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奧氏體不銹鋼U形換熱管局部固溶處理

文檔作者：高正芳張洪濤李樹(shù)勛王延海文檔來(lái)源： 1．甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司 2．長(zhǎng)慶石化分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月21日
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2第00398年卷9月第 5期 石 油 化 工 設(shè) 備
PETRO—CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．38 No．5
Sept． 2009
文章編號(hào)：1000—7466(2009)05—0062—04
奧氏體不銹鋼U形換熱管局部固溶處理
高正芳 ，張洪濤 ，
(1．甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，甘肅蘭州
李樹(shù)勛 ，王延海
730070；2．長(zhǎng)慶石化分公司，陜西咸陽(yáng) 712000)
摘要：介紹了利用串聯(lián)交流弧焊機(jī)的電流產(chǎn)生的電阻熱對(duì)ASME SA312 TP347H 換熱管U 形彎
曲段進(jìn)行固溶處理的情況。
關(guān)鍵詞：TP347H不銹鋼管；交流弧焊機(jī)；電阻熱；固溶處理
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ O51．501 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
Solution Treatme~． of the Part of Austenitic Stainless Steel U—pipe
GAO Zheng-fang ， ZHANG Hong-tao 。LI Shu—xun ， W ANG Yan—hal
(1． Lanpec Technologies Limited， Lanzhou 730070，China；
2． Changqing Petrochemical Company，Xianyang 712000，China)
Abstract：A way of solution treatment for the flexure of the stainless steel U—pipe ASME SA3 1 2
TP347 H was introduced．The heating resource was the electric resistance heating that was pro—
duced by the electric current of series AC arc welding machine．
Key words：TP34 7 H stainless steel pipe；AC arc welding machine； electric resistance heating；
SOlution treatmen
2005年，我公司為某石化公司制造的U形管換
熱器所用ASME SA312 TP347H奧氏體不銹鋼管
規(guī)格為 38 mm X 4．5 mm [川，按文獻(xiàn)[2]第6．3．4
條，當(dāng)有耐應(yīng)力腐蝕要求時(shí)，冷彎U形管的彎管段
及至少包括150 mm 的直管段應(yīng)進(jìn)行熱處理。但因
鋼管生產(chǎn)廠家沒(méi)有相關(guān)設(shè)備，此換熱管U形彎曲段
未經(jīng)固溶處理。
TP347H鋼管由于含穩(wěn)定化元素Nb，含碳量也
相對(duì)較高，因此有較強(qiáng)的冷作硬化傾向。對(duì)此次使
用的規(guī)格為 38 mm×4．5 mm的TP347H 鋼管而
言，由于管徑和壁厚均較大，其冷彎成型后彎曲應(yīng)力
較大，且會(huì)出現(xiàn)形變馬氏體組織，致使其抗應(yīng)力腐蝕
性能大幅降低。為恢復(fù)其耐腐蝕性能，必須進(jìn)行固
溶處理。我公司在熱處理設(shè)備不能滿足固溶處理要
求的情況下，通過(guò)工藝計(jì)算，采用交流弧焊機(jī)的電流
產(chǎn)生的電阻熱對(duì)U 形換熱管彎曲段進(jìn)行加熱的方
法實(shí)現(xiàn)其固溶處理，文中介紹相關(guān)情況。
1 技術(shù)方案
1．1 負(fù)荷計(jì)算
由于采用交流弧焊機(jī)的電流產(chǎn)生的電阻熱對(duì)U
形換熱管彎曲段進(jìn)行加熱的方法實(shí)現(xiàn)其固溶處理，
因此彎曲段作為導(dǎo)體，其電阻尺和電流工分別按以
下公式計(jì)算：
R=pUS (1)
j— U／R (2)
式(1)～式(2)中，R為電阻，Q；z為換熱管長(zhǎng)度，m；
s為換熱管作為導(dǎo)體的環(huán)形截面積，m ；ID為電阻
率，Q·m； 為電流，A；U 為電壓，V。
本例中，1根u形換熱管彎曲段包括U形段和
2個(gè)至少150 mm 的直管段，按每次只對(duì)1根U 形
換熱管彎曲段進(jìn)行固溶處理計(jì)算，將常溫下
TP347H奧氏體不銹鋼管的電阻率ID一0．75 X 10
Q·m、單臺(tái)焊機(jī)的最小負(fù)載電壓3．8 V 以及S一
收稿日期：2009—03—26
作者簡(jiǎn)介：高正芳(1972一)，男，甘肅蘭州人，工程師，學(xué)士，主要從事壓力容器制造質(zhì)量檢驗(yàn)工作。
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第5期 高正芳，等：奧氏體不銹鋼U形換熱管局部固溶處理
7c(O．019 2—0．014 52)m 代入式(1)和式(2)可分
別得到該U形管換熱器中不同彎曲半徑時(shí)需要加
流I，見(jiàn)表1。
公司現(xiàn)有2臺(tái)交流弧焊機(jī)，其型號(hào)分別為BX1
熱的U形彎曲段最小長(zhǎng)度及其相應(yīng)的電阻R和電 500、BX2—1000，焊機(jī)相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。
表l 不同彎曲半徑時(shí)需要加熱的U形彎曲段最小長(zhǎng)度及其相應(yīng)的電阻R和電流I
表2 交流弧焊機(jī)參數(shù)表
根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果和表2的數(shù)據(jù)可知，單臺(tái)
焊機(jī)滿足不了固溶處理的負(fù)荷要求，即使把2臺(tái)焊
機(jī)進(jìn)行串聯(lián)也不能完全滿足單根U形彎曲段最小
定焊接電流1 500 A)。
1．2 方案
為了在現(xiàn)有的設(shè)備條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)本例所有不同
彎曲半徑的U形管彎曲段的固溶處理，以增加電阻
值降低最大額定電流的方法將換熱管需要固溶處理
的U形彎曲段進(jìn)行串聯(lián)，使串聯(lián)后電路的最大額定
電流小于1 500 A。據(jù)此計(jì)算，除表1中序號(hào)10的
換熱管U 形彎曲段外，其他序號(hào)的換熱管U形彎曲
段均需串聯(lián)進(jìn)行固溶處理。其中序號(hào)1～4的換熱
管U形彎曲段每3根串聯(lián)，序號(hào)5～9的換熱管U
形彎曲段每2根串聯(lián)。換熱管串聯(lián)后所需電流計(jì)算
值見(jiàn)表3。由表3可知，換熱管U 形彎曲段串聯(lián)處
理方案能滿足最大額定電流小于1 500 A要求。換
長(zhǎng)度固溶處理的負(fù)荷要求(串聯(lián)后能達(dá)到的最大額 熱管串聯(lián)進(jìn)行固溶處理示意圖見(jiàn)圖1。
表3 不同彎曲半徑的U形彎曲段最小長(zhǎng)度串聯(lián)固溶處理的數(shù)量及其相應(yīng)的電流
(a)3根串聯(lián) (b)2豐艮串聯(lián) (c)單根
圖1 換熱管串聯(lián)固溶處理示意圖
按照上述計(jì)算結(jié)果，換熱管U形彎曲段串聯(lián)固 (saNtkd,)的換熱管彎曲段按照表3的計(jì)算值串
溶處理方案為，按照表3的計(jì)算值，將彎曲半徑較小 聯(lián)，以2臺(tái)交流弧焊機(jī)串聯(lián)為電源對(duì)其進(jìn)行固溶處
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石油化工設(shè)備 2009年第38卷
理。固溶處理時(shí)用2只型號(hào)XMT-121奧特?cái)?shù)字溫
度控制儀(其相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表4)對(duì)溫度進(jìn)行控制，采
用秒表對(duì)時(shí)間進(jìn)行控制。換熱管U形彎曲段進(jìn)行固
溶處理的工藝過(guò)程及相關(guān)設(shè)備見(jiàn)圖2。圖2中的銅卡
箍要卡緊換熱管，防止因接觸不良而在換熱管表面處
出現(xiàn)打弧現(xiàn)象?？ü?、電纜、耐火磚要絕緣，以防止通
電過(guò)程中產(chǎn)生短路影響對(duì)換熱管的有效加熱。
表4 XM 溫度控制儀參數(shù)
熱電偶放置區(qū)
圖2 固溶處理工裝示意圖
2 固溶處理
按上述方案對(duì)換熱管U形彎曲段進(jìn)行固溶處
理，并以彎曲半徑為457．3 mm 的換熱管為例介紹
處理過(guò)程及相關(guān)數(shù)據(jù)。
(1)升溫速度調(diào)節(jié)交流弧焊機(jī)的輸出電流，經(jīng)
嵌形電流表測(cè)定，回路中的電流最大(保證焊機(jī)線圈
溫度不超過(guò)規(guī)范)為1 450 A，測(cè)得第一次溫度升至
1 060℃ 時(shí)總耗時(shí)為325 s。
(2)加熱溫度 固溶處理是將奧氏體不銹鋼加
熱至高溫，使所有的碳化物、 相盡快溶人奧氏體中
并進(jìn)行擴(kuò)散使之均勻化，而后以較快的冷卻速度冷
卻，防止碳化物等相重新沉淀析出，以獲得均勻的奧
氏體單相組織。碳化物等相完全溶入奧氏體的溫度
一般高于900℃ ，其在奧氏體鋼中溶解相當(dāng)緩慢，必
需采用更高的溫度。但溫度太高，晶粒粗大，影響材
料韌性。因此，本例固溶處理的加熱溫度區(qū)間為
1 000～ 1 150℃ 。
(3)保溫時(shí)間 奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫
時(shí)間要充分，但保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則鋼管表面氧化嚴(yán)
重，也易使組織品粒粗大。按鋼管有效厚度計(jì)算即
1～1．5 rain／ram，U形管的厚度為4．5 mm，保溫時(shí)
間取4．5～6．75 min。
(4)冷卻保溫完成后，切斷電源，迅速?gòu)膿Q熱
管的一端連續(xù)注水(室溫)并使其從另一端快速流
出，使換熱管u形彎曲段的溫度快速冷卻至室溫。
(5)工藝過(guò)程數(shù)據(jù)在通電加熱和保溫過(guò)程中，
溫度和通電時(shí)間由人工控制并記錄，各供電狀態(tài)的
溫度和時(shí)間記錄數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。
表5 溫度一時(shí)間記錄表
由表5可知，在溫度升至980℃開(kāi)始記錄，升至
1 030℃時(shí)開(kāi)始保溫，升至1 060℃開(kāi)始斷電，溫度降
至1 030℃ 時(shí)又開(kāi)始通電升溫，全過(guò)程共2次通電、2
次斷電。由于熱電偶的傳熱速率及熱信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)
字信號(hào)的時(shí)間延遲，在2次斷電之后溫度能繼續(xù)升高
至1 118℃和1 108℃ 。從第一次溫度升至1 030℃
開(kāi)始計(jì)時(shí)到最后注水冷卻時(shí)的1 060℃ ，換熱管U形
彎曲段固溶處理總時(shí)間為5．38 rain，滿足工藝要求。
其固溶處理過(guò)程曲線見(jiàn)圖3。
3 固溶處理效果
(1)硬度按ASME SA312標(biāo)準(zhǔn)，TP347H 鋼
管固溶處理后的布氏硬度不大于183HB，隨機(jī)抽取
藤
器
圖3 固溶處理的溫度一時(shí)間曲線
1O根換熱管進(jìn)行硬度檢測(cè)對(duì)比，其值見(jiàn)表6，表6中
數(shù)據(jù)都符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，固溶處理后的硬度合格。
(2)金相組織 隨機(jī)抽取2根換熱管進(jìn)行金相
組織檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，固溶處理后U形彎曲段鋼管
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第38卷第5期
2009年9月
石油化工設(shè)備
PETR0一CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．38 NO．5
Sept． 2009
文章編號(hào)：1000—7466(2009)05 0065—04
316L換熱器管板與SAF2505型
超級(jí)雙相不銹鋼鋼管的焊接
孫大超
(沈陽(yáng)市特種設(shè)備檢測(cè)研究院，遼寧沈陽(yáng) 110035)
摘要：介紹了316L換熱器管板與SAF2505型超級(jí)雙相不銹鋼鋼管焊接方法、焊接工藝參數(shù)、焊前
準(zhǔn)備和焊后處理，探討了SAF2505超級(jí)雙相不銹鋼為管束材質(zhì)時(shí)焊接接頭的性能，通過(guò)對(duì)該焊接
接頭金相組織的分析，討論了SAF25O5超級(jí)雙相不銹鋼鋼管在換熱器生產(chǎn)中應(yīng)用的可行性。
關(guān)鍵詞：換熱器；管板；雙相不銹鋼；焊接
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 051．501 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B
換熱器是煉油、化工、環(huán)保、能源及電力等工業(yè) 中一種重要的單元設(shè)備。在煉油廠中，換熱器約占
． - ~--+ “+ ?！灰弧鲆?M--+ 一—卜一+ -4 ---4-一——卜*—·卜
表6 固溶處理前、后的硬度值HB
序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
的金相組織為單一的奧氏體組織，見(jiàn)圖4。未做固
溶處理的鋼管的金相組織為奧氏體+形變馬氏體+
部分碳化物，見(jiàn)圖5。
圖4 同溶處理后U形彎曲段鋼管的金相組織
圖5 未做固溶處理的鋼管的金相組織
(3)晶間腐蝕試驗(yàn) 固溶處理后隨機(jī)抽取2根
換熱管按照GB／T 4334．5-2000{不銹鋼硫酸一硫酸
銅腐蝕試驗(yàn)方法》進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)Ⅲ 。試樣經(jīng)過(guò)
16 h腐蝕后，進(jìn)行180。彎曲，用10倍放大鏡觀察無(wú)
晶間腐蝕裂紋，試驗(yàn)合格。
4 結(jié)語(yǔ)
固溶處理對(duì)奧氏體不銹鋼的抗腐蝕性能有著巨
大的影響，利用現(xiàn)有設(shè)備，很好地完成了較大規(guī)格不
銹鋼TP347H換熱管u形彎曲段的固溶處理，保證
了換熱管的抗腐蝕性能，降低了產(chǎn)品的制造成本。
該設(shè)備在2005年投用后，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行至今，說(shuō)明
采用交流弧焊機(jī)對(duì)工件進(jìn)行加熱固溶處理的工藝是
可行的、可靠的。
參考文獻(xiàn)：
[1] ASME SA312／SA312M，奧氏體不銹鋼無(wú)縫管和焊接管[s]．
E23 GB1 51—1999，管殼式換熱器[s]．
[3] GB／T-4334．5 _2000，不銹鋼硫酸硫酸銅腐蝕試驗(yàn)方法[s]．
(杜編)
收稿日期：2009—03—29
作者簡(jiǎn)介：孫大超(1983一)，男，遼寧黑山人，助理工程師，學(xué)士，從事鍋爐壓力容器等特種設(shè)備檢驗(yàn)工作。
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