Термообработка в защитной атмосфере
Нагрев труб при термической обработке сопровождается окислением их поверхности, а также науглероживанием или обезуглероживанием. Эти процессы ведут к потерям металла (угар, травление или обточка), а в отдельных случаях становится невозможным получение труб с заданными свойствами. Для предотвращения или уменьшения этих явлений в нагревательных печах создают газовые защитные атмосферы. Защитные атмосферы необходимы в первую очередь при термообработке труб из высоколегированных сталей и сплавов.
В качестве защитных атмосфер используют водород, аргон, диссоциированный аммиак и экзотермический газ. Состав защитной атмосферы зависит от материала трубы, режима термообработки, требований стандартов к составу, свойствам и качеству поверхности трубы. Типичной защитной атмосферой для отжига труб из углеродистых марок стали и стали 30ХГСА является экзотермический газ в состав, которого входят следующие компоненты: окись углерода-8...9%, углекислый газ-5...6,5%, водород-12...15%, кислород-0,01%; остальное азот. Этот состав генерируется вне печи при каталитическом сжигании природного газа с недостатком воздуха и последующей осушкой продуктов горения. Сырьем для приготовления экзотермического газа служит природный газ и сжиженные углеводороды (пропан, бутан и их смеси).
Для безокислительной термообработки труб из титановых сплавов можно применять только аргон и вакуум, так как при нагреве этих сплавов в атмосфере, содержащей кислород в соединении с любыми элементами, происходит окисление титана, а нагрев их в атмосфере, содержащей азот или водород, приводит к увеличению хрупкости металла.
При светлой термообработке труб из коррозионностойких сталей в качестве защитной атмосферы применяют диссоциированный аммиак или электролитический водород. Первому способу отдают предпочтение, поскольку последний дороже в 2...3 раза и его нельзя использовать для сталей, содержащих титан. Агрегат для диссоциации аммиака включает испаритель для жидкого аммиака, теплообменник, реактор и трубопроводы с регулирующей арматурой. Реакция диссоциации аммиака протекает при температуре около 950 град. С в присутствии катализатора. Горячий диссоциированный аммиак из реактора поступает в теплообменник и испаритель, в котором отдает тепло газообразному и жидкому аммиаку, а затем - в коллектор. Отсюда диссоциированный аммиак поступает в агрегат глубокой осушки, а оттуда подается в печь термообработки труб.
При термообработке особотонкостенных труб, а также труб из коррозионностойкой стали, перспективным является применение особочистого водорода. Очистка технического водорода, полученного при электролизе воды, переработке природного газа или диссоциации аммиака, осуществляется в процессе диффузии через мембраны из сплава палладия.
Трубы с чистой наружной поверхностью из нержавеющих сталей аустенитного класса типа Х18Н10Т получают в атмосфере неочищенного богатого экзотермического газа, либо в атмосфере азотно-водородного защитного газа с дожиганием водорода. Известен способ получения защитной атмосферы для труб аустенитного класса путем каталитического окисления аммиака при интенсивной экзотермической реакции, протекающей в диффузионной области без затрат электрической энергии на диссоциацию аммиака.
