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无缝钢管热处理工艺及设备选型探讨

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摘要:经济的高速发展带动了科技的进步,此时我们国家的很多行业都开始使用新技术和新工艺,比如工业生产中的无缝钢管热处理工艺。作者具体阐述了该工艺的处理目的以及制度和流程等等的相关知识,并且阐述了处理原理以及它的优势和缺陷等等。其目的在于为广大的投资人和有关的技术工作者提供一定的参考。

关键词:无缝钢管;热处理工艺;设备选型;产品大纲;优化设计

众所周知,无缝钢管自身的品质会受到很多要素的影响,比如它的生产方法和成分以及组织形态等等。要想提升其品质的话就要从这几方面入手。一般来讲,如果保持它的生产方法和成分组成不改变的前提之下,要想提升它的品质,完善它的性能的话就只能改变它的形态,而使用热处理工艺就能够发挥这一功效,符合生产标准以及技术规定。

1无缝钢管热处理目的

第一,确保产品性能符合规定。比如石油油管、石油套管、钻杆、高压锅炉用无缝钢管等经过热处理的钢管,能够直接的被用到项目之中。第二,符合深加工规定。像是轴承钢管以及机械用管之类,使用人可以依据使用方向对其进行深加工。第三,提升钢级性能指数。借助该技术,确保一些钢级较低的管线能够提升钢级,通过此方法能够明显节省合金材料的使用量,能够缩减成本。

2常用的无缝钢管热处理工艺

目前市面上有种类繁多的钢管,其运用的钢种也有很大差别,就算是相同类型的钢管它们的化学组成也有明显的不同之处,不过再经过热处理以后它们的技术标准都符合规定。具体来讲,按照产品生产标准,目前的热处理工艺有如下几种类型。

(1)淬火+高温回火(又称调质处理):把钢管加热直至其符合淬火所需的气温,此时钢管组织会变成奥氏体,以设定好的气温高速冷却,这时候钢管的组织就会变成马氏体,借助高温回火使得它的组织最终变成我们所需的回火索氏体组织。该工艺的优势非常明显,不但能够明显的提升材料的强度,还能够增加硬度,同时还可以把材料的强度以及韧性等完美融合,符合生产企业的生产规定。

(2)正火(又称常化):具体来讲该工艺指的是加热钢管直至其符合正火温度,此时它的组织变为奥氏体,然后借助空气对其冷却。经由正火处理之后我们会得到类型不一的金属组织,像是贝氏体以及珠光体或是其混合体等。它的优点是能够将晶粒细化,而且能够保证成分一致,最主要的是可以提升它的硬度,强化切削能力。

(3)正火+回火:具体来讲该工艺是加热钢管直至其符合正火温度,此时它的组织变为奥氏体,然后借助空气对其冷却,最后对其进行回火处理的一种工艺。它的组织类型多样,比如回火铁素体+珠光体,或铁素体+贝氏体,或回火贝氏体,或回火马氏体,或回火索氏体。它的优点是能够提升组织的稳定性,同时还能够增加塑性以及韧度。

(4)退火:该工艺指的是把钢管加热直到其符合退火温度为止,然后对其适当保温一段时间,之后逐渐冷却到所需的气温然后再出炉的一种处理方法。钢管退火工艺可分为:球化退火、完全退火、去应力退火等。它的优势是能够降低材料硬度,提升它的塑性指数。同时还能够使得晶粒变小,确保组织成分均匀,提升材料性能。最关键的是能够消除应力,避免变形现象发生。

(5)固溶处理(主要应用于18-8型奥氏体不锈钢的生产):该工艺指的是将钢管升温到固溶所需的气温,此时碳化物以及其他的元素等都会溶解,然后冷却处理,确保其中的元素不被析出,这时候得到的就是我们所需的单一奥氏体组织。它的优点是能够确保组织结构均匀,能够避免硬化,最关键的是具有强大的抗腐蚀能力。当前市面上的无缝钢管的类型非常多,不一样的级别其对热处理的要求也完全不一样,要想确保新生产线符合所有品质的生产规定,就要认真研究热处理制度。

3热处理工艺流程及平面布置、设备选型

3.1工艺流程及平面布置

在开展生产线的建设等工作的时候,必须结合大纲规定的钢管类型以及规格等全方位分析热处理生产线的工艺流程及平面布置。在开展热处理工作的时候,其所有的工序都由对应的设备完成。其平面布置形式有两种。第一种主要适合用于小规模生产,具体来讲指的是依据工艺步骤单独布置单体设备,当设备完成本身的工序之后借助行车把管材运输到另外的设备上开展后续的工序处理活动。第二种方式适合用于大规模生产,即按照次序将所有的单体设备串联到一起,组成一个统一的生产线。在布置平面的时候必须认真分析品种结构以及工艺类型等要素。

3.2设备选型

根据无缝钢管热处理制度及无缝钢管检验、检测等要求,热处理生产线的设备一般有加热炉、冷却系统、矫直机、探伤机、切断机、检查装置、标记机、打捆包装装置等。

3.2.1加热炉(淬火炉、回火炉)。在钢管热处理工艺中,对钢管加热质量要求为:淬火炉加热温差±10℃,回火炉加热温差±5℃,而且要依据工艺规定和钢材类型等进行对应温度的保温和加热等活动。目前使用几率较高的加热设备有两种,分别是步进横移式加热炉、纵向通过式加热炉。

3.2.2高压水除鳞装置。为了确保钢管能够均匀的淬火,通常在淬火以前要使用高压水将其表层的氧化铁皮除掉。高压水安装在淬火加热炉出口处。

3.2.3淬火装置。对于整个热处理生产线来讲,淬火装置有着其独特的存在意义。只有正确选择淬火工艺以及装置,才可以确保钢管的淬透能力强大,才能够得到我们所需的组织特性。对于淬火装置我们有着严格的规定,要确保淬火之后肉眼不会发现弯曲现象,保证气温<70℃、硬度均匀性≤3HRC,而且不能有任何新增缺陷。由于标准不同因此具体的规定有细微差别。

3.2.4定径机。在加热钢管的时候,其直径以及圆度等会改变,为了确保上述指标符合规定,就要对回火处理之后的钢管定径,定径机型式为3机架三辊定径机。定径机布置在回火炉后,钢管定径温度在500~680℃,定径后钢管外径精度满足相关标准规定。

3.2.5冷床。冷床是对钢管表面质量、管体直线度影响较大的辅助设备,热处理生产线冷床有以下4类。(1)步进式冷床。(2)双链式冷床。(3)单链式冷床。(4)螺旋杆冷床。

3.2.6矫直机。通常钢管受热或是受冷的话就会发生变形,为了确保其制度符合规定,就要在热处理以后对其适当矫直。由于矫直的气温不一样,因此其可以分成冷矫直和热矫直两个类型。石油油管、石油套管类钢管对钢管矫直温度有特殊要求,在热处理生产线矫直机的选型上尤为重要。假如方案中的钢管的使用方向和石油有关的话,在矫直的时候最好是以热矫直机为主,冷矫直机为辅,如果资金较为紧张的话,可以把冷矫直机当成预留设备,将热矫直机放到加热炉出口的地方;相反的情况下,可以只设置冷矫直机。矫直机选择立式斜置六辊全传动液压快开机型。

3.2.7吸灰装置。在对钢管探伤以前一定要将其表层的氧化铁皮去除,这主要是因为铁皮的存在会对探伤的精确性等产生很大的干扰。此时就需要用到吸灰装置。吸灰装置有两种形式:吸灰方式;吹灰+吸灰方式。

3.2.8管体探伤机。为了确保热处理之后的产品品质达标,就要认真检查管材表面以及内在的品质,常用的检查形式是钢管全长探伤。假如大纲中的钢管的使用方向和石油有关的话,管体探伤装置可采用超声波+漏磁探伤方式组合或采用超声波+涡流探伤方式组合;相反的情况下管体探伤装置可采用单一的超声波、漏磁或涡流中的任何一种。

3.2.9管端探伤机。当利用探伤机处理钢管的时候,两侧有大约长度200~300mm的管端盲区,对此只可以缩短禁止消除。为了确保钢管的品质符合规定,就要对该区域探伤。具体探伤的时候要依据产品大纲规定来开展配置工作。如果是钢管的用途和石油有关的话,就需要使用磁粉探伤;相反的就要使用电磁超声方法。

3.2.10取样锯。要想获知热处理性能,必须对其取样处理。为了节省投资,可以使用带锯机取样。除此之外,其还可以被用来切除有缺陷区域。

3.2.11测长/称重/喷印装置。要想确保成品管材在存储以及输送等的过程中不会出现混乱情况,且便于我们查询信息,就要对其进行长度测量、重量称取以及喷印处理。具体来讲,对于那些必须在厂区进行深加工的管材,只需要喷印就可以了,目的是为了便于识别。对于那些出厂的管材则必须进行整套的测长、称重、喷印。

4结束语

经过热处理之后的钢管的组织形态会发生很大的变化,能够明显的提升它的使用性能,而且还可以节省合金元素的使用量,能够为相关企业创造更多的价值。在实际的工作中,我们必须依据它的类型以及级别和使用方向等选择对应的热处理工艺。作为企业的投资者或是技术工作者,更是要结合大纲做好相关工作,确保产品符合使用规定。当确定好处理制度以及布置好工艺平面以后,还要结合企业当前的状态做好设计优化,确保相关要素配合最佳化,只有这样才能够获取更多利润。

参考文献:

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[2]常少文.油井管中频感应加热热处理生产线的设计[J].钢管,2013,42(2):55-60.

[3]赵存耀,刘春旭,耿鸿明,等.油套管热处理生产线水淬设备的设计与改进[J].钢管,2012,41(1):43-46.

[4]李松瑞,周善初.金属热处理[M].长沙:中南大学出版社,2003.[5]刘天佑.金属学与热处理[M].北京:冶金工业出版社,2009.

作者:刘兴权 单位:哈尔滨电机厂有限责任公司

无缝钢管热处理工艺及设备选型探讨责任编辑:张雨    阅读:人次