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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：高正芳張洪濤李樹勛王延海文檔來源： 1．甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司 2．長慶石化分公司		點擊數：	更新時間： 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 備
PETRO—CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．38 No．5
Sept． 2009
文章編號：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．甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，甘肅蘭州
李樹勛 ，王延海
730070；2．長慶石化分公司，陜西咸陽 712000)
摘要：介紹了利用串聯交流弧焊機的電流產生的電阻熱對ASME SA312 TP347H 換熱管U 形彎
曲段進行固溶處理的情況。
關鍵詞：TP347H不銹鋼管；交流弧焊機；電阻熱；固溶處理
中圖分類號：TQ O51．501 文獻標志碼：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
規格為 38 mm X 4．5 mm [川，按文獻[2]第6．3．4
條，當有耐應力腐蝕要求時，冷彎U形管的彎管段
及至少包括150 mm 的直管段應進行熱處理。但因
鋼管生產廠家沒有相關設備，此換熱管U形彎曲段
未經固溶處理。
TP347H鋼管由于含穩定化元素Nb，含碳量也
相對較高，因此有較強的冷作硬化傾向。對此次使
用的規格為 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力
較大，且會出現形變馬氏體組織，致使其抗應力腐蝕
性能大幅降低。為恢復其耐腐蝕性能，必須進行固
溶處理。我公司在熱處理設備不能滿足固溶處理要
求的情況下，通過工藝計算，采用交流弧焊機的電流
產生的電阻熱對U 形換熱管彎曲段進行加熱的方
法實現其固溶處理，文中介紹相關情況。
1 技術方案
1．1 負荷計算
由于采用交流弧焊機的電流產生的電阻熱對U
形換熱管彎曲段進行加熱的方法實現其固溶處理，
因此彎曲段作為導體，其電阻尺和電流工分別按以
下公式計算：
R=pUS (1)
j— U／R (2)
式(1)～式(2)中，R為電阻，Q；z為換熱管長度，m；
s為換熱管作為導體的環形截面積，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個至少150 mm 的直管段，按每次只對1根U 形
換熱管彎曲段進行固溶處理計算，將常溫下
TP347H奧氏體不銹鋼管的電阻率ID一0．75 X 10
Q·m、單臺焊機的最小負載電壓3．8 V 以及S一
收稿日期：2009—03—26
作者簡介：高正芳(1972一)，男，甘肅蘭州人，工程師，學士，主要從事壓力容器制造質量檢驗工作。
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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需要加
流I，見表1。
公司現有2臺交流弧焊機，其型號分別為BX1
熱的U形彎曲段最小長度及其相應的電阻R和電 500、BX2—1000，焊機相關參數見表2。
表l 不同彎曲半徑時需要加熱的U形彎曲段最小長度及其相應的電阻R和電流I
表2 交流弧焊機參數表
根據表1的計算結果和表2的數據可知，單臺
焊機滿足不了固溶處理的負荷要求，即使把2臺焊
機進行串聯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
為了在現有的設備條件下實現對本例所有不同
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形彎曲段進行串聯，使串聯后電路的最大額定
電流小于1 500 A。據此計算，除表1中序號10的
換熱管U 形彎曲段外，其他序號的換熱管U形彎曲
段均需串聯進行固溶處理。其中序號1～4的換熱
管U形彎曲段每3根串聯，序號5～9的換熱管U
形彎曲段每2根串聯。換熱管串聯后所需電流計算
值見表3。由表3可知，換熱管U 形彎曲段串聯處
理方案能滿足最大額定電流小于1 500 A要求。換
長度固溶處理的負荷要求(串聯后能達到的最大額 熱管串聯進行固溶處理示意圖見圖1。
表3 不同彎曲半徑的U形彎曲段最小長度串聯固溶處理的數量及其相應的電流
(a)3根串聯 (b)2豐艮串聯 (c)單根
圖1 換熱管串聯固溶處理示意圖
按照上述計算結果，換熱管U形彎曲段串聯固 (saNtkd,)的換熱管彎曲段按照表3的計算值串
溶處理方案為，按照表3的計算值，將彎曲半徑較小 聯，以2臺交流弧焊機串聯為電源對其進行固溶處
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石油化工設備 2009年第38卷
理。固溶處理時用2只型號XMT-121奧特數字溫
度控制儀(其相關參數見表4)對溫度進行控制，采
用秒表對時間進行控制。換熱管U形彎曲段進行固
溶處理的工藝過程及相關設備見圖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
出現打弧現象。卡箍、電纜、耐火磚要絕緣，以防止通
電過程中產生短路影響對換熱管的有效加熱。
表4 XM 溫度控制儀參數
熱電偶放置區
圖2 固溶處理工裝示意圖
2 固溶處理
按上述方案對換熱管U形彎曲段進行固溶處
理，并以彎曲半徑為457．3 mm 的換熱管為例介紹
處理過程及相關數據。
(1)升溫速度調節交流弧焊機的輸出電流，經
嵌形電流表測定，回路中的電流最大(保證焊機線圈
溫度不超過規范)為1 450 A，測得第一次溫度升至
1 060℃ 時總耗時為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
并進行擴散使之均勻化，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間為
1 000～ 1 150℃ 。
(3)保溫時間 奧氏體不銹鋼導熱系數低，保溫
時間要充分，但保溫時間過長，則鋼管表面氧化嚴
重，也易使組織品粒粗大。按鋼管有效厚度計算即
1～1．5 rain／ram，U形管的厚度為4．5 mm，保溫時
間取4．5～6．75 min。
(4)冷卻保溫完成后，切斷電源，迅速從換熱
管的一端連續注水(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)工藝過程數據在通電加熱和保溫過程中，
溫度和通電時間由人工控制并記錄，各供電狀態的
溫度和時間記錄數據見表5。
表5 溫度一時間記錄表
由表5可知，在溫度升至980℃開始記錄，升至
1 030℃時開始保溫，升至1 060℃開始斷電，溫度降
至1 030℃ 時又開始通電升溫，全過程共2次通電、2
次斷電。由于熱電偶的傳熱速率及熱信號轉變為數
字信號的時間延遲，在2次斷電之后溫度能繼續升高
至1 118℃和1 108℃ 。從第一次溫度升至1 030℃
開始計時到最后注水冷卻時的1 060℃ ，換熱管U形
彎曲段固溶處理總時間為5．38 rain，滿足工藝要求。
其固溶處理過程曲線見圖3。
3 固溶處理效果
(1)硬度按ASME SA312標準，TP347H 鋼
管固溶處理后的布氏硬度不大于183HB，隨機抽取
藤
器
圖3 固溶處理的溫度一時間曲線
1O根換熱管進行硬度檢測對比，其值見表6，表6中
數據都符合標準的規定，固溶處理后的硬度合格。
(2)金相組織 隨機抽取2根換熱管進行金相
組織檢驗，結果顯示，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
石油化工設備
PETR0一CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．38 NO．5
Sept． 2009
文章編號：1000—7466(2009)05 0065—04
316L換熱器管板與SAF2505型
超級雙相不銹鋼鋼管的焊接
孫大超
(沈陽市特種設備檢測研究院，遼寧沈陽 110035)
摘要：介紹了316L換熱器管板與SAF2505型超級雙相不銹鋼鋼管焊接方法、焊接工藝參數、焊前
準備和焊后處理，探討了SAF2505超級雙相不銹鋼為管束材質時焊接接頭的性能，通過對該焊接
接頭金相組織的分析，討論了SAF25O5超級雙相不銹鋼鋼管在換熱器生產中應用的可行性。
關鍵詞：換熱器；管板；雙相不銹鋼；焊接
中圖分類號：TQ 051．501 文獻標志碼：B
換熱器是煉油、化工、環保、能源及電力等工業 中一種重要的單元設備。在煉油廠中，換熱器約占
． - ~--+ “+ 。—十一一—■一 M--+ 一—卜一+ -4 ---4-一——卜*—·卜
表6 固溶處理前、后的硬度值HB
序號 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 固溶處理后隨機抽取2根
換熱管按照GB／T 4334．5-2000{不銹鋼硫酸一硫酸
銅腐蝕試驗方法》進行晶間腐蝕試驗Ⅲ 。試樣經過
16 h腐蝕后，進行180。彎曲，用10倍放大鏡觀察無
晶間腐蝕裂紋，試驗合格。
4 結語
固溶處理對奧氏體不銹鋼的抗腐蝕性能有著巨
大的影響，利用現有設備，很好地完成了較大規格不
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，降低了產品的制造成本。
該設備在2005年投用后，連續穩定運行至今，說明
采用交流弧焊機對工件進行加熱固溶處理的工藝是
可行的、可靠的。
參考文獻：
[1] ASME SA312／SA312M，奧氏體不銹鋼無縫管和焊接管[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方法[s]．
(杜編)
收稿日期：2009—03—29
作者簡介：孫大超(1983一)，男，遼寧黑山人，助理工程師，學士，從事鍋爐壓力容器等特種設備檢驗工作。
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