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備。為了降低成本,縮短開(kāi)發(fā)周期,擬對我廠(chǎng)原有不銹鋼焊接管生產(chǎn)流水線(xiàn)進(jìn)行改造,以滿(mǎn)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(xiàn)問(wèn)世初期,國內一般采用離線(xiàn)處理的方法對不銹鋼焊接管進(jìn)行熱處理。隨著(zhù)熱處理技術(shù)發(fā)展,逐步采用相對先進(jìn)的在線(xiàn)光亮固溶熱處理工藝技術(shù)。該熱處理系統的加熱、保溫、冷卻設備是由箱式電阻可控硅加熱保溫一體爐和非接觸保護氣體傳熱水冷式冷卻器構成。但這種熱處理系統不但體積龐大(加熱、保溫、冷卻段總長(cháng)度達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(cháng),冷卻速度慢,達不到固溶熱處理急冷的最佳狀態(tài),產(chǎn)品雖符合標準,但其內部微觀(guān)組織晶粒粗大,金相分析結果接近標準邊緣。用于生產(chǎn)SAF2205雙相不銹鋼時(shí)其晶粒細化及雙相比例難以控制,效果很不理想。針對這些問(wèn)題,國內有的廠(chǎng)家采用先在線(xiàn)箱式電阻可控硅加熱水淬急冷后離線(xiàn)酸洗處理,但是這種方法不能一次成型,生產(chǎn)成本增加。而國外先進(jìn)的專(zhuān)業(yè)不銹鋼焊接管生產(chǎn)廠(chǎng)家在線(xiàn)光亮固溶熱處理系統中的加熱爐已使用感應加熱設備,冷卻器采用氣體保護固體接觸式傳熱水冷,但該設備價(jià)格昂貴。根據對原有熱處理系統的分析改造目標,改造后的在線(xiàn)熱處理系統主要由中頻感應加熱設備、高鎳發(fā)熱元件保溫爐和強制保護氣循環(huán)急冷式冷卻器組成。改造后的在線(xiàn)熱處理系統長(cháng)4.7m、寬1.2 m(最寬處)、高2.0 m(最高處)。

  采用中頻感應加熱設備代替原箱式電阻可控硅加熱設備。中頻感應加熱設備由加熱控制主機、結構緊湊的加熱體和非接觸SCIT分離式智能紅外線(xiàn)光學(xué)高溫測溫系統組成。此設備結構緊湊,長(cháng)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)。由于加熱爐感應場(chǎng)的存在和加熱器箱體的縮小,傳統的接觸式熱電偶測溫系統無(wú)法用于新型熱處理系統,為此采用了非接觸SCIT分離式智能紅外線(xiàn)光學(xué)高溫測溫系統,該測溫系統具備目標對中準、抗煙霧及水蒸氣能力強的特點(diǎn),非常適合新型熱處理系統(透過(guò)石英窺鏡)測溫,并有高、低端報警,使操作人員能及時(shí)調節不正常工況。

  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顯、測量、觸發(fā)于一體,能直接驅動(dòng)控制元件。參數設置和精度校準采用微型鍵盤(pán)操作,具有斷電記憶功能。設定參數和控制參數采用密碼鎖定,防止誤操作,在線(xiàn)設定或修改參數無(wú)須暫定運行。三組觸發(fā)回路分別可對三相不平衡電流進(jìn)行調節。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(xiàn)要求準確無(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防氧化作用。采用強制保護氣循環(huán)急冷式冷卻器代替原非接觸保護氣體傳熱水冷式冷卻器。新冷卻器為強制式,經(jīng)過(guò)散熱的保護氣強制循環(huán)對從保溫爐出來(lái)的不銹鋼焊接管進(jìn)行急冷。它由分布保護氣進(jìn)出口的氣道、小型翅片式散熱器、BT35211防爆軸流風(fēng)機和殼體組成。

  為了保證改進(jìn)的設備及工藝在生產(chǎn)中性能穩定可靠,產(chǎn)品質(zhì)量符合要求,制訂了相應的檢驗、檢測程序,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)性能測試,驗證產(chǎn)品性能的改進(jìn)效果。對完成所有制造工序并經(jīng)外形檢驗、渦流檢測及水壓試驗合格后的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、硬度測試、拉伸試驗、反向彎曲試驗、擴口試驗、壓扁試驗以及晶間腐蝕試驗。其化學(xué)成分分析結果見(jiàn)表，對SAF2205雙相不銹鋼25mm×2.5mm焊接換熱管按GB/T2321999《金屬材料彎曲試驗方法》進(jìn)行反向彎曲試驗（彎曲角度360°）、按GB242-1997《金屬管擴口試驗方法》進(jìn)行擴口試驗（擴口率20%）、按GB246-2007《金屬管壓扁試驗方法》進(jìn)行壓扁試驗（焊縫相對施力方向90°）均未出現裂紋及焊縫開(kāi)裂。力學(xué)性能試驗結果見(jiàn)表，晶間腐蝕試驗結果見(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(xiàn)渦流檢測及壓力試驗，通過(guò)多次試制并對其進(jìn)行物理化學(xué)性能測試，產(chǎn)品符合ASME SA-789/SA2789M的相關(guān)規定。在此基礎上公司制定的《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)標準也通過(guò)了全國鍋爐壓力容器標準化技術(shù)委員會(huì )組織的技術(shù)評審。

  通過(guò)對設備改造及制定合理的在線(xiàn)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。應用改造后的設備和改進(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(xiàn)噴有清晰規范的標識,并由電腦儲存其檢測數據以備追溯查驗。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，至今冷凝器運行良好。