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    中頻加熱感應技術在鋼管熱處理工藝中應用

    發布者: 發布時間:2017/11/6 10:44:21 閱讀:次 【字體:

      我們在這里論述的幾個熱處理問題的例子,不是杜撰出來的,都是在實際工作中會遇到的,而且這個現象十分普遍。

      1.產品熱處理硬度HRC只能是60HRC。59或61HRC都不能接受?

      經常遇到受委托的熱處理產品硬度值只能在某一個確定值上,不能有偏差!比如要求熱處理硬度達到60HRC,如果熱處理之后達到59HRC,或61HRC就視為不合格產品。殊不知,洛氏硬度機的允許偏差還有1HRC呢!

      2.淬火出來的工件沒有冷到室溫,不能進行回火?

      有些人認為淬火出來后,還沒有冷卻到室溫時,不能進入回火工序。實際上很多鋼種,尤其低、中碳鋼,其馬氏體轉變終了點大都高于室溫,冷到室溫時,反而容易開裂,淬火出來后就可以盡快轉入回火工序。

      3.淬火出來的工件必須帶溫回火?

      這種做法是不可取的,要根據鋼種的馬氏體轉變點來決定淬火之后的回火前的入爐溫度。為了防止淬火開裂,不能妄加推測,一概而論的采用帶溫回火的辦法。

      4.產品退火之后,要放置一周之后,才能熱處理淬火?

      個別老板自稱有提高模具使用壽命的秘訣!秘訣是什么呢?探其究竟,竟然是要求熱處理者做完退火處理之后,不能馬上進行淬火回火處理。模具必須在退火和淬火之間要在室溫放置一個禮拜時間。說是:釋放退火應力!這個道理不知道哪位專家能給于解答?

      5.產品尺寸加工已經全部完成,要求熱處理保證不變形?

      

     

      有的人為了節省產品加工費用,在熱處理之前,把所有的尺寸加工結束,然后去熱處理淬火回火。要求熱處理者保證在熱處理過程中不變形,或者只允許變形量在最后一道冷加工的公差帶值內!熱處理的過程實質上就是一個組織變形階段,微觀上的變形積累,有誰敢保證不在宏觀上表現出來成為尺寸變形呢?

      6.熱處理的產品沒有硬度?

      

     

      很多委托產品外加工的企業,都學會了要求進貨檢驗,既然提出這個要求,那么伙計們就嚴肅對待了,也去買一臺洛氏硬度計回來,放到工廠里,開始對熱處理后的產品開始進貨檢驗。這些本無可非議,但是用戶總會說熱處理產品檢驗不合格!怎么會呢?明明白白是經過檢驗合格出廠的,怎么到用戶手中就不合格了呢?

      于是緊急派員去處理此事!真是不看不知道,一看嚇一跳!原來他們對熱處理的產品的脫碳層也不去除(加工余量足夠保證加工之后,不會殘留脫碳層),就直接在工件表面上面打HRC硬度了!這怎么會有高硬度呢?

      7.熱處理工學好鐵碳平衡相圖就可以了?

      在很多資料中,都說到鐵碳平衡相圖在熱處理中是十分重要的知識,是制定鋼鐵材料加熱工藝的依據,而且指出:尤其是熱處理工必須熟練掌握鐵碳平衡相圖。

      鐵碳相圖是鐵碳合金在平衡狀態時的組織組成圖,而不是獲得非平衡的馬氏體、貝氏體等組織的轉變圖。鐵碳相圖的臨界溫度參數僅僅局限在碳鋼和鑄鐵,非合金鋼和合金鑄鐵。合金鋼和合金鑄鐵的平衡狀態圖由于添加了其它合金元素,與鐵碳平衡狀態圖相差還是很大的。

      鐵碳平衡相圖是加熱和冷卻過程中的速度是及其緩慢的結果,而且又局限于鐵碳合金鋼種,這個理論狀態,是不可能在實際生產中大量運用,實際淬火等熱處理加熱冷卻過程中組織轉變都是在一定加熱速度和冷卻速度下進行的,不是完全達到平衡狀態。所以,鐵碳平衡相圖僅僅是研究熱處理、學習熱處理的必備基礎知識和出發點,而不是直接在熱處理工藝過程中運用的相圖。

      熱處理工熟練掌握了鐵碳平衡相圖知識只是熱處理學習的開端,不能達到使用鐵碳平衡相圖來處理工藝實際問題的境界。

      熱處理工學好鐵碳相圖僅僅是具備熱處理入門知識之一。

      8.退火工件可以形成等軸晶粒?

      在低碳鋼退火工藝中,很多人認為可以獲得等軸晶粒。實際上,在沸騰鋼中容易獲得等軸晶粒度。在Al鋁鎮靜鋼中是很難達到等軸晶粒組織的。尤其經過冷擠壓的變形件退火,晶粒很明顯的呈變形擠壓組織形態!即使950℃以上的退火溫度也難以達到等軸晶粒。

      9.硬度越低擠壓變形越好,越容易?

      人們的直接思維是:硬度越越低越容易擠壓變形。在鋼材的擠壓工藝中,珠光體球化組織狀態變形能力最高,但是這個組織狀態比起片狀珠光體的硬度一般都高,所以要求擠壓件的原始組織是珠光體球化組織的技術要求,而不能采用硬度最低的片狀珠光體組織。

      10.鍛模要求高硬度正確嗎?

      在使用熱鍛模的用戶中,很多人喜歡提出高硬度的要求,甚至要求52~55HRC。這個觀念是錯誤的。

      這個現象的出現,究其原因,應該是某些不規范的熱處理企業在做鍛模對外熱處理業務時,沒有真正按照鍛模的服役條件來淬火,而是降低淬火溫度、縮短保溫時間,僅僅滿足用戶的硬度要求,這種硬度值看似符合標準(或規范)的鍛模硬度范圍,由于沒有考慮紅硬性,在使用時,鍛模的抗回火能力差,硬度很快就會降低,用戶對這種使用過的鍛模再檢測時,發現鍛模的熱處理硬度不高。

      鍛模的“老板”就動腦筋了:下次熱處理時提高硬度要求,結果發現提高硬度的鍛模比上一次按照標準、規范選取的硬度值的鍛模壽命提高了,于是就很高興:原來提高硬度就能解決這個問題。他怎么能知道是熱處理的廠家或“大師”的無能的熱處理水平造成超出標準的硬度反而壽命長的奧秘呢?結果這個問題謬種誤傳,致使熱鍛模的技術要求的硬度值一天比一天的高。

      在標準的硬度范圍內的具有紅硬性的熱鍛模,其壽命是良好的!鍛模要求高硬度是不正確的。

      【技術分享】中頻加熱感應技術在鋼管熱處理工藝中應用

      利用中頻電流的感應加熱原理進行鋼管熱處理的工藝與設備,指出該工藝技術由于設備投資不大、沒有環境污染,符合環保要求,工藝控制節儉省力,特別方便組織生產,比較起燃氣加熱反腐蝕的鋼管熱處理,具有一定的技術優勢,應當屬于政府鼓勵發展、企業可以優先采用的新技術、新工藝。

      前言

      利用中頻電流的電磁感應加熱原理來進行油井管的的淬火、回火以及正火,在美國等發達國家已經屬于一種成熟的工藝技術,并且在石油專用管的制造領域得到了廣泛的應用。美國LONGSTAR公司、無限制管公司、伏爾加鋼廠等制管企業都擁有自己的中頻感應熱處理生產線。感應加熱以電作為能源,完全不同于使用天然氣、發生煤氣或液化石油氣等燃氣那樣,在鋼管的加熱過程中會產生煙塵,形成空氣的污染。因為電能屬于綠色能源,不會對環境造成破壞,符合人類社會對環保的要求,所以也是國內外政府鼓勵發展的環保型工藝技術開發項目。同時,采用感應加熱技術對鋼管進行淬火、回火或正火,升溫速度快,效率高,生產組織靈活方便,避免并節省了燃氣加熱鋼管時爐子的升溫和降溫所需要的時間及能耗。

      感應加熱技術在我國最早應用于軍工、汽車、機械等行業,后來逐步擴展到冶金行業,20世紀80年代初期首鋼特殊鋼公司在國內首先開始使用中頻加熱技 術,對45MoMnB、35CrMo、40Cr、40Mn2Mo和45#鋼管進行調質處理;對GCr15鋼管進行冷加工中間的軟化熱處理;對 5Cr21Mn9Ni4N進行鋼管固溶熱處理;對T10A、20Mn2、20#鋼棒材進行退火熱處理,均取得良好的效果。

      油井管感應熱處理的鋼種包括碳錳鋼系列與合金鋼系列。

      實踐證明,采用中頻感應加熱技術進行鋼管的熱處理,不僅環境污染小、生產效率高,而且成本可以達到與燃氣加熱相當的水平;如果在用電的低峰期使用,成本會更低。同時,如果工藝參數選擇合理、工藝控制得很好時,甚至可以省去矯直工序。

      鋼管感應熱處理的工藝流程與一般傳統的燃氣加熱步進式爐一樣,但是工作原理和加工工程卻截然不同。在燃氣式步進爐中,鋼管是整體加熱;而在感應爐中,鋼管是分段逐次前進連續加熱;淬火過程與回火過程也是如此進行。所以鋼管在加熱、淬火、回火時,基本是做縱向移動、螺旋前進的動作,其余才是做橫向移動。其具體加工工藝過程如下:根據API 5 CT標準對油井管的調質要求,油井管管坯由天車吊到上料臺架上,人工外觀檢查后使其整齊排列分布。

      待生產線各工作崗位進入正常工作狀態時,感應器通電待料,變頻送料機開始旋轉,手動操作步進上料機工作,把第一根油井管從上料臺架出口端平穩地抬起滾送到對齊裝置的輥道上,變頻送料機以設定的速度向前送料,變頻送料機為單輥傳動,速度、高度可調,輥型為專門設計傾斜15°布置的輥式送料機,具有水平送料糾偏對中和工件自旋轉功能,其中感應加熱線圈之間送料輥 和進出口的送料輥材質為耐熱鋼,并裝有旋轉密封內水冷卻裝置,冷卻送料輥并使送料輥外表面干燥,便于油管連續加熱,其余送料輥材質為耐磨鋼。油管經輥道進入中頻淬火加熱區,加熱區由一套3000kW中頻電源和一套1200kW中頻電源配多組加熱感應線圈組成淬火感應加熱區,保證工件溫度的均勻,加熱溫度 850℃~1000℃。在加熱線圈的出口處安裝進口的雙色比色紅外測溫儀,進行油管加熱溫度的監測,并把信號反饋到中頻電源的控制系統,自動調節中頻電源的輸出功率,組成閉環控制系統,從而調整鋼管加熱溫度使之控制在允許的誤差范圍內。

      加熱好的鋼管進入噴淋淬火區,由于工件材質為含碳量0.3%左右的碳錳鋼或中低合金化的鉻鉬鋼及鉻錳鉬鋼,適合采用純水作為淬火介質。我們采用環狀 冷卻裝置連續將高壓水流噴射到加熱的鋼管表面,強噴淋5~15秒左右,以實現淬火馬氏體的組織轉變。為此,我們選用了二套大流量高壓水泵(壓力為揚程 125米每分鐘的水循環量1000m3/h),總功率在500kW以上,從而達到完全淬透管壁所要求的快速均勻冷卻的效果,保證使鋼管表面產生的蒸汽膜破 壞,使鋼管迅速達到馬氏體轉變溫度,全部轉變為淬火馬氏體,不會產生淬火屈氏體,從而保證回火索氏體。由于噴淋中會有氧化皮和鋼管表面的灰塵脫落后進入淬火介質中,所以淬火介質必須經過沉淀池粗濾、磁性吸濾、網過濾等多級處理,使濁環水清潔干凈,不能堵塞噴嘴,可以循環使用。

      噴淋區設置隔離擋板,防止水飛濺,利于水的回收利用和減少濁環水的損耗,還設置防護罩,以防水蒸汽噴出,保證車間的干燥。

      噴淋淬火后的鋼管由輥道傳送至管內除水段經氣動翻料機把管子抬放在傾斜臺上,經5分鐘以上的瀝水后再經氣動翻料機抬放至回火線輥道上,在輥道的傳動下進入中頻回火感應加熱區,回火加熱溫度范圍一般為600℃~750℃。中頻感應加熱電源為一套1900kW和一套900kW由多組感應線圈組成的回火感 應加熱區。在最后一個感應線圈的出口處安裝進口的雙色比色紅外測溫儀進行監測油管的溫度,負責把信號反饋到中頻電源,自動調節中頻電源的輸出功率,以組成閉環控制系統。經回火后的鋼管在輥道上通過高壓水除鱗裝置,鋼管在高壓噴射水的沖刷下達到除鱗效果,經過除鱗得鋼管,通過回火區的感應器后,由氣壓傳動步進翻料機把鋼管平穩地抬起,放到冷床上緩慢旋轉滾動,逐步冷卻。然后鋼管在冷床出口處被收集入筐,人工捆扎包裝吊運至下一工段。

      3、設備基本構成

      3.1、上料部分:由以下設備組成:上料臺架---- 翻料機構 --- 縱向旋轉送料輥道 ---- 斜輥道

      3.2、淬火加熱部分:分兩個區,加熱區和保溫區;其中:加熱區有12個感應線圈,設計功率2500kW,設計頻率300HZ,保溫區有8個感應線圈,設計功率2500kW,設計頻率1000HZ。

      3.3、淬火裝置:兩個封閉噴淋淬火裝置,裝有數百只噴嘴,并形成各不相同的角度,向鋼管噴出高壓水流,且保證在鋼管行進過程中的每一處截面上,淬火水量相等,冷卻速度相同,受熱變形均勻。對于感應加熱淬火來說,與燃氣加熱淬火最大的不同之處,就在于淬火的方式不一樣。

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