淺談無縫鋼管熱處理工藝及設備選型

劉興權

摘 要：經濟的高速發展帶動了科技的進步，此時我們國家的很多行業都開始使用新技術和新工藝，比如工業生產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知識，并且闡述了處理原理以及它的優勢和缺陷等等。其目的在于為廣大的投資人和有關的技術工作者提供一定的參考。

關鍵詞：無縫鋼管；熱處理工藝；設備選型；產品大綱；優化設計

中圖分類號：TG156 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0061-02

眾所周知，無縫鋼管自身的品質會受到很多要素的影響，比如它的生產方法和成分以及組織形態等等。要想提升其品質的話就要從這幾方面入手。一般來講，如果保持它的生產方法和成分組成不改變的前提之下，要想提升它的品質，完善它的性能的話就只能改變它的形態，而使用熱處理工藝就能夠發揮這一功效，符合生產標準以及技術規定。

1 無縫鋼管熱處理目的

第一，確保產品性能符合規定。比如石油油管、石油套管、鉆桿、高壓鍋爐用無縫鋼管等經過熱處理的鋼管，能夠直接的被用到項目之中。第二，符合深加工規定。像是軸承鋼管以及機械用管之類，使用人可以依據使用方向對其進行深加工。第三，提升鋼級性能指數。借助該技術，確保一些鋼級較低的管線能夠提升鋼級，通過此方法能夠明顯節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組成也有明顯的不同之處，不過再經過熱處理以后它們的技術標準都符合規定。具體來講，按照產品生產標準，目前的熱處理工藝有如下幾種類型。

（1）淬火+高溫回火（又稱調質處理）：把鋼管加熱直至其符合淬火所需的氣溫，此時鋼管組織會變成奧氏體，以設定好的氣溫高速冷卻，這時候鋼管的組織就會變成馬氏體，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。該工藝的優勢非常明顯，不但能夠明顯的提升材料的強度，還能夠增加硬度，同時還可以把材料的強度以及韌性等完美融合，符合生產企業的生產規定。（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，此時它的組織變為奧氏體，然后借助空氣對其冷卻。經由正火處理之后我們會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。它的優點是能夠將晶粒細化，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，此時它的組織變為奧氏體，然后借助空氣對其冷卻，最后對其進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。它的優點是能夠提升組織的穩定性，同時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，然后對其適當保溫一段時間，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、去應力退火等。它的優勢是能夠降低材料硬度，提升它的塑性指數。同時還能夠使得晶粒變小，確保組織成分均勻，提升材料性能。最關鍵的是能夠消除應力，避免變形現象發生。（5）固溶處理（主要應用于18-8型奧氏體不銹鋼的生產）：該工藝指的是將鋼管升溫到固溶所需的氣溫，此時碳化物以及其他的元素等都會溶解，然后冷卻處理，確保其中的元素不被析出，這時候得到的就是我們所需的單一奧氏體組織。它的優點是能夠確保組織結構均勻，能夠避免硬化，最關鍵的是具有強大的抗腐蝕能力。

當前市面上的無縫鋼管的類型非常多，不一樣的級別其對熱處理的要求也完全不一樣，要想確保新生產線符合所有品質的生產規定，就要認真研究熱處理制度。

3 熱處理工藝流程及平面布置、設備選型

3.1 工藝流程及平面布置

在開展生產線的建設等工作的時候，必須結合大綱規定的鋼管類型以及規格等全方位分析熱處理生產線的工藝流程及平面布置。在開展熱處理工作的時候，其所有的工序都由對應的設備完成。其平面布置形式有兩種。第一種主要適合用于小規模生產，具體來講指的是依據工藝步驟單獨布置單體設備，當設備完成本身的工序之后借助行車把管材運輸到另外的設備上開展后續的工序處理活動。第二種方式適合用于大規模生產，即按照次序將所有的單體設備串聯到一起，組成一個統一的生產線。在布置平面的時候必須認真分析品種結構以及工藝類型等要素。

3.2 設備選型

根據無縫鋼管熱處理制度及無縫鋼管檢驗、檢測等要求，熱處理生產線的設備一般有加熱爐、冷卻系統、矯直機、探傷機、切斷機、檢查裝置、標記機、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℃，而且要依據工藝規定和鋼材類型等進行對應溫度的保溫和加熱等活動。目前使用幾率較高的加熱設備有兩種，分別是步進橫移式加熱爐、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。對于整個熱處理生產線來講，淬火裝置有著其獨特的存在意義。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格的規定，要確保淬火之后肉眼不會發現彎曲現象，保證氣溫<70℃、硬度均勻性≤3HRC，而且不能有任何新增缺陷。由于標準不同因此具體的規定有細微差別。

3.2.4 定徑機。在加熱鋼管的時候，其直徑以及圓度等會改變，為了確保上述指標符合規定，就要對回火處理之后的鋼管定徑，定徑機型式為3機架三輥定徑機。定徑機布置在回火爐后，鋼管定徑溫度在500～680℃，定徑后鋼管外徑精度滿足相關標準規定。

3.2.5 冷床。冷床是對鋼管表面質量、管體直線度影響較大的輔助設備，熱處理生產線冷床有以下4類。（1）步進式冷床。（2）雙鏈式冷床。（3）單鏈式冷床。（4）螺旋桿冷床。

3.2.6 矯直機。通常鋼管受熱或是受冷的話就會發生變形，為了確保其制度符合規定，就要在熱處理以后對其適當矯直。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，在熱處理生產線矯直機的選型上尤為重要。假如方案中的鋼管的使用方向和石油有關的話，在矯直的時候最好是以熱矯直機為主，冷矯直機為輔，如果資金較為緊張的話，可以把冷矯直機當成預留設備，將熱矯直機放到加熱爐出口的地方；相反的情況下，可以只設置冷矯直機。矯直機選擇立式斜置六輥全傳動液壓快開機型。

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，這主要是因為鐵皮的存在會對探傷的精確性等產生很大的干擾。此時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。為了確保熱處理之后的產品品質達標，就要認真檢查管材表面以及內在的品質，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。當利用探傷機處理鋼管的時候，兩側有大約長度200～300mm的管端盲區，對此只可以縮短禁止消除。為了確保鋼管的品質符合規定，就要對該區域探傷。具體探傷的時候要依據產品大綱規定來開展配置工作。如果是鋼管的用途和石油有關的話，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。為了節省投資，可以使用帶鋸機取樣。除此之外，其還可以被用來切除有缺陷區域。

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

4 結束語

經過熱處理之后的鋼管的組織形態會發生很大的變化，能夠明顯的提升它的使用性能，而且還可以節省合金元素的使用量，能夠為相關企業創造更多的價值。在實際的工作中，我們必須依據它的類型以及級別和使用方向等選擇對應的熱處理工藝。作為企業的投資者或是技術工作者，更是要結合大綱做好相關工作，確保產品符合使用規定。當確定好處理制度以及布置好工藝平面以后，還要結合企業當前的狀態做好設計優化，確保相關要素配合最佳化，只有這樣才能夠獲取更多利潤。

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