenti termici di Quenching and Tempering hanno l’obiettivo di migliorare le proprietà meccaniche di alcuni materiali, quali resilienza, snervamento, carico di rottura e allungamento in accordo alle Norme di costruzione applicabili o ripristinare le stesse caratteristiche dopo le lavorazioni di calandratura o formatura subita dai pezzi.
Trattamento che prevede due fasi distinte: un primo ciclo (Quenching) in cui si raggiunge la temperatura di austenizzazione dell’acciaio seguito da un rapido raffreddamento condotto, generalmente, con l’immersione del manufatto in acqua e un successivo ciclo di rinvenimento adottato per ottenere un metallo con caratteristiche di giusto compromesso fra Rm, Re e A%. Le temperature, la velocità di raffreddamento nella fase di quenching e i tempi di permanenza sono i parametri essenziali di questo trattamento in quanto le trasformazioni microstrutturali indotte sono tutte attivate termicamente e tutte basate su processi di trasformazione e diffusivi.
Controllo della temperatura dei trattamenti
Trater ha messo a punto metodi molto validi ed efficienti per il controllo e la misura della temperatura in tutte le parti più critiche dei manufatti utilizzando un numero adeguato di termocoppie, tarate, applicate a diretto contatto dei pezzi.
Per il ciclo di quenching sono utilizzati sensori costituiti da filo per termocoppia con isolamento in fibra ceramica, per alta temperatura.
Con i nostri impianti, inoltre, è possibile registrare l’esatta temperatura del manufatto al momento dell’immersione in acqua, diversa da quella al momento dell’apertura del forno, per gli inevitabili scambi termici che avvengono per irraggiamento e convezione con l’ambiente.
Forni di trattamento e velocità di raffreddamento
Trater dispone di:
Durante il quenching in acqua, in relazione alla geometria dei manufatti (superficie di scambio) e, sopratutto in base allo spessore, si verranno a determinare, inevetabilmente, diverse velocità di raffreddamento del metallo tra la superficie del pezo e il cuore del materiale con relative caratteristiche meccaniche finali.
Trater è in grado, preventivamente, di fornire al Cliente, mediante analisi agli elementi finiti, una valida simulazione del raffreddamento e le conseguenti caratteristiche meccaniche ottenibili nello spessore.
Deformazioni
Le deformazioni per collasso strutturale sono, normalmente, riducibili con un opportuno irrigidimento dei pezzi da sottoporre a trattamento.
Non è possibile, invece, intervenire sulle deformazioni dovute al rapido raffreddamento in acqua dei manufatti per le inevitabili differenze di temperatura che si vengono a determinare durante questa fase di trattamento.
Controllo e registrazione dei cicli termici – certificazione finale
Tutti i trattamenti sono sorvegliati, 24 ore su 24, dal nostro personale tecnico altamente specializzato e i cicli termici sono registrati mediante acquisitori digitali, periodicamente tarati, che mediante un software appositamente realizzato, sono in grado di fornire agli operatori, in tempo reale, le temperature medie e gli scostamenti tra le varie parti del pezzo.
Al termine del lavoro, normalmente, rilasciamo i diagrammi di registrazione delle temperature e i nostri “Rapporti di esecuzione” con copia dei certificati di taratura delle apparecchiature termometriche utilizzate.
È importante che i nostri clienti possano contare su un fornitore strutturato e affidabile come Trater, che ha a disposizione personale e mezzi per eseguire al meglio questi cicli termici estremamente critici.
