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ERW 鋼管ssaw焊縫在線熱處理工藝及其質(zhì)量檢驗(yàn)方法大全 熱處理展-heat treatment expo
2013年10月24日 熱處理展-heat treatment expo |
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| 中國(guó)·山西焊管設(shè)備制造廠（www.sxhtytech.cn），位于山西省太原市高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)。是專業(yè)從事設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和制造直縫焊管設(shè)備、螺旋多絲埋弧焊管設(shè)備、冷彎型鋼設(shè)備、板材和管材精整設(shè)備以 及高精度縱橫剪線設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝調(diào)試、改造及備品備件等的技術(shù)和服務(wù)且集科研、制造、服務(wù)一體的民營(yíng)股份制高新技術(shù)企業(yè)公司。請(qǐng)您致電我們18703406370
ERW 鋼管的焊接是在高頻電流趨膚和鄰近效應(yīng)的基礎(chǔ)上，利用高頻電流或感生高頻電流的電阻熱將管坯對(duì)接邊緣加熱熔化，并施以擠壓而焊合的工藝過(guò)程。ERW 焊縫的最大特點(diǎn)是沒(méi)有外來(lái)填充金屬，加熱速度快，生產(chǎn)效率高。這是其優(yōu)點(diǎn)，也是其不足。沒(méi)有填充金屬，就不能利填充合金元素的辦法改善其焊縫性能；加熱溫度高，時(shí)音短，焊接溫度梯度大，就使其在焊接過(guò)程中，對(duì)某些鋼種易于產(chǎn)生硬化相和組織應(yīng)力，使焊縫脆性增加，綜合機(jī)械性能下降。因此，對(duì)ERW 焊縫必須進(jìn)行焊后補(bǔ)救措施-焊縫熱處理，以改善組織，消除應(yīng)力，提高性能。
1 ERW 鋼管的焊縫組成和性能特點(diǎn)
根據(jù)焊接熱循環(huán)峰值的不同，可以將ERW 焊縫劃分為五個(gè)區(qū)域：熔化區(qū)(T>T熔)；過(guò)熱區(qū)(1100攝氏度
1.2 ERW 焊縫的性能特點(diǎn)
近年來(lái)，由于寒冷地區(qū)和海洋油田的開(kāi)發(fā)，為ERW 鋼管提供了更加廣闊的發(fā)展前景，這就要求ERW 鋼管具有良好的低溫和抗腐蝕性能。但目前，許多廠家生產(chǎn)的ERW 鋼管焊縫低溫韌性差，F(xiàn)ATT 值偏高，大大限制了其使用范圍。ERW 鋼管焊縫低溫韌性的高低已成為這種鋼管技術(shù)水平高低的重要標(biāo)志。
2 焊縫在線熱處理工藝
2.1 在線熱處理工藝種類
焊縫在線熱處理工藝自20世紀(jì)60年代出現(xiàn)以來(lái)，迄今為止，工藝和技術(shù)日益完善。總的來(lái)講，加熱方式一般為感應(yīng)加熱；為了保證感應(yīng)器對(duì)焊縫加熱的準(zhǔn)確性，先進(jìn)機(jī)組大都裝有光電焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)：為了保證加熱溫度的穩(wěn)定性，并配有溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，工藝種類除了大多采用的焊縫正火、焊縫退火工藝外，有的廠家為了提高焊縫沖擊韌性，對(duì)于高強(qiáng)度鋼管，采用了調(diào)質(zhì)熱處理工藝，調(diào)質(zhì)工藝使焊縫晶粒得到細(xì)化，提高了焊縫的沖擊韌性。除此之外，還有正火加回火、淬火加回火，以及新近研究開(kāi)發(fā)的形變熱處理工藝。
2.2 普通熱處理工藝 焊縫正火
目前，就世界范圍來(lái)講，焊縫熱處理中應(yīng)用最多的還是焊縫正火工藝。焊縫正火工藝一般采用中頻（1-10KHz）電源，但綜合考慮振蕩產(chǎn)生的噪聲等因素，最好先用1-3KHz。可以對(duì)直徑50.8mm以上鋼管進(jìn)行焊縫正火處理。正火處理可以明顯地改善焊縫的壓扁性能，其工藝參數(shù)包括：最高加熱溫度、加熱速度、保溫時(shí)間和水冷起始溫度等。
2.2.1 最高加熱溫度
根據(jù)熱模擬試驗(yàn)結(jié)果，在不考慮內(nèi)外溫差的前提下，正火最高溫度可在較寬溫度范圍（860-1010攝氏度）內(nèi)變化，但最好選擇920-950攝氏度。溫度過(guò)高，會(huì)使焊縫FATT 升高，焊縫韌性下降。另外，使用中ERW 鋼管焊縫存在一種稱為“溝腐蝕（grooving crrosion)”的腐蝕現(xiàn)象，焊縫熱處理溫度的高低，決定溝腐蝕系統(tǒng)的大小。
2.2.2 加熱速度
一般講，加熱速度的驟變將引起鋼的相變點(diǎn)的相就彎化。加熱速度快，則使鋼的相變點(diǎn)上升，并引起相變動(dòng)力學(xué)的彎化。但從焊縫的熱模擬結(jié)果看，在650-950攝氏度之間改彎加熱時(shí)間由12S到37S，對(duì)焊縫的韌性值勤（FATT和沖擊功）影響不大。
2.2.3 保溫時(shí)間
由于焊縫在線熱處理設(shè)備和工藝的局限，這方面在線研究不是很多。但有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了采用在線熱處理爐對(duì)小規(guī)格碳素鋼鋼管的保溫時(shí)間與焊縫性能的研究成果。結(jié)果表明：碳素鋼焊管短時(shí)間加熱到Ac3點(diǎn)以上，可使焊縫和母材的綜合性能趨于一致。延長(zhǎng)保溫時(shí)間（0，5，10，15，30min），并不引起焊縫機(jī)械性能的多大變化，并不引起焊縫機(jī)械性能的多大變化。但對(duì)合金鋼管來(lái)講，保溫時(shí)間愈長(zhǎng)，壓扁性能愈好，這可能與焊縫中合金元素的均勻化過(guò)程有關(guān)。這些研究者并未進(jìn)行保溫時(shí)間與焊縫韌性關(guān)系的研究。
2.2.4 冷卻速度和水冷起始溫度
正火工藝規(guī)范的冷卻介質(zhì)是靜止的空氣，但由于在線焊縫感應(yīng)熱處理是在生產(chǎn)線上進(jìn)行的，其空冷過(guò)程是鋼管在空冷輥遞上運(yùn)行過(guò)程中完成的，因此鑒于這種區(qū)別，API 標(biāo)準(zhǔn)從第39版起，使用了“類似正火熱處理（Similiar Normalising Heat-treatment)”一詞。為了減少空冷輥的長(zhǎng)度和提高冷卻效率，在線正火熱處理往往采用空冷和水冷相結(jié)合的工藝。
空冷速度取決于最高加熱溫度、軋線速度和鋼管壁厚等諸因素。空冷過(guò)程必須等奧氏體轉(zhuǎn)彎為細(xì)小的鐵素體和珠光體組織后方能終止。水冷起始溫度的高低，影響著焊縫韌性。ERW 鋼管焊縫正火熱處理水冷起始溫度必須低于500攝氏度，才能使焊縫具有良好的韌性。也有人認(rèn)為，碳素鋼的下臨界溫度為371攝氏度左右，必須低于這個(gè)溫度才能實(shí)施水冷。
2.3正火+回火和淬火+回火
由于某些低合金高強(qiáng)度鋼（HSLA）焊管正火處理過(guò)程中，空冷時(shí)產(chǎn)生的硬化現(xiàn)象會(huì)使焊縫塑性有所降低；普通碳素鋼管經(jīng)正火處理后，焊縫的綜合性能也比母材低。為了克服這些缺陷，有的廠家又使用了正火+回火和淬火+回火工藝。
正火+回火工藝為：奧氏體化后，不進(jìn)行保溫，直接付之東流冷，然后再進(jìn)行不保溫回火。這樣，對(duì)一些高強(qiáng)度焊管來(lái)講，可以使其空冷過(guò)程中產(chǎn)生的硬化相得以回火，形成鐵素體+回火索氏體組織，降低焊縫強(qiáng)度，提高韌性。
對(duì)于一些特殊用途的ERW 鋼管，為了進(jìn)一步提高其強(qiáng)度，有的廠家采用了淬火+回火的強(qiáng)化處理工藝，效果良好。此工藝的一般規(guī)范為：奧氏體化后對(duì)焊縫進(jìn)行噴淋淬火，然后再進(jìn)行回火，達(dá)到回火溫度后，立即轉(zhuǎn)入水冷，強(qiáng)制冷卻，這可擴(kuò)大ERW 鋼管的使用范圍。
這種強(qiáng)化工藝與正火相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）淬火后得到的馬氏體具有很高的強(qiáng)度，經(jīng)高溫回火得到的碳化物呈粒狀分布，因此，楞獲得與正火相等或更高的強(qiáng)度性能，而且，其塑性和沖擊韌性相比正火好得多；
（2）屈強(qiáng)比高；
（3）鋼管性能更趨均勻，且較準(zhǔn)確控制。
2.4 ERW 鋼管的在線形變熱處理工藝
對(duì)低碳（0.04%C）、低碳、磷（0.001%s、0.003%P）的Nb、V微合金化軋鋼而言，一次正火、二次正火、淬火+回火、淬火等工藝對(duì)其韌性的提高作用不大。為了充分發(fā)揮鋼帶控制軋制的高韌性潛在優(yōu)勢(shì)，使ERW鋼管焊縫與母材達(dá)到“等韌配合”，日本有的廠家將形變熱處理技術(shù)應(yīng)用于ERW 鋼管焊縫在線熱處理中，大大提高了ERW 鋼管焊縫韌性，尤其是低溫韌性。此工藝特點(diǎn)為：在普通正火處理后，利用被加熱焊縫區(qū)域的熱軟化，形彎抗力比管體其它區(qū)域顯著降低的特點(diǎn)，使用U&R（Upsetting and Rolling)”法，使焊縫區(qū)域產(chǎn)生一定壓縮率的形彎，然后空冷，以此提高焊縫韌性。
2.4.1 形變溫度的控制
形變溫度不能過(guò)高。否則，易在形彎過(guò)程中使奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶得以充分發(fā)展，產(chǎn)生晶粒粒大。所以，應(yīng)將形變溫度控制在鋼的再結(jié)晶溫度以下。在再結(jié)晶溫度以下，隨著形變量的增加，焊縫晶粒得以細(xì)化，其轉(zhuǎn)彎溫度下降。
2.4.1 形變量的范圍
盡管ERW 鋼管焊縫在線形變熱處理后，焊縫在性能上有其優(yōu)熱：形變溫度850-790攝氏度、形變量6%時(shí)，焊縫在-60攝氏度時(shí)的吸收功為7J。但由于其內(nèi)軋輥安裝在長(zhǎng)約20m 的芯棒上，依靠油壓調(diào)節(jié)其軋制力。筆者根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，此種裝置可操作性差，不易準(zhǔn)確控制。因此，形變后的焊縫性能不易穩(wěn)定。必須尋求其它提高ERW 鋼管焊縫韌性的途徑。
3 ERW 鋼管焊縫熱處理后的性能檢驗(yàn)
ERW 鋼管熱處理后焊縫的質(zhì)量檢驗(yàn)，除了壓扁、焊縫拉伸等工藝性檢驗(yàn)，以及夏比沖擊斷裂韌性試驗(yàn)、DWTT試驗(yàn)外，本文想就金相檢驗(yàn)和焊縫硬度檢驗(yàn)進(jìn)行論述。
3.1 正火焊縫的金相檢驗(yàn)
ERW 鋼管焊縫熱處理后，其金相檢驗(yàn)包括宏觀和微觀兩部分內(nèi)容。宏觀檢驗(yàn)應(yīng)測(cè)量焊縫區(qū)完全正火區(qū)和不完全正火區(qū)的寬度，及其在焊縫熔合線左右對(duì)稱情況。正常形貌應(yīng)是：熔合線兩側(cè)熱處理影響區(qū)對(duì)稱性良好，熱處理后的完全正火區(qū)將焊態(tài)焊接熱影響區(qū)完全包容。只有這樣，才能說(shuō)明熱處理過(guò)程中，加熱感應(yīng)器與焊縫對(duì)中良好，熱處理溫度合適。如果熱影響區(qū)在熔合線左右分布不對(duì)稱，則說(shuō)明熱處理時(shí)，加熱感應(yīng)器偏離焊縫中心，金相檢驗(yàn)人員應(yīng)將此信息及時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)操作人員，迅速進(jìn)行調(diào)整。
作為一個(gè)專業(yè)的技術(shù)型設(shè)計(jì)制造者，我們想要尋求并得到更多的長(zhǎng)期合作的伙伴企業(yè)。
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