无缝钢管热处理工艺及设备选型

无缝钢管热处理工艺及设备选型

荆长安

【摘要】介绍了无缝钢管热处理的目的、常用热处理工艺和热处理制度,以及热处理工艺流程、平面布置的选择方法和设备选型的基本原则;分析了热处理设备的工作原理、优缺点及其适用范围.为企业投资者和从事相关专业的技术人员提供参考.根据热处理产品大纲来确定热处理工艺平面布置及设备选型;根据企业现有条件进一步优化设计方案,使热处理工艺制度、工艺设备配置达到最佳.

【期刊名称】《钢管》

【年(卷),期】2016(045)001

【总页数】6页(P35-40)

【关键词】无缝钢管;热处理工艺;设备选型;产品大纲;优化设计

【作者】荆长安

【作者单位】中冶赛迪工程技术股份有限公司,重庆401122

【正文语种】中文

【中图分类】TG155;TG156

荆长安（1980-），男，工程师，主要从事钢管工艺设计与咨询工作。

无缝钢管的质量与其制造方法、化学成分及金相组织密切相关，在不改变制造方法及化学成分的前提下，要提高无缝钢管使用性能则需要改变无缝钢管的组织形态，采用热处理工艺可改变无缝钢管的组织结构和性能，满足无缝钢管标准的规定或采购方的特殊技术要求。

（1）保证产品的使用性能：如管线钢管、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，可直接用于设备或工程中。

（2）满足产品继续加工要求：如轴承钢管、气瓶用无缝钢管、机械用管等，用户根据用途对此类钢管进行二次加工。

（3）提高钢级的性能参数：通过热处理工艺，使某些低钢级无缝钢管达到较高钢级无缝钢管的使用性能，此方式可节省合金元素用量，降低无缝钢管的生产成本。钢管品种众多，所使用的钢级（种）也不尽相同，同一品种的钢管其化学成分也可能存在一定差异，但经过热处理后钢管都能达到相关技术标准或采购方的技术条件。依据产品标准，钢管热处理工艺主要有以下5类［1-4］。

（1）淬火＋高温回火（Q+T，又称调质处理）：将钢管加热至淬火温度，使钢管内部组织转变为奥氏体，再以大于临界淬火速度快速冷却，使钢管内部组织转变为马氏体，再配合高温回火，最终使钢管组织转变为均匀的回火索氏体组织。淬火＋回火不仅可以提高钢管的强度和硬度，还可以将钢管的强度、塑性、韧性有机结合起来，满足采购方对钢管性能的要求。

（2）正火（N，又称常化）：将钢管加热到正火温度，使钢管内部组织完全转变

为奥氏体组织之后，以空气为介质进行冷却的热处理工艺。正火后可得到不同的金属组织，如珠光体、贝氏体、马氏体或者它们的混合组织［1］。正火不仅可以细化晶粒、均匀成分、消除应力，还可以提高钢管的硬度并改善其切削性能。

（3）正火＋回火（N+T）：将钢管加热至正火温度，使钢管内部组织完全转变为奥氏体组织之后，在空气中冷却，再配合以回火工艺。钢管组织为回火铁素体+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［1］。

正火＋回火热处理工艺制度可以稳定钢管内部组织，提高钢管塑性和韧性。

（4）退火：将钢管加热到退火温度并保温一定时间以后，随炉缓慢冷却到一定温度后再出炉冷却的一种热处理工艺。钢管退火工艺可分为：球化退火、完全退火、

去应力退火等。钢管退火的主要作用：①降低钢管的硬度，提高其塑性，以方便后续的切削加工或冷变形加工；②细化晶粒，消除组织缺陷，均匀内部组织和成分，改善钢管的性能或为后续工序做准备；③消除钢管的内应力，以防止变形或开裂。（5）固溶处理（主要应用于18-8型奥氏体不锈钢的生产）：将钢管加热到固溶

温度，使碳化物和各种合金元素充分均匀地溶解于奥氏体中，再快速冷却，使碳和合金元素来不及析出，获得单一奥氏体组织的热处理工艺［2］。固溶处理的主要作用：①均匀钢管的内部组织，均匀钢管的成分；②消除加工过程中的硬化，以方便后续的冷变形加工；③恢复不锈钢的耐腐蚀性能。

无缝钢管品种众多，不同钢级（种）的无缝钢管对热处理制度要求各不相同，为了使新建热处理线实现产品大纲中规定的每一个品种的生产，需了解常用无缝钢管热处理制度。

本文对常用无缝钢管的热处理制度进行了归纳整理，其余无缝钢管品种的热处理制度由钢管生产企业与采购方协商确定。常用的无缝钢管热处理制度见表1［5-8］。

4.1工艺流程及平面布置

在热处理生产线规划或建设中，要根据热处理产品大纲中钢管的品种、规格、年产量及场地情况综合考虑热处理生产线的工艺流程及平面布置。

无缝钢管热处理的工序包括加热、冷却和精整，热处理工艺流程如图1所示。

热处理的每个工序是由功能设备来完成的，每一种功能设备看成是一台单体设备。热处理工艺平面布置主要有两种形式：第一种布置适合小批量生产，是将单体设备按照工艺顺序独立布置，单体设备完成自身工序后通过行车将钢管吊运到另一台单体设备完成下一个工序；第二种布置适合规模化生产，即将各个单体设备通过连接设备依次串联在一起形成一条完整的生产线。热处理工艺平面布置应视热处理钢管品种结构、热处理类型、钢管年产量等选择。如某项目产品大纲为Φ139.7～339.7 mm的石油套管、管线钢管、高压锅炉用管，年热处理量18万t，其热处

理工艺平面布置如图2所示。

4.2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。对于规模化生产的品种，如石油用管（OCTG）、高压锅炉用管等，选择设备连线布置工艺，其热处理工艺是淬火+高温回火、正火、正火+回火，选择的主要设备有淬火加热炉、高压水除鳞装置、淬火装置、回火加热炉、定径机、热矫直机、冷床、冷矫直机、吸灰装置、管体探伤机、管端探伤机、锯断机、测长/称重/喷印装置等。

4.2.1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℃，并根据工艺需求、钢级（种）要求进行不同温度的加热及保温。常用的加热炉有步进横移式加热炉、纵向通过式加热炉。

（1）步进横移式加热炉：采用带弧度的耐热铸钢梁来支托钢管，钢管在炉内的每一次动作均能转动一个角度，步进梁在运动过程中具有轻托轻放功能，并设有停中位和“踏步”功能，从而保证钢管加热温度均匀，并可避免钢管在保温或等待时间较长时产生较大的弯曲变形，可减少钢管在加热过程中的黑印。

连续式热处理生产线可采用步进横移式加热炉作为淬火、正火加热，燃料可采用天然气、混合煤气或高炉煤气等，其产量较高。

（2）纵向通过式加热炉：在辊道空隙中布置中频感应加热装置，钢管在辊道的输送过程中由中频感应加热装置对钢管进行加热、保温。

中频感应加热装置可将普通交流电源转变为中频电源，当钢管通过中频感应加热装置时，在钢管中将形成感应电流，利用感应电流流过钢管产生的热量对钢管进行加热。