淺談無縫鋼管熱處理工藝及設(shè)備選型

劉興權(quán)

摘 要：經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶動(dòng)了科技的進(jìn)步，此時(shí)我們國家的很多行業(yè)都開始使用新技術(shù)和新工藝，比如工業(yè)生產(chǎn)中的無縫鋼管熱處理工藝。作者具體闡述了該工藝的處理目的以及制度和流程等等的相關(guān)知識(shí)，并且闡述了處理原理以及它的優(yōu)勢和缺陷等等。其目的在于為廣大的投資人和有關(guān)的技術(shù)工作者提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：無縫鋼管；熱處理工藝；設(shè)備選型；產(chǎn)品大綱；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）22-0061-02

眾所周知，無縫鋼管自身的品質(zhì)會(huì)受到很多要素的影響，比如它的生產(chǎn)方法和成分以及組織形態(tài)等等。要想提升其品質(zhì)的話就要從這幾方面入手。一般來講，如果保持它的生產(chǎn)方法和成分組成不改變的前提之下，要想提升它的品質(zhì)，完善它的性能的話就只能改變它的形態(tài)，而使用熱處理工藝就能夠發(fā)揮這一功效，符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)規(guī)定。

1 無縫鋼管熱處理目的

第一，確保產(chǎn)品性能符合規(guī)定。比如石油油管、石油套管、鉆桿、高壓鍋爐用無縫鋼管等經(jīng)過熱處理的鋼管，能夠直接的被用到項(xiàng)目之中。第二，符合深加工規(guī)定。像是軸承鋼管以及機(jī)械用管之類，使用人可以依據(jù)使用方向?qū)ζ溥M(jìn)行深加工。第三，提升鋼級(jí)性能指數(shù)。借助該技術(shù)，確保一些鋼級(jí)較低的管線能夠提升鋼級(jí)，通過此方法能夠明顯節(jié)省合金材料的使用量，能夠縮減成本。

2 常用的無縫鋼管熱處理工藝

目前市面上有種類繁多的鋼管，其運(yùn)用的鋼種也有很大差別，就算是相同類型的鋼管它們的化學(xué)組成也有明顯的不同之處，不過再經(jīng)過熱處理以后它們的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都符合規(guī)定。具體來講，按照產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，目前的熱處理工藝有如下幾種類型。

（1）淬火+高溫回火（又稱調(diào)質(zhì)處理）：把鋼管加熱直至其符合淬火所需的氣溫，此時(shí)鋼管組織會(huì)變成奧氏體，以設(shè)定好的氣溫高速冷卻，這時(shí)候鋼管的組織就會(huì)變成馬氏體，借助高溫回火使得它的組織最終變成我們所需的回火索氏體組織。該工藝的優(yōu)勢非常明顯，不但能夠明顯的提升材料的強(qiáng)度，還能夠增加硬度，同時(shí)還可以把材料的強(qiáng)度以及韌性等完美融合，符合生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)定。（2）正火（又稱常化）：具體來講該工藝指的是加熱鋼管直至其符合正火溫度，此時(shí)它的組織變?yōu)閵W氏體，然后借助空氣對其冷卻。經(jīng)由正火處理之后我們會(huì)得到類型不一的金屬組織，像是貝氏體以及珠光體或是其混合體等。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)⒕Я＜?xì)化，而且能夠保證成分一致，最主要的是可以提升它的硬度，強(qiáng)化切削能力。（3）正火+回火：具體來講該工藝是加熱鋼管直至其符合正火溫度，此時(shí)它的組織變?yōu)閵W氏體，然后借助空氣對其冷卻，最后對其進(jìn)行回火處理的一種工藝。它的組織類型多樣，比如回火鐵素體+珠光體，或鐵素體+貝氏體，或回火貝氏體，或回火馬氏體，或回火索氏體。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠提升組織的穩(wěn)定性，同時(shí)還能夠增加塑性以及韌度。（4）退火：該工藝指的是把鋼管加熱直到其符合退火溫度為止，然后對其適當(dāng)保溫一段時(shí)間，之后逐漸冷卻到所需的氣溫然后再出爐的一種處理方法。鋼管退火工藝可分為：球化退火、完全退火、去應(yīng)力退火等。它的優(yōu)勢是能夠降低材料硬度，提升它的塑性指數(shù)。同時(shí)還能夠使得晶粒變小，確保組織成分均勻，提升材料性能。最關(guān)鍵的是能夠消除應(yīng)力，避免變形現(xiàn)象發(fā)生。（5）固溶處理（主要應(yīng)用于18-8型奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)）：該工藝指的是將鋼管升溫到固溶所需的氣溫，此時(shí)碳化物以及其他的元素等都會(huì)溶解，然后冷卻處理，確保其中的元素不被析出，這時(shí)候得到的就是我們所需的單一奧氏體組織。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠確保組織結(jié)構(gòu)均勻，能夠避免硬化，最關(guān)鍵的是具有強(qiáng)大的抗腐蝕能力。

當(dāng)前市面上的無縫鋼管的類型非常多，不一樣的級(jí)別其對熱處理的要求也完全不一樣，要想確保新生產(chǎn)線符合所有品質(zhì)的生產(chǎn)規(guī)定，就要認(rèn)真研究熱處理制度。

3 熱處理工藝流程及平面布置、設(shè)備選型

3.1 工藝流程及平面布置

在開展生產(chǎn)線的建設(shè)等工作的時(shí)候，必須結(jié)合大綱規(guī)定的鋼管類型以及規(guī)格等全方位分析熱處理生產(chǎn)線的工藝流程及平面布置。在開展熱處理工作的時(shí)候，其所有的工序都由對應(yīng)的設(shè)備完成。其平面布置形式有兩種。第一種主要適合用于小規(guī)模生產(chǎn)，具體來講指的是依據(jù)工藝步驟單獨(dú)布置單體設(shè)備，當(dāng)設(shè)備完成本身的工序之后借助行車把管材運(yùn)輸?shù)搅硗獾脑O(shè)備上開展后續(xù)的工序處理活動(dòng)。第二種方式適合用于大規(guī)模生產(chǎn)，即按照次序?qū)⑺械膯误w設(shè)備串聯(lián)到一起，組成一個(gè)統(tǒng)一的生產(chǎn)線。在布置平面的時(shí)候必須認(rèn)真分析品種結(jié)構(gòu)以及工藝類型等要素。

3.2 設(shè)備選型

根據(jù)無縫鋼管熱處理制度及無縫鋼管檢驗(yàn)、檢測等要求，熱處理生產(chǎn)線的設(shè)備一般有加熱爐、冷卻系統(tǒng)、矯直機(jī)、探傷機(jī)、切斷機(jī)、檢查裝置、標(biāo)記機(jī)、打捆包裝裝置等。

3.2.1 加熱爐（淬火爐、回火爐）。在鋼管熱處理工藝中，對鋼管加熱質(zhì)量要求為：淬火爐加熱溫差±10℃，回火爐加熱溫差±5℃，而且要依據(jù)工藝規(guī)定和鋼材類型等進(jìn)行對應(yīng)溫度的保溫和加熱等活動(dòng)。目前使用幾率較高的加熱設(shè)備有兩種，分別是步進(jìn)橫移式加熱爐、縱向通過式加熱爐。

3.2.2 高壓水除鱗裝置。為了確保鋼管能夠均勻的淬火，通常在淬火以前要使用高壓水將其表層的氧化鐵皮除掉。高壓水安裝在淬火加熱爐出口處。

3.2.3 淬火裝置。對于整個(gè)熱處理生產(chǎn)線來講，淬火裝置有著其獨(dú)特的存在意義。只有正確選擇淬火工藝以及裝置，才可以確保鋼管的淬透能力強(qiáng)大，才能夠得到我們所需的組織特性。對于淬火裝置我們有著嚴(yán)格的規(guī)定，要確保淬火之后肉眼不會(huì)發(fā)現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，保證氣溫<70℃、硬度均勻性≤3HRC，而且不能有任何新增缺陷。由于標(biāo)準(zhǔn)不同因此具體的規(guī)定有細(xì)微差別。

3.2.4 定徑機(jī)。在加熱鋼管的時(shí)候，其直徑以及圓度等會(huì)改變，為了確保上述指標(biāo)符合規(guī)定，就要對回火處理之后的鋼管定徑，定徑機(jī)型式為3機(jī)架三輥定徑機(jī)。定徑機(jī)布置在回火爐后，鋼管定徑溫度在500～680℃，定徑后鋼管外徑精度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3.2.5 冷床。冷床是對鋼管表面質(zhì)量、管體直線度影響較大的輔助設(shè)備，熱處理生產(chǎn)線冷床有以下4類。（1）步進(jìn)式冷床。（2）雙鏈?zhǔn)嚼浯?。?）單鏈?zhǔn)嚼浯?。?）螺旋桿冷床。

3.2.6 矯直機(jī)。通常鋼管受熱或是受冷的話就會(huì)發(fā)生變形，為了確保其制度符合規(guī)定，就要在熱處理以后對其適當(dāng)矯直。由于矯直的氣溫不一樣，因此其可以分成冷矯直和熱矯直兩個(gè)類型。石油油管、石油套管類鋼管對鋼管矯直溫度有特殊要求，在熱處理生產(chǎn)線矯直機(jī)的選型上尤為重要。假如方案中的鋼管的使用方向和石油有關(guān)的話，在矯直的時(shí)候最好是以熱矯直機(jī)為主，冷矯直機(jī)為輔，如果資金較為緊張的話，可以把冷矯直機(jī)當(dāng)成預(yù)留設(shè)備，將熱矯直機(jī)放到加熱爐出口的地方；相反的情況下，可以只設(shè)置冷矯直機(jī)。矯直機(jī)選擇立式斜置六輥全傳動(dòng)液壓快開機(jī)型。

3.2.7 吸灰裝置。在對鋼管探傷以前一定要將其表層的氧化鐵皮去除，這主要是因?yàn)殍F皮的存在會(huì)對探傷的精確性等產(chǎn)生很大的干擾。此時(shí)就需要用到吸灰裝置。吸灰裝置有兩種形式：吸灰方式；吹灰+吸灰方式。

3.2.8 管體探傷機(jī)。為了確保熱處理之后的產(chǎn)品品質(zhì)達(dá)標(biāo)，就要認(rèn)真檢查管材表面以及內(nèi)在的品質(zhì)，常用的檢查形式是鋼管全長探傷。假如大綱中的鋼管的使用方向和石油有關(guān)的話，管體探傷裝置可采用超聲波+漏磁探傷方式組合或采用超聲波+渦流探傷方式組合；相反的情況下管體探傷裝置可采用單一的超聲波、漏磁或渦流中的任何一種。

3.2.9 管端探傷機(jī)。當(dāng)利用探傷機(jī)處理鋼管的時(shí)候，兩側(cè)有大約長度200～300mm的管端盲區(qū)，對此只可以縮短禁止消除。為了確保鋼管的品質(zhì)符合規(guī)定，就要對該區(qū)域探傷。具體探傷的時(shí)候要依據(jù)產(chǎn)品大綱規(guī)定來開展配置工作。如果是鋼管的用途和石油有關(guān)的話，就需要使用磁粉探傷；相反的就要使用電磁超聲方法。

3.2.10 取樣鋸。要想獲知熱處理性能，必須對其取樣處理。為了節(jié)省投資，可以使用帶鋸機(jī)取樣。除此之外，其還可以被用來切除有缺陷區(qū)域。

3.2.11 測長/稱重/噴印裝置。要想確保成品管材在存儲(chǔ)以及輸送等的過程中不會(huì)出現(xiàn)混亂情況，且便于我們查詢信息，就要對其進(jìn)行長度測量、重量稱取以及噴印處理。具體來講，對于那些必須在廠區(qū)進(jìn)行深加工的管材，只需要噴印就可以了，目的是為了便于識(shí)別。對于那些出廠的管材則必須進(jìn)行整套的測長、稱重、噴印。

4 結(jié)束語

經(jīng)過熱處理之后的鋼管的組織形態(tài)會(huì)發(fā)生很大的變化，能夠明顯的提升它的使用性能，而且還可以節(jié)省合金元素的使用量，能夠?yàn)橄嚓P(guān)企業(yè)創(chuàng)造更多的價(jià)值。在實(shí)際的工作中，我們必須依據(jù)它的類型以及級(jí)別和使用方向等選擇對應(yīng)的熱處理工藝。作為企業(yè)的投資者或是技術(shù)工作者，更是要結(jié)合大綱做好相關(guān)工作，確保產(chǎn)品符合使用規(guī)定。當(dāng)確定好處理制度以及布置好工藝平面以后，還要結(jié)合企業(yè)當(dāng)前的狀態(tài)做好設(shè)計(jì)優(yōu)化，確保相關(guān)要素配合最佳化，只有這樣才能夠獲取更多利潤。

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