CN103114190A

CN103114190A - 不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备

Info

Publication number: CN103114190A
Application number: CN2013100811134A
Authority: CN
Inventors: 吴通良; 周耀
Original assignee: ZHENHAI PETROCHEMICAL JIANAN ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: Ningbo Dong Ding special pipe industry Co., Ltd.
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: CN103114190B

Abstract

本发明涉及一种不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备，包括隧道，所述隧道外设有对所述隧道的内环境进行加热的升温装置和对所述隧道的内环境进行冷却的冷却装置，其特征在于所述的冷却装置包括套设在所述隧道外的冷却箱，该冷却箱内设有密闭的单向循环的氢气通道，该氢气通道内设有氢气入口，所述氢气通道内还设有多个气流通道，并且各所述气流通道上均设有对向所述隧道中心的出气孔，各所述气流通道的入口一端连通所述氢气通道，各所述气流通道的另一端为封闭的端口；隧道上设有多个进气口和出气口，且所述的气流通道上的出气孔对向所述的进气口。与现有技术相比，本发明所提供的装置能够达到快速冷却的目的，缩短钢管在敏化温度区的停留时间，从而避免Cr₂₃C₆在奥氏体晶界析出产生应力腐蚀。

Description

不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备

技术领域

本发明涉及到不锈钢加工领域，具体指一种不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备。

背景技术

现有的随着能源工业的发展，奥氏体类不锈钢这一特殊钢种被广泛用于石油化工、热电、核电、煤化工和其它化工领域的核心设备及关键部件，如各种容器、反应塔器、管道、机泵、热交换器、阀门等。这类钢种具有良好的化学稳定性和机械性能，其耐碱耐酸、抗氧化性能和抗高温、抗低温性能均比碳素钢强得多。奥氏体类不锈钢管是由料板卷制焊接而成，焊接后造成碳化物析出，晶格缺陷，使不锈钢耐蚀性能下降。因此，焊接后的不锈钢管需要进行固溶处理，固溶处理是决定这奥氏体类不锈钢管质量性能的关键因素。

固溶处理通常在固溶炉中高温快冷的条件下进行。

授权公告号为CN202465812U的中国实用新型专利公开了一种《不锈钢焊管在线光亮固溶机》，其包括第一环座、第二环座和第三环座相连接，第一环座和第二环座之间设有加热区，第二环座和第三环座之间设有冷却区，第二环座上设有气体供应区。氢气从气体供应区的入口进入第二环座，从第二环座的两端进入加热区和冷却区；冷却区设有内充冷却水的冷却夹套管。不锈钢焊管从第一环座的入口进入加热区加热后，经由第二环座进入冷却区，在冷却区冷却后从第三环座送出。该固溶炉是目前最常使用的。

配合现有的固溶炉，常用的固溶工艺有下述三种。

一、隧道内氢气保护下网带炉+封闭无填料水冷夹套隧道。适用于钢管离线集中处理，特点是加热段长（一般在8米以上）升温缓慢，而冷却段更长（不少于工件长度），不能达到迅速降温的目的，钢管在升温冷却过程中敏化温度区（450C°～850C°）停留过长使Cr₂₃C₆在奥氏体晶界析出。

二、隧道内氢气保护下箱式炉+封闭式无填料水冷夹套隧道。适用于钢管在线处理，加热段长6米左右，冷却段长不少于8米，虽然它的特点比方法一稍有改良，但结果仍不尽人意。

三、隧道内氢气保护下感应加热+封闭式石墨填料水冷夹套隧道，如意大利艾美迪公司技术。这是目前国内外最普遍在用的在线光亮固溶处理设备，这种方法采用中频感应加热电源和石墨隧道加水夹套。它的特点是加热升温快，但受管壁厚薄不均、电流和线速度波动等因素影响导致工件炉出口温度波动大，经处理后的钢管力学性能和金相组织存在明显不一致。其冷却段一般在4～6米之间，理论上石墨具有良好的导热性能，实际上工件与石墨之间存在着间隙，并不能起到快速传递热量的效果。产品检验结果同样不够理想。

目前对奥氏体类不锈钢焊接管光亮固溶处理受固溶处理设备的制约，光亮固溶处理的工艺过程始终不到位，从而导致产品性能不尽如人意。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能精确控制冷却速度从而获得理想的处理效果的不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备，包括供待处理不锈钢焊接管通过的隧道，所述隧道外沿待处理不锈钢焊接管的输送方向依次设有对所述隧道的内环境进行加热的升温装置和对所述隧道的内环境进行冷却的冷却装置，其特征在于所述的冷却装置包括套设在所述隧道外的冷却箱，该冷却箱内设有密闭的单向循环的氢气通道，该氢气通道内设有单向送风的风机和冷却器以及与外界氢气源相连通的氢气入口，所述氢气通道内还设有多个气流通道，这些气流通道沿所述隧道的外周均匀布置，并且各所述气流通道上均设有对向所述隧道中心的出气孔，各所述气流通道的入口一端连通所述氢气通道，各所述气流通道的另一端为封闭的端口；容置在所述冷却箱内的隧道部分上设有多个供氢气进、出所述隧道的进气口和出气口，且所述的气流通道上的出气孔对向所述的进气口。

上述氢气通道的设置方法有多种，优选所述氢气通道包括横向设置在所述冷却箱内的第一隔板和纵向设置在所述冷却箱内的第二隔板；所述第二隔板将所述冷却箱分隔为左右设置的第一腔和第二腔，所述第一隔板将所述的冷却箱分隔为上下设置的第三腔和第四腔，并且所述第一腔和所述第三腔相连通，所述第二腔和所述第四腔相连通；各所述气流通道的一端支撑在所述的第二隔板上，并且各所述气流通道的入口一端均连通所述的第二腔；所述风机和所述冷却器设置在所述的第四腔内；所述隧道和各所述气流通道设置在所述第三腔内。

气流通道的数量可以根据需要来设定，较好的，所述的气流通道有四个。

上述各方案中的冷却器可以根据需要选用现有技术中的容易一种，较好的，所述的冷却器为翅片冷却器。使用翅片冷却器能够确保冷却速度和冷却效果。

上述各方案中，所述升温装置和所述冷却装置之间还设有用于对所述隧道的内环境进行恒温的恒温装置，所述恒温装置套设在所述隧道外。恒温段的设计能够对升温后的焊接管进行保温恒温，使焊接管在高温区有足够的固溶时间，从而得到理想奥氏体组织。

所述的恒温装置可以使用现有技术中的任意一种，较好的，所述的恒温装置为箱式电阻炉，所述隧道穿设在该箱式电阻炉的炉体内。该方案保温效果好，更节能降耗；同时由于箱式电阻炉温度相对稳定，克服了炉出口温度波动大的缺陷，从而保证固溶处理后的钢管力学性能和金相组织一致性。箱式电阻炉的规格可以根据实际需要具体选定。

上述各方案中的升温装置可以选用现有技术中的任意一种加热升温装置，较好的，所述的升温装置包括缠绕在所述隧道外侧壁上的感应加热线圈，该感应加热线圈连接超音频感应加热电源；并且所述感应加热线圈所对应的隧道部分为石英管。采用感应加热线圈和超音频感应加热电源配合，可在满足生产的线速度的同时，将原中频电源的频率提高到40KHZ左右，加热速度快，可把经焊接后的组织迅速加热到1000℃，使Cr₂₃C₆即时到达溶解点。

为了方便整个设备的装配以及各段具体结构的设置，所述隧道包括通过法兰依次相连接的第一隧道、第二隧道和第三隧道，其中，所述的升温装置设置在第一隧道外，所述的恒温装置设置在所述的第二隧道外，所述的冷却装置设置在所述的第三隧道外。

各部分隧道的长度需要根据待处理不锈钢焊接管的规格、运行速度以及各段设备的实际性能具体计算得到。对应于本发明，较好的，所述第一隧道的长度为0.3～0.7米，所述第二隧道的长度为1.8～2.2米，所述第三隧道的长度为1.6～2.0米。

与现有技术相比，本发明利用保护气氢气导热性高的物理特性，氢气的导热系数λ为6.69，氢气的表面散热系数α是空气的1.5倍，在风机和冷却器的作用下氢气在冷却箱内进行高速内循环，形成一个强制密闭循环系统，通过气流通道将冷态氢气直吹待处理焊接管，同时补充新氢气，以达到快速冷却的目的，缩短钢管在450～850C°敏化温度区的停留时间，从而避免Cr₂₃C₆在奥氏体晶界析出产生应力腐蚀。优选方案中，在升温段和冷却段之间设置了恒温段，使焊接管在高温区有足够的固溶时间，从而得到性能更加理想的奥氏体组织。

附图说明

图1为本发明实施例装配结构的平面示意图；

图2为本发明实施例中冷却装置的剖视结构示意图(不包括气流通道)；

图3为沿如2中A-A线的剖视图；

图4为沿图2中B-B线的剖视图；

图5为本发明对比例所使用的固溶热处理装置装配结构的平面示意图；

图6为本发明实施例焊接母材的金相组织显微照片；

图7为本发明实施例焊接管焊缝的金相组织显微照片；

图8为本发明实施例处理后三根焊接管成品A的爆破检测照片；

图9为本发明对比例焊接母材的金相组织显微照片；

图10为本发明对比例焊接管焊缝的金相组织显微照片；

图11为本发明对比例处理后三根焊接管成品B的爆破检测照片；

图12为本发明实施例热处理过程中温度-时间关系图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图4所示，该不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备包括：

隧道1，用于供待处理的不锈钢焊接管5通过，隧道内充有氢气。本实施例中的隧道由沿待处理不锈钢焊接管的输送方向依次设置的第一隧道11、第二隧道12和第三隧道13三部分通过法兰14密闭连接而成。其中第一隧道外设有对第一隧道内环境进行加热的升温装置2，第二隧道外设有对第二隧道内环境进行恒温的恒温装置3，第三隧道外设有对第三隧道内环境进行快速冷却的冷却装置4。各段隧道的长度需要根据升、降温速度、待处理不锈钢焊接管的具体情况和钢管的长度经具体计算得到，本实施例中，第一隧道11采用石英管制备，其长度为0.5米，第一隧道的长度可以根据实际情况在0.3～0.7米之间；第二隧道的长度为2.0米，第二隧道的长度通常在1.8～2.2米之间；第三隧道上设有多个进气口和出气口(见图3和图4中直线箭头所对应位置)，进气口和出气口的密度和分布可以根据需要而定，本实施例为均布；第三隧道的长度为1.8米，第三隧道的长度可根据需要在1.6～2.0米之间选择。

升温装置2包括缠绕在第一隧道外侧壁上的感应加热线圈21，该感应加热线圈连接超音频感应加热电源22。

恒温装置3为箱式电阻炉，第二隧道12穿设在该箱式电阻炉的炉体内，其两端外露连接其它两段隧道。

冷却装置4包括箱式结构的冷却箱46，第三隧道13穿设在冷却箱46内，其两端外露于冷却箱。第三隧道的周围均布有四根气流通道45，并且，气流通道的侧壁上均设有对向第三隧道的进气口的出气孔(见图3和图4中直线箭头所对应位置)。

出气孔和进气口基本上是一一对应设置，以使从气流通道内流出的氢气流直接吹入第三隧道内，而进入第三隧道内的氢气在冷却不锈钢焊接管之后只能从出气口流出第三隧道。

冷却箱46内还设有横向的第一隔板41和纵向的第二隔板42，并且第二隔板的下端缘密封连接第一隔板41的右端缘；第二隔板42将冷却箱的内部分隔为左右设置的第一腔421和第二腔422，第一隔板41将冷却箱的内部分隔为上下设置的第三腔411和第四腔412，并且第一腔421和第三腔411相连通，第二腔422和第四腔412相连通。冷却箱的侧壁上对应于第四腔的位置设有氢气入口461，用于向第三隧道内补充新氢气。

上述四根气流通道45均位于第三腔411内，各气流通道的第一端均支承在第二隔板42上，使各气流通道的入口连通第二腔；各气流通道的第二端为封闭端。

第四腔内设有风机43和翅片冷却器44。风机和翅片冷却器的位置可以互为上下游。翅片冷却器的冷却水管的进、出口分别连接外界设备。

上述依次连通的第四腔、第二腔、气流通道、第三腔、第一腔、翅片冷却器的空气通道、第四腔构成本实施例中的氢气通道。

使用上述不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理装置对不锈钢焊接管5进行固溶热处理，处理工艺如下：

以SUS321Φ25×1.5不锈钢焊接管为例，在线速度为1.4m/min，热处理工艺参数如表1所示，热处理过程中温度—时间关系如图12所示。

表1

超音频感应炉温度(℃)	1000	氢气进口压力(MPa)	≤0.05MPa
				保温恒温炉温度(℃)	1050	新补充氢气流量(M³/h)	0.2M³/h±0.02
冷却水压力(Mpa)	0.3MPa	内循环氢气流量(M³/h)	6542M³/h
				冷态氢气(℃)	≤35℃	热态氢气(℃)	≤65℃

经上述工艺处理后得到成品A。

对比例

采用意大利艾美迪公司技术，设备装配结构如图5所示，这是目前最普遍使用的在线光亮固溶处理设备，该装置包括升温段1’和冷却段2’，没有恒温段。其升温段的结构与上述实施例的相同。其冷却段采用石墨隧道21’和水夹套22’配合。即该部分的隧道采用石墨制备，石墨外设有冷却水夹套，夹套内通冷水换热。该装置的冷却段在4～6米之间。

对比例中的升温段和冷却段采用与实施例相同的工艺条件，但是，其冷却段的冷却速度却达不到实施例中的冷却速度。处理后得到成品B。

对成品A和成品B进行焊接管金相组织、焊管焊缝金相组织、焊接管爆破检测。检测结果如图6至图11所示。从图6至图8可以看出：实施例中样管检验报告中所有数据均达到或高于国家标准，屈服强度和抗拉强度分别为R_p0.2=310MPa、Rm=705MPa，均高出标准值（R_p0.2205MPa、Rm505MPa）50%和40%左右，延伸率A%=53，高出标准值（A%=35）50%左右，压扁和扩口合格，未出现裂纹、裂口及焊缝开裂；金相母材组织为奥氏体，见图中浅色部分，焊管焊缝组织为奥氏体+铁素体，见图中深色部分；三支试样单管爆破部位均在母材上。

从图9至图11可以看出，对比例中，焊接管母材的金相组织为奥氏体(见图中浅色部分)+变形马氏体(见图中深色片状部分)，焊接管焊缝的金相组织为奥氏体+铁素体；三支试样单管爆破检验的爆破部位均在熔合线上。

在实施例中，充分利用了氢气的特性，使氢气处理能够快速冷却、缩短敏化温度区停留的时间、避免Cr₂₃C₆在奥氏体晶界析出产生应力腐蚀之外，还同时具有下述几个特性：

（1）氧化还原性：焊接后的不锈钢焊接管5表面会有氧化物的产生，在高温下，氢和氧反应，起到还原作用。

（2）保护作用：氢气围绕在不锈钢焊接管5的四周，隔离了铁和其他元素的反应，起到保护作用。

（3）导热载体：一定流量的氢气以一定流速吹到不锈钢焊接管5表面，带走不锈钢焊接管5的热量，使不锈钢焊接管5快速冷却。这里氢气既参与热量的传导，又参与了热量的对流，同时翅片冷却器极大地扩展了热交换面积，有效的升高了温度梯度，达到了理想的冷却速度。

Claims

1.一种不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备，包括供待处理不锈钢焊接管通过的隧道，所述隧道外沿待处理不锈钢焊接管的输送方向依次设有对所述隧道的内环境进行加热的升温装置和对所述隧道的内环境进行冷却的冷却装置，其特征在于所述的冷却装置包括套设在所述隧道外的冷却箱，该冷却箱内设有密闭的单向循环的氢气通道，该氢气通道内设有单向送风的风机和冷却器以及与外界氢气源相连通的氢气入口，所述氢气通道内还设有多个气流通道，这些气流通道沿所述隧道的外周均匀布置，并且各所述气流通道上均设有对向所述隧道中心的出气孔，各所述气流通道的入口一端连通所述氢气通道，各所述气流通道的另一端为封闭的端口；容置在所述冷却箱内的隧道部分上设有多个供氢气进、出所述隧道的进气口和出气口，且所述的气流通道上的出气孔对向所述的进气口。

2.根据权利要求1所述的不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备，其特征在于所述氢气通道包括横向设置在所述冷却箱内的第一隔板和纵向设置在所述冷却箱内的第二隔板；所述第二隔板将所述冷却箱分隔为左右设置的第一腔和第二腔，所述第一隔板将所述的冷却箱分隔为上下设置的第三腔和第四腔，并且所述第一腔和所述第三腔相连通，所述第二腔和所述第四腔相连通；各所述气流通道的一端支撑在所述的第二隔板上，并且各所述气流通道的入口一端均连通所述的第二腔；所述风机和所述冷却器设置在所述的第四腔内；所述隧道和各所述气流通道设置在所述第三腔内。

3.根据权利要求2所述的不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备，其特征在于所述的气流通道有四个。

4.根据权利要求2所述的不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备，其特征在于所述的冷却器为翅片冷却器。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备，其特征在于所述升温装置和所述冷却装置之间还设有用于对所述隧道的内环境进行恒温的恒温装置，所述恒温装置套设在所述隧道外。

6.根据权利要求5所述的不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备，其特征在于所述的恒温装置为箱式电阻炉，所述隧道穿设在该箱式电阻炉的炉体内。

7.根据权利要求6所述的不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备，其特征在于所述的升温装置包括缠绕在所述隧道外侧壁上的感应加热线圈，该感应加热线圈连接超音频感应加热电源；并且所述感应加热线圈所对应的隧道部分为石英管。

8.根据权利要求7所述的不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备，其特征在于所述隧道包括通过法兰依次相连接的第一隧道、第二隧道和第三隧道，其中，所述的升温装置设置在第一隧道外，所述的恒温装置设置在所述的第二隧道外，所述的冷却装置设置在所述的第三隧道外。

9.根据权利要求8所述的不锈钢焊接管连续光亮固溶热处理设备，其特征在于所述第一隧道的长度为0.3～0.7米，所述第二隧道的长度为1.8～2.2米，所述第三隧道的长度为1.6～2.0米。