至德钢业2205双相不锈钢固溶热处理系统改造状况

  热处理是生产出合格的SAF2205双相不锈钢焊接换热管的一道关键工序,因此,必须要有与之相匹配的制造工艺和设备。为了降低成本,缩短开发周期,拟对我厂原有不锈钢焊接管生产流水线进行改造,以满足SAF2205双相不锈钢焊接换热管的生产需要。不锈钢焊接管生产流水线问世初期,国内一般采用离线处理的方法对不锈钢焊接管进行热处理。随着热处理技术发展,逐步采用相对先进的在线光亮固溶热处理工艺技术。该热处理系统的加热、保温、冷却设备是由箱式电阻可控硅加热保温一体炉和非接触保护气体传热水冷式冷却器构成。但这种热处理系统不但体积庞大(加热、保温、冷却段总长度达13m),而且存在耗电量大、产品质量难以控制等问题。在普通材质的不锈钢焊接管生产时,加热升温时间长,冷却速度慢,达不到固溶热处理急冷的最佳状态,产品虽符合标准,但其内部微观组织晶粒粗大,金相分析结果接近标准边缘。用于生产SAF2205双相不锈钢时其晶粒细化及双相比例难以控制,效果很不理想。针对这些问题,国内有的厂家采用先在线箱式电阻可控硅加热水淬急冷后离线酸洗处理,但是这种方法不能一次成型,生产成本增加。而国外先进的专业不锈钢焊接管生产厂家在线光亮固溶热处理系统中的加热炉已使用感应加热设备,冷却器采用气体保护固体接触式传热水冷,但该设备价格昂贵。根据对原有热处理系统的分析改造目标,改造后的在线热处理系统主要由中频感应加热设备、高镍发热元件保温炉和强制保护气循环急冷式冷却器组成。改造后的在线热处理系统长4.7m、宽1.2 m(最宽处)、高2.0 m(最高处)。

  采用中频感应加热设备代替原箱式电阻可控硅加热设备。中频感应加热设备由加热控制主机、结构紧凑的加热体和非接触SCIT分离式智能红外线光学高温测温系统组成。此设备结构紧凑,长度由可控硅加热的6.5m缩短至0.65m,具有体积小、重量轻、省电、冷却水用量少、加热快、氧化层少、操作方便、加热集中、可即时开停等特点。由于加热炉感应场的存在和加热器箱体的缩小,传统的接触式热电偶测温系统无法用于新型热处理系统,为此采用了非接触SCIT分离式智能红外线光学高温测温系统,该测温系统具备目标对中准、抗烟雾及水蒸气能力强的特点,非常适合新型热处理系统(透过石英窥镜)测温,并有高、低端报警,使操作人员能及时调节不正常工况。

  采用自主研发的高镍发热元件保温炉代替原箱式电阻可控硅加热保温设备。新保温炉由炉胆(材质为800H)、高镍发热元件、传热层、隔热层、壳体和带TCW232B系列智能化温控仪的控制箱组成。TCW232B系列智能化温控仪集数显、测量、触发于一体,能直接驱动控制元件。参数设置和精度校准采用微型键盘操作,具有断电记忆功能。设定参数和控制参数采用密码锁定,防止误操作,在线设定或修改参数无须暂定运行。三组触发回路分别可对三相不平衡电流进行调节。而其最大的优点就是可通过编程方式按热处理工艺的升温保温曲线要求准确无误进行升温保温。

  冷却器采用气冷,该气体在热处理炉中既有冷却焊接管的作用又有光亮保护防氧化作用。采用强制保护气循环急冷式冷却器代替原非接触保护气体传热水冷式冷却器。新冷却器为强制式,经过散热的保护气强制循环对从保温炉出来的不锈钢焊接管进行急冷。它由分布保护气进出口的气道、小型翅片式散热器、BT35211防爆轴流风机和壳体组成。

  为了保证改进的设备及工艺在生产中性能稳定可靠,产品质量符合要求,制订了相应的检验、检测程序,按照ASME SA2789/SA2789M《一般用途无缝和焊接铁氏体/奥氏体不锈钢管》的要求,经多次试制及物理化学性能测试,验证产品性能的改进效果。对完成所有制造工序并经外形检验、涡流检测及水压试验合格后的25mm×2.5mm SAF2205不锈钢焊接换热管抽样进行化学成分分析、金相分析、硬度测试、拉伸试验、反向弯曲试验、扩口试验、压扁试验以及晶间腐蚀试验。其化学成分分析结果见表，对SAF2205双相不锈钢25mm×2.5mm焊接换热管按GB/T2321999《金属材料弯曲试验方法》进行反向弯曲试验（弯曲角度360°）、按GB242-1997《金属管扩口试验方法》进行扩口试验（扩口率20%）、按GB246-2007《金属管压扁试验方法》进行压扁试验（焊缝相对施力方向90°）均未出现裂纹及焊缝开裂。力学性能试验结果见表，晶间腐蚀试验结果见表，焊缝和母材的金相组织见图5。综上所述及表图可以知道，25mm×2.5mm的SAF2205不锈钢焊接换热管组织均匀，力学性能、工艺性能均符合ASME SA-789/SA-789M《一般用途无缝和焊接铁氏体/奥氏体不锈钢管》的要求。

  SAF2205双相不锈钢焊接换热管的制造均经在线涡流检测及压力试验，通过多次试制并对其进行物理化学性能测试，产品符合ASME SA-789/SA2789M的相关规定。在此基础上公司制定的《热交换器用铁素体奥氏体不锈钢焊接钢管》(Q/ZH2 J A02—2009)企业标准也通过了全国锅炉压力容器标准化技术委员会组织的技术评审。

  通过对设备改造及制定合理的在线光亮固溶热处理制度,很好地解决了SAF2205双相不锈钢焊接换热管在制造过程中发生的组织、力学性能和工艺性能改变问题。应用改造后的设备和改进后的生产工艺能有效地控制各段加工工序、温度变化所带来的组织和双相比例变化,从而得到双相比各约50%的奥氏体和铁素体组织。为了保证产品的可追溯性,全部SAF2205不锈钢焊接换热管产品均在线喷有清晰规范的标识,并由电脑储存其检测数据以备追溯查验。浙江至德钢业有限公司改进开发的SA F2205双相不锈钢焊接换热管已经被成功应用于某石化公司Ⅱ套常减压塔顶冷凝器的换热管束，至今冷凝器运行良好。