焊接钢管感应加热快速热处置

焊接钢管感应加热快速热处置
焊接钢管是指用钢板或钢带，经弯曲成形后用焊接方式制成的钢管，又称为焊管。

依照焊缝的形式焊管可以分为直缝焊管和螺旋焊管两种。

上前，直径大于500mm以上的钢管多数是采用焊接方式生产，其中包括局部油井套管。

焊管在我国的产量已占钢管总产量的50%以上，已成为重要的钢材产品。

焊管普遍用于经济成立各领域，其顶用量最大的是石油天然气工业。

原油、天然气长距离输送管线成立，需要大量利用高强度、高韧性和具有优良焊接性能的焊管。

这就增进了焊管的生产与开展，增进了与此相关部门的技术进步。

焊管焊缝感应加热快速加热处置工艺技术就是在这种形势下开展起来的。

为了提高油气输送能力和降低本钱，要求提高管道输送压力、提高钢管的强度和韧性。

为此，油气输送管线用钢已从X60级提高到X80级，而更高钢级X100-X120管线钢正在研发当中。

由此可见，随着石油天然气能源需求的不断增加，对高强度焊管的需求量会迅速增大。

焊缝热处置工艺技术必将成为焊管生产中重要环节。

在此简要介绍焊管生产中，焊缝感应加热快速热处置工艺的应用与相关的技术。

感应加热焊缝热处置在焊管生产中的应用概况
焊接钢管的冶金质量和利用性能取决于管体钢材的冶金质量、制管焊接的工艺技术、焊缝的热处置质量三个因素。

随着油气输送压力的提高，陆地天然气输送压力将抵达14MPa，海底输送压达25MPa，同时假设管线穿越沙漠沙漠和冻土地带还要加上气温的转变等因素，对焊缝的冶金质量要求会更为严格。

因此国，必需通过严格的焊缝质量来保证所需要的综合力学性能。

焊缝热处置的重要性就在于此。

感应加热焊缝热处置的目的
焊管的利用性能是由管体和焊缝两局部金属的性能综合评定的，任何一方的最弱项将决定焊管的利用性能。

焊管在焊接进程中，由于焊接高温的作用，使焊缝和热影响区金属组织发生转变和晶粒粗化、同时还存在很大的内蛮力。

综合这些转变的结果，使焊缝区金属的性能与母材〔管体〕产生很大的不同。

而且，焊缝金属的综合性能明显低于管体。

为此，必需通过焊缝热处置来消除不同，使其成为综合性能一致的“无缝焊管〞。

〔1〕消除焊接产生的内应力，因焊接在焊缝双侧形成的热影响区，与焊缝和管体形成三个组织、晶粒大小、应力散布完全不同的区域。

由于焊缝、热影响区、管体的加热温度和冷却速度不同，其内部存在的内应力不同，焊缝中内应力最大，热影响区次之，管体内最小。

当内应力超过屈服极限时，会使金属发生塑性变形，引发焊管
弯曲；内应力超过强度极限时，全使金属发生晶界裂纹，裂纹扩展后会使焊缝产生裂纹。

而焊缝区金属晶粒粗大，屈服强度和抗拉强度最低，最容易产生裂纹，其次是热影响区与管体相较也容易产生裂纹。

因此为了提高焊缝的综合性能必需通过热处置来消除焊接内应力。

通常利用正火或高温退火处置方式消除焊缝内应力。

〔2〕改善焊缝和热影响区金属的组织构造，制管用钢带多为热轧控冷正火处置，具有细小铁素体+珠光体组织；局部微合金化高强度钢带为细小针状铁素体组织。

作为焊管用管线钢的化学成排列于表6-1中，在焊接高温作用下，给焊缝金属带来两种不良的后果，其一是金属的晶粒粗化，致使屈服强度下降和金属脆化；其二，由于焊后冷却速度快慢不均，焊缝区冷速慢，铁素体和珠光体组织粗大，热影响区冷却速较快，除铁素体和珠光体外，还出粗大的马氏体和剩余奥氏体。

综合上述情况，由于晶粒粗化和金属显微组织的转变使焊缝金属脆化，而且与管体金属的组织和性能产生很大的不同。

因此，必需通过焊缝热处置来抵达细化晶粒和改变恢复金相组织，减少与管体的不同。

表6-1 几种管线钢的化学成份
〔3〕提高焊管的综合力学性能，焊缝热处置的最高目标是使焊缝的冶金质量完全抵达母材的水平，实现“无缝焊管〞。

单独对焊缝进展正火处置无法抵达上述目标，必需焊缝进展感应加热淬火+回火处置，才能使焊缝的综合力学性能抵达乃至超过母材，实现“无缝焊管〞的目标。

感应加热焊缝热处置方式
焊缝需要通过热处置来改善力学性能的钢类中主如果管线钢。

不同强度钢级利用的钢类及其对室温度的要求
列表6-2中。

以表6-2中所列的钢类和力学性能可知，提高焊缝综合性能的主要热处置方式有正火处置、正火+回火处置、淬火+回火处置等方式。

目前国内焊管生产中多采用焊缝正火处置，其他热处置方式尚未见采用。

最先进的焊缝热处置是淬火+回火的调质处置。

国外大型焊管生产线中多采用正火处置，调质处置只有日本和欧盟个别公司采用。

感应加热调质处置焊缝是此后开展的方向。

表6-2 管线钢的标准钢级与室温强度
〔1〕焊缝感应加热正火处置，焊缝正火处置中包括退火处置，有时又称为消除应力退火。

焊缝感应加热正火处置是将焊缝加热到A c3以上温度，900-950℃后空冷至400℃以下水冷到常温。

借此消除焊接内应力，细化焊缝晶粒，改善显微组织，提高焊缝的塑性和冲击韧性。

焊缝感应加热正火处置适用于普通低合金钢和局部低合金高强度钢，相当于X60钢级以下的焊管。

焊缝感应加热退火处置是将焊缝加热至700-750℃双相区，随后空冷至常温，目的是消除焊接内应力和改善塑性。

退火处置主要用于碳素钢和局部普通低合金钢焊管。

这种工艺国内焊管生产线很少采用。

〔2〕焊缝感应加热正火+回火处置，正火处置后焊缝的硬度仍高而塑性还低时，可以采取高温回火处置进展补救。

感应加热回火处置是将焊缝加热到A c1以下温度，一般为650℃左右空冷。

经高温回火处置后原钢中马
氏体组织转变成回火索氏体和铁素体，焊缝的塑性提高，硬度下降强度转变不大。

〔3〕焊缝感应加热淬火+回火处置，这种热处置方式又称调质处置，在线焊缝感应加热调质处置是目前最先进的热处置技术。

经调质处置后焊缝的综合力学性能完全抵达管体的水平，实现焊缝与管体性能均一化。

实现这项热处置工艺技术的核心就是必需掌握横向磁场加热技术，保证加热温度的均匀和准确。

对于低合金高强度钢和微合化高强度钢焊缝的淬火加热温度为900-950℃，回火加热温度为600-650℃，淬火采用喷淋式冷却，回火采用空冷与水冷结合冷却。

淬火、回火温度采用纵向磁场加热时，控温的准确度可以抵达±10℃，这是高强度焊管维持性能稳定必需的控温水平。

利用横向磁场加热焊缝一样要求高的控温精度，目前，国内尚处于研发阶段，距此精度相差较大。

不过可以相信会很快攻克这项加热技术，实现焊缝在线感应加热调质处置。

焊缝感应加热正火处置
正火处置是目前国内处应用最多的焊管焊缝热处置方式，有时还称其为焊缝退火处置。

二者的区别是正火处置加热温度在A c3以上，退火处置加热温度低，在Ac1周围。

对于管线钢焊管来讲，焊缝正火处置是API标准中支付宝的热处置方式之一。

焊缝感应加热正火处置，依照其生产配置情况可分为在线式正火处置和离线式正火处置。

产品规格多、批量小时可用离线式正火处置，产品规格少、批量大时应选用在线式正火处置。

焊缝感应加热正火处置主要用于以钒、铌、钛元素强化的低碳低合金钢焊管。

这种钢的化学成排列于表6-3中。

焊缝正火处置的目的是消除焊接产生的内应力，细化焊缝金属的晶粒，提高金属的塑性和韧性，缩小焊缝与管体性能的不同。

焊缝感应加热正火处置温度的选择
传统低合金钢正火处置温度是在Ac3以上30-50℃。

可是，感应加热升温速度为20-50℃.s-1条件下，Ac3会随时加热速度的增大而上移。

按照感应加热淬火温度的经历，Ac3会升高20-50℃，因此，感应加热低合金钢焊缝正火温度应选择在Ac3以上50-100℃。

钢中含有Cr、V、Ti合金元素时取上限，不含这些合金元素时取下限。

表6-3中所列正火钢的Ac3在860-880℃，其感应加热正火温度可选择在910-980℃。

表6-3 正火处置钢的化学成份
正火加热温度不宜太高，通常加热条件下低合金亚共析钢自900℃起奥氏体初始晶粒开场长大，950℃以上迅速长大。

因此，太高的正火温度无益于细化焊缝的晶粒组织，降低正火处置的效果。

另外，太高的正火温度还会加重焊缝区金属氧化，影响焊管的外表质量和降低钢材的收得率。

一样正火温度太低，不得改善焊缝金属的塑性和韧性，达不到正火处置的目的。

焊缝感应加热正火保温时间和冷却方式
焊缝感应加热正火保温时间的选择，淬火、固溶、正火处置都是将钢加热到奥氏体化温度后，以不同的冷却速度进展冷却的热处置方式。

从奥氏体化的目的来看三种处置方式是一样的。

感应加热低合金钢淬火处置和奥氏体热强钢固溶处置，进展取消奥氏体化保温时间的实验，其结果说明，只要把感应加热淬火和固溶温度比传统处置温度高出50-100℃以后，无需保温时间就可以够取得一样的热处置效果，强化元素的固溶量一致，回火与时效处置后的室温和高温力学性能还高于传统处置工艺。

由此可见，感应加热正火处置进程取消保温时间，不会影响到后期的热处置效果。

表6-4给出了10钢焊管缝感应加热无保温时间退火后，其力学性能取得良好的效果。

表6-4 感应加热退火对10钢焊缝金属力学性能的影响
综合所述，对于低合金亚共析钢而言，只要感应加热正火温度选择适宜，焊缝加热温度均匀，完全可以取消正火保温时间，不会对热处置效果产生影响。

因为，从金属组织相变变速度动身考虑，温度起决定性作用，而且温度的作用效果远大于时间因素，以温度换时间是感应加热快速热处置的特点。

本文摘至?焊接手册?。