Металловедение стенки нефтяного аппарата

Металл из расплава подается на валки с образованием клиновидной ванны расплава (расплав перегрет на несколько градусов). Затем расплав замораживается на их поверхностях упруго прижатых валков и происходит кристаллизация металла. Условия кристаллизации должны обеспечить заданную прочность листа на выходе и соответствие физико-химическим параметрам. Затвердевшие слои металла на двух валках вступают во взаимное соприкосновение и свариваются давлением в один сплошной лист. Здесь необходимо получать лист высокой сплошности [11]. Толщина листа определяется зазором между валками, который в свою очередь зависит от скорости вращения валков и времени контакта расплава (жидкого металла) с валками.

Схема затвердевания металла расплава с образованием листа [11]:

Теплообменные процессы протекают в верхней зоне и нижней, в которой происходит кристаллизация жидкого металла.

Требование по сплошности отличает котельный лист от общепромышленного листа, так как структура котельного листа по сплошности больше применима к изготовлению корпусов нефтяных и химических аппаратов. Общепромышленный лист может использоваться для оболочек, не работающих под давлением. Вместе с тем во избежание путаницы и пересортировки на складе, рекомендуется покупать листы только по котельному стандарту.

Обеспечить таким способом получение монокристаллической структуры по-видимому нельзя, поэтому для этой цели необходимо использовать специальное инженерное оформление процесса, уже применявшееся для изготовления обечайки диаметром 2 м.

Кристаллическое строение листового металла

На валках металл кристаллизуется в кристаллы грубой формы и различного направления.

Процесс затвердевания жидкого металла происходит на границах кристаллов направленных в центр ванны расплава. При этом наружная граница кристаллизации находился по границе контакте замораживания жидкого металла на валках. Расстояние между границами зависит от перепада температур в сечении ванны расплава.

В ванне расплава при охлаждении образуются центры кристаллизации около поверхности валка. Растут кристаллы столбчатой формы. Направление роста кристаллов совпадает с градиентом температуры, то есть происходит в направлении отвода тепла. Кристаллы с такой ориентированностью растут к середине ванны расплава, блокируя при этом кристаллы, растущие в другом направлении. Рост кристаллов происходит равномерно с одинаковой скоростью, то есть одной волной. С увеличением толщины твердого металла, уменьшается температурный градиент, и область кристаллизации расширяется. С этого момента рост столбчатых кристаллов может уменьшиться и возникнет рост кристаллов в произвольных направлениях. В результате этого формируется зона с неориентированными кристаллами по сечению листа.

Сплошность может нарушаться трещинами, порами от усадки, рыхлости, а также за счет неравномерного распределения по сечению добавленных легирующих компонентов и примесей в кристаллах (дендридная ликвация).

Разнотолщинность листов в партии связана с систематическими и случайными ошибками. Систематические ошибки определяют изменение толщины листа по длине и ширине происходящее по закономерности. Систематическая разнотолщинность связна с изменением теплоотвода в процессе кристаллизации листа из ванны. Температурные расширения валков могут изменяться по длине за счет этого и вызывать закономерную ошибку по толщине листа. Случайные ошибки влияют на изменение толщины листа во всех его точках в зависимости от износа валков-кристаллизаторов и попаданием закристаллизовавшихся в расплаве сгустков кристаллов на валки вместе с жидким металлом расплава. При расчете аппаратов на прочность по нормам учитывается минусовой допуск и прибавки на коррозию в процессе эксплуатации, а также различные технологические прибавки.

Прокаткой листов повышают механические свойства и корректируют разнотолщинность. После прокатки выполняют термическую обработку листа.

Листы делятся на холоднокатаные и горячекатаные.

При холодной прокатке листа устраняются волнистость, коробление, местные разрывы в структуре металла. С ростом деформации разнотолщинность снижается. Убирается случайные разнотолщинности.

Горячая прокатка используется с влиянием нагрева на устранение разнотолщинности листа. Происходит горячее деформирование листа. По сравнению с холодной прокаткой способ технологически сложен.