Uステンレス鋼熱交換器の熱処理
オーステナイト系U字型ステンレス鋼管の熱処理について言えば、鋭敏化と高い溶体化処理温度のため、パイプの変形を引き起こしやすいため、熱処理は必要ないと考える人がほとんどです。実際には、オーステナイト系ステンレス鋼の熱処理は避けられません。熱処理によってステンレス鋼管の構造は変化しませんが、加工性は変化します。
例えば、炭素含有量が低いため、 304 ステンレス鋼製熱交換管は、歯車成形カッターの表面粗さを要求に適合させるために正規化するのが難しく、工具寿命が短くなります。不完全な焼入れ後に得られる低炭素マルテンサイトと鉄ケーブル構造は、硬度と表面粗さを大幅に改善し、パイプの耐用年数を3〜4倍に延ばすこともできます。また、U字型熱交換管の曲げ部分は曲げ半径が小さく、明らかな加工硬化現象があり、熱処理が必要であり、熱処理のための設備全体と比較すると、オーステナイト系ステンレス鋼管の溶体化熱処理、酸洗不動態化ははるかに簡単です。本稿では、異なる仕様、曲げ半径、熱処理条件のU字型管に対して一連のテストを行い、オーステナイト系ステンレス鋼製のU字型管の熱処理の必要性を分析しました。
実験材料:
304 ステンレスU字管
サイズ：19×2mm、曲げ半径：40、15、190、265、340mm
サイズ: 25*2.5mm 曲げ半径: 40、115、190、265、340mm
熱処理：未処理、部分固溶体処理、固溶体処理
硬度試験
熱処理および固溶化処理を施さないU字型熱交換管の曲げ部：曲げ半径が小さくなると、硬度値が増加します。 固溶化処理後の熱交換管の硬度値（曲げ前と比較して）には明らかな変化はありません。これは、オーステナイト系ステンレス鋼の加工硬化効果が明らかであり、変形が増加すると、加工硬化の傾向が増加することを示しています。
顕微鏡検査
曲げ半径40mmのU字型曲げ部の場合：熱処理なしのミクロ組織にはマルテンサイトと滑り線が多く存在し、ミクロ組織中のオーステナイトの等軸形状は完全に消失しています（マルテンサイトが多すぎると鋼が脆くなります）。サブソリッド溶体化処理組織中のマルテンサイトの大部分は変態していますが、少量のマルテンサイトがまだ存在しています。
溶体化処理後、オーステナイト粒は等軸となり、マルテンサイトは見られなかった。曲げ半径Rが115、190、265、340mmのU字管の曲げ後の未加熱ミクロ組織にも滑り帯とマルテンサイトが存在したが、曲げ半径が大きくなるにつれて含有量は徐々に減少した。U字管の曲げ半径Rが265mm以上の場合、熱処理前後のミクロ組織への影響は顕著ではない。曲げ半径Rが265mm未満の場合、未加熱U字管のミクロ組織にマルテンサイトが存在し、熱処理温度（サブソリッド溶体化処理および固溶体化処理）の上昇に伴いマルテンサイトの含有量が減少する。
粒界腐食試験
顕微鏡検査により、マルテンサイトの存在は粒界腐食に影響を与えないことが判明しました。絶対ミクロ組織には大量のマルテンサイトがありますが、マルテンサイトの分布に伴う粒界腐食の傾向はありません。一部の粒界は溶体化処理の前後で広がりましたが、広がった粒界の分布はマルテンサイトの分布とは無関係でした。腐食試験後の顕微鏡検査に基づいて、試験規格に従ってさまざまな状態のU字型チューブの曲げ試験を実施しました。180°曲げた後のチューブには粒界腐食の亀裂は見られませんでした。
溶体化処理温度
溶体化処理の効果は溶体化温度が低いと影響を受け、微細組織や硬度などの結果が得られません。温度が少し高いと、U字型セグメントの内側に凹みや亀裂などの欠陥が現れることがあります。
実験から、ステンレス鋼の冷間加工後のマルテンサイト変態は、耐食性への影響が応力よりはるかに大きいことがわかっています。U字管の曲げ半径が115mm未満の場合、溶体化処理前後のU字管の微細構造は大幅に異なります。この小半径U字管曲げ部については、冷間成形後に固溶化処理を行う必要があります。より高い粒界腐食耐性が要求されない場合は、曲げ半径が265mm以下のU字曲げ部に溶体化処理（残留応力の除去に注意）することをお勧めします。曲率半径が大きいU字型熱交換管の場合、応力腐食に敏感な環境を除いて、曲げ部を溶体化処理しなくてもかまいません。小径管の流体抵抗が大きいため、清掃が不便で構造が詰まりやすく、大径ステンレス鋼管の流体抵抗は小径管ほど大きくなく、清掃が容易で、粘性流体や汚れた流体に多く使用されます。
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