熱處理是生產(chǎn)出合格的SAF2205雙相不銹鋼焊接換熱管的一道關(guān)鍵工序,因此,必須要有與之相匹配的制造工藝和設(shè)備。為了降低成本,縮短開(kāi)發(fā)周期,擬對(duì)我廠原有不銹鋼焊接管生產(chǎn)流水線進(jìn)行改造,以滿足SAF2205雙相不銹鋼焊接換熱管的生產(chǎn)需要。不銹鋼焊接管生產(chǎn)流水線問(wèn)世初期,國(guó)內(nèi)一般采用離線處理的方法對(duì)不銹鋼焊接管進(jìn)行熱處理。隨著熱處理技術(shù)發(fā)展,逐步采用相對(duì)先進(jìn)的在線光亮固溶熱處理工藝技術(shù)。該熱處理系統(tǒng)的加熱、保溫、冷卻設(shè)備是由箱式電阻可控硅加熱保溫一體爐和非接觸保護(hù)氣體傳熱水冷式冷卻器構(gòu)成。但這種熱處理系統(tǒng)不但體積龐大(加熱、保溫、冷卻段總長(zhǎng)度達(dá)13m),而且存在耗電量大、產(chǎn)品質(zhì)量難以控制等問(wèn)題。在普通材質(zhì)的不銹鋼焊接管生產(chǎn)時(shí),加熱升溫時(shí)間長(zhǎng),冷卻速度慢,達(dá)不到固溶熱處理急冷的最佳狀態(tài),產(chǎn)品雖符合標(biāo)準(zhǔn),但其內(nèi)部微觀組織晶粒粗大,金相分析結(jié)果接近標(biāo)準(zhǔn)邊緣。用于生產(chǎn)SAF2205雙相不銹鋼時(shí)其晶粒細(xì)化及雙相比例難以控制,效果很不理想。針對(duì)這些問(wèn)題,國(guó)內(nèi)有的廠家采用先在線箱式電阻可控硅加熱水淬急冷后離線酸洗處理,但是這種方法不能一次成型,生產(chǎn)成本增加。而國(guó)外先進(jìn)的專(zhuān)業(yè)不銹鋼焊接管生產(chǎn)廠家在線光亮固溶熱處理系統(tǒng)中的加熱爐已使用感應(yīng)加熱設(shè)備,冷卻器采用氣體保護(hù)固體接觸式傳熱水冷,但該設(shè)備價(jià)格昂貴。根據(jù)對(duì)原有熱處理系統(tǒng)的分析改造目標(biāo),改造后的在線熱處理系統(tǒng)主要由中頻感應(yīng)加熱設(shè)備、高鎳發(fā)熱元件保溫爐和強(qiáng)制保護(hù)氣循環(huán)急冷式冷卻器組成。改造后的在線熱處理系統(tǒng)長(zhǎng)4.7m、寬1.2 m(最寬處)、高2.0 m(最高處)。

  采用中頻感應(yīng)加熱設(shè)備代替原箱式電阻可控硅加熱設(shè)備。中頻感應(yīng)加熱設(shè)備由加熱控制主機(jī)、結(jié)構(gòu)緊湊的加熱體和非接觸SCIT分離式智能紅外線光學(xué)高溫測(cè)溫系統(tǒng)組成。此設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,長(zhǎng)度由可控硅加熱的6.5m縮短至0.65m,具有體積小、重量輕、省電、冷卻水用量少、加熱快、氧化層少、操作方便、加熱集中、可即時(shí)開(kāi)停等特點(diǎn)。由于加熱爐感應(yīng)場(chǎng)的存在和加熱器箱體的縮小,傳統(tǒng)的接觸式熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)無(wú)法用于新型熱處理系統(tǒng),為此采用了非接觸SCIT分離式智能紅外線光學(xué)高溫測(cè)溫系統(tǒng),該測(cè)溫系統(tǒng)具備目標(biāo)對(duì)中準(zhǔn)、抗煙霧及水蒸氣能力強(qiáng)的特點(diǎn),非常適合新型熱處理系統(tǒng)(透過(guò)石英窺鏡)測(cè)溫,并有高、低端報(bào)警,使操作人員能及時(shí)調(diào)節(jié)不正常工況。

  采用自主研發(fā)的高鎳發(fā)熱元件保溫爐代替原箱式電阻可控硅加熱保溫設(shè)備。新保溫爐由爐膽(材質(zhì)為800H)、高鎳發(fā)熱元件、傳熱層、隔熱層、殼體和帶TCW232B系列智能化溫控儀的控制箱組成。TCW232B系列智能化溫控儀集數(shù)顯、測(cè)量、觸發(fā)于一體,能直接驅(qū)動(dòng)控制元件。參數(shù)設(shè)置和精度校準(zhǔn)采用微型鍵盤(pán)操作,具有斷電記憶功能。設(shè)定參數(shù)和控制參數(shù)采用密碼鎖定,防止誤操作,在線設(shè)定或修改參數(shù)無(wú)須暫定運(yùn)行。三組觸發(fā)回路分別可對(duì)三相不平衡電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。而其最大的優(yōu)點(diǎn)就是可通過(guò)編程方式按熱處理工藝的升溫保溫曲線要求準(zhǔn)確無(wú)誤進(jìn)行升溫保溫。

  冷卻器采用氣冷,該氣體在熱處理爐中既有冷卻焊接管的作用又有光亮保護(hù)防氧化作用。采用強(qiáng)制保護(hù)氣循環(huán)急冷式冷卻器代替原非接觸保護(hù)氣體傳熱水冷式冷卻器。新冷卻器為強(qiáng)制式,經(jīng)過(guò)散熱的保護(hù)氣強(qiáng)制循環(huán)對(duì)從保溫爐出來(lái)的不銹鋼焊接管進(jìn)行急冷。它由分布保護(hù)氣進(jìn)出口的氣道、小型翅片式散熱器、BT35211防爆軸流風(fēng)機(jī)和殼體組成。

  為了保證改進(jìn)的設(shè)備及工藝在生產(chǎn)中性能穩(wěn)定可靠,產(chǎn)品質(zhì)量符合要求,制訂了相應(yīng)的檢驗(yàn)、檢測(cè)程序,按照ASME SA2789/SA2789M《一般用途無(wú)縫和焊接鐵氏體/奧氏體不銹鋼管》的要求,經(jīng)多次試制及物理化學(xué)性能測(cè)試,驗(yàn)證產(chǎn)品性能的改進(jìn)效果。對(duì)完成所有制造工序并經(jīng)外形檢驗(yàn)、渦流檢測(cè)及水壓試驗(yàn)合格后的25mm×2.5mm SAF2205不銹鋼焊接換熱管抽樣進(jìn)行化學(xué)成分分析、金相分析、硬度測(cè)試、拉伸試驗(yàn)、反向彎曲試驗(yàn)、擴(kuò)口試驗(yàn)、壓扁試驗(yàn)以及晶間腐蝕試驗(yàn)。其化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表，對(duì)SAF2205雙相不銹鋼25mm×2.5mm焊接換熱管按GB/T2321999《金屬材料彎曲試驗(yàn)方法》進(jìn)行反向彎曲試驗(yàn)（彎曲角度360°）、按GB242-1997《金屬管擴(kuò)口試驗(yàn)方法》進(jìn)行擴(kuò)口試驗(yàn)（擴(kuò)口率20%）、按GB246-2007《金屬管壓扁試驗(yàn)方法》進(jìn)行壓扁試驗(yàn)（焊縫相對(duì)施力方向90°）均未出現(xiàn)裂紋及焊縫開(kāi)裂。力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表，晶間腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表，焊縫和母材的金相組織見(jiàn)圖5。綜上所述及表圖可以知道，25mm×2.5mm的SAF2205不銹鋼焊接換熱管組織均勻，力學(xué)性能、工藝性能均符合ASME SA-789/SA-789M《一般用途無(wú)縫和焊接鐵氏體/奧氏體不銹鋼管》的要求。

  SAF2205雙相不銹鋼焊接換熱管的制造均經(jīng)在線渦流檢測(cè)及壓力試驗(yàn)，通過(guò)多次試制并對(duì)其進(jìn)行物理化學(xué)性能測(cè)試，產(chǎn)品符合ASME SA-789/SA2789M的相關(guān)規(guī)定。在此基礎(chǔ)上公司制定的《熱交換器用鐵素體奧氏體不銹鋼焊接鋼管》(Q/ZH2 J A02—2009)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也通過(guò)了全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織的技術(shù)評(píng)審。

  通過(guò)對(duì)設(shè)備改造及制定合理的在線光亮固溶熱處理制度,很好地解決了SAF2205雙相不銹鋼焊接換熱管在制造過(guò)程中發(fā)生的組織、力學(xué)性能和工藝性能改變問(wèn)題。應(yīng)用改造后的設(shè)備和改進(jìn)后的生產(chǎn)工藝能有效地控制各段加工工序、溫度變化所帶來(lái)的組織和雙相比例變化,從而得到雙相比各約50%的奧氏體和鐵素體組織。為了保證產(chǎn)品的可追溯性,全部SAF2205不銹鋼焊接換熱管產(chǎn)品均在線噴有清晰規(guī)范的標(biāo)識(shí),并由電腦儲(chǔ)存其檢測(cè)數(shù)據(jù)以備追溯查驗(yàn)。浙江至德鋼業(yè)有限公司改進(jìn)開(kāi)發(fā)的SA F2205雙相不銹鋼焊接換熱管已經(jīng)被成功應(yīng)用于某石化公司Ⅱ套常減壓塔頂冷凝器的換熱管束，至今冷凝器運(yùn)行良好。