HFW 焊接鋼管一直是伴隨著與無縫鋼管的競(jìng)爭(zhēng)而不斷發(fā)展的。焊接鋼管要想逐步取代無縫鋼管，關(guān)鍵是要有高的產(chǎn)品質(zhì)量及較低的生產(chǎn)成本。當(dāng)今隨著鋼鐵冶煉技術(shù)、熱軋鋼帶技術(shù)和制管技術(shù)的進(jìn)步，以及工藝技術(shù)向?qū)I(yè)化、差異化和節(jié)約化等方面延伸，這一切都為HFW焊管質(zhì)量的提高和成本的降低創(chuàng)造了條件。
為了使HFW焊管發(fā)揮壁厚均勻、幾何尺寸規(guī)整和生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，又能克服由于存在焊縫所帶來的力學(xué)性能不一致和溝槽腐蝕等問題，進(jìn)入傳統(tǒng)無縫管所占領(lǐng)的高等級(jí)油氣輸送管和油井管等領(lǐng)域。隨著制管技術(shù)不斷時(shí)步與發(fā)展，提出了焊管無縫化的思想。與國外先進(jìn)國家相比，我國HFW 焊管的市場(chǎng)占有率還很低，焊管無縫化將有很長(zhǎng)的路要走。
焊管無縫化主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)涵，一是幾何無縫化，使機(jī)械方式，多用熱刮，以清除焊縫內(nèi)外焊縫毛刺；二是物理無縫化，應(yīng)用熱處理等工藝，使焊縫、熱影響區(qū)的金相組織和力學(xué)性能與母材趨與一致。本研究主要涉及焊管物理無縫化原理及工藝。
1 HFW 焊管無縫化實(shí)現(xiàn)
1.1 HFW 焊接機(jī)理及焊縫特點(diǎn)
在高頻焊接過程中，通過集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)和熱傳導(dǎo)的共同作用熔化鋼帶兩側(cè)的金屬，通過擠壓焊接成鋼管。在這一過程中，從鋼帶邊沿開始出現(xiàn)了熔化區(qū)及部分熔化區(qū)、過熱組織區(qū)、正火區(qū)、不完全正火區(qū)和回火區(qū)等征區(qū)域，其中過熱組織在焊接時(shí)的溫度在1100攝氏度以上，奧氏體晶粒開始急劇長(zhǎng)大，在化學(xué)成分和冷卻速度適當(dāng)?shù)那闆r下，會(huì)出現(xiàn)一些硬而脆的相，主要是馬氏體組織，使該區(qū)域的綜合力學(xué)性能降低。
在API 和ASTM等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，都明確要求對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理或焊縫中不能存在未回火的馬氏體等。就是要對(duì)HFW 焊管進(jìn)行焊縫熱處理，消除馬氏體，達(dá)到消除應(yīng)力、均勻和細(xì)化組織、提高焊接熱影響區(qū)綜合力學(xué)性能的目的。
1.2 焊管無縫化實(shí)現(xiàn)
隨著HFW焊管制造技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，目前主要采用以下3種方式進(jìn)行焊管無縫化處理：
一是焊縫在線熱處理；二是焊管整體加熱張力減徑軋制；三是焊管整體熱處理。
處理方式：焊縫熱處理 處理時(shí)間：在線 處理工藝：采用中頻感應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行快速加熱。
處理方式：熱張力減徑 時(shí)間：在線 處理工藝：對(duì)焊管進(jìn)行整體加熱后，進(jìn)行減徑軋制 主要裝備：加熱設(shè)備、張力減徑機(jī)和冷床等 無縫化效果：消除管體與焊縫金相組織與晶粒狀態(tài)差異
處理方式：整體熱處理 處理時(shí)間：離線 處理工藝：對(duì)焊管進(jìn)行整體加熱，進(jìn)行正火處理 主要裝備：何護(hù)氣體加熱爐、冷床等無縫化效果：基本消除管體與焊縫金相組織差異，但晶粒狀態(tài)仍存在差異
從技術(shù)角度來講，這3種無縫化方式都較為成熟。但從裝備投入、運(yùn)行成本和 終產(chǎn)品性能等方面考慮，應(yīng)用廣泛的是前兩種方式，即焊縫熱處理和熱張力減徑技術(shù)
2 焊縫在線熱處理
2.1 焊縫在線模擬正火（N）熱處理
采用中頻感應(yīng)加熱將焊縫快速加熱到奧氏體化溫度，一般為(Ac3) 溫度再加到30-50攝氏度，但要控制1010攝氏度以下，使焊縫中馬氏體組織完全轉(zhuǎn)換成奧氏體。焊縫將空冷到700攝氏度以下，以避免重新形成馬氏體組織，此溫度下進(jìn)行水冷，雖不會(huì)發(fā)生金相組織變化，但可能會(huì)出現(xiàn)裂紋等不必要缺陷。為此要將焊縫空冷到370攝氏度以下， 才可進(jìn)行水冷。工藝布置應(yīng)保證焊縫在線空冷2min以上，為此要根據(jù)生產(chǎn)線速度設(shè)計(jì)足夠長(zhǎng)的空冷段。
主要裝備為中頻感應(yīng)加熱設(shè)備。根據(jù)所處理焊管的壁厚選擇頻率，一般為1-3KHZ。此工藝目前在國內(nèi)已廣泛采用。
2.2 焊縫隙在線淬火+回火（Q+T）熱處理
將焊縫加熱到正火溫度后，噴水進(jìn)行淬火，可形成極細(xì)的馬氏體組織，然后再將焊縫加熱到回火溫度，一般為540-700攝氏度，進(jìn)行空冷，完成淬火+回火（Q+T）熱處理全過程。
焊縫淬火+回火與正火相比較可以得到更好的性能，特別是焊縫的韌性指標(biāo)。這是由于淬火后得到的馬氏體具有很高的強(qiáng)度，經(jīng)高溫回火得到的碳化物呈顆粒狀分布，分布在細(xì)晶粒的馬氏體基體中，可獲得比正火更高的強(qiáng)度性能，而且其塑性和韌性比正火好得多。目前國內(nèi)外諸如我國的寶鋼、日本的新日鐵和JEFE等多家HFW 機(jī)組選用此工藝，生產(chǎn)高鋼級(jí)的油氣輸送管和搞腐蝕油井管等。
主要裝備為兩套中頻感應(yīng)加熱設(shè)備，水噴淋設(shè)備等，需要占用較長(zhǎng)的生產(chǎn)線，投資也較大。
3 焊管整體加熱張力減徑軋制
熱張力減徑工藝實(shí)際上就是對(duì)焊管進(jìn)行正火+形變熱處理。將母管整體加熱到920-950攝氏度后，使焊縫和管體金相組織完全奧氏體化，然后通過張力減徑機(jī)，進(jìn)行多架次大變形量的軋制，一般終軋溫度不低于850攝氏度，以滿足焊管軋制結(jié)束后，內(nèi)部形成微細(xì)均勻的晶粒組織。
焊縫經(jīng)過相變后與母材又同時(shí)進(jìn)行變熱處理，并在同等條件下完全成再結(jié)晶過程，其金相組織與晶粒狀態(tài)必將與母材趨于一致，同時(shí)也徹底消除了由于焊管成型所帶來的內(nèi)應(yīng)力。
與焊縫熱處理方式相比較，該技術(shù)合焊管無縫化 為徹底，技術(shù)指標(biāo)也 為理想。主要裝備為加熱設(shè)備（天然氣或中頻感應(yīng)加熱設(shè)備）、張力減徑機(jī)和冷床等。此工藝現(xiàn)已被重視，正在逐步推廣應(yīng)用，用于生產(chǎn)高級(jí)HFW焊管。
4 焊管整體熱處理
將焊管整體加熱到正火溫度，使所有組織完全奧氏體化后，然后進(jìn)行空冷。這樣可基本消除管體與焊縫之間的金相組織差異，且徹底消除焊管由于成型和焊接等產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，但焊縫與管體的晶粒狀態(tài)仍存在著差異，將帶來力學(xué)性能與耐腐蝕方面的不足。
該工藝多采用離線方式，使用保護(hù)氣體熱處理爐來整體加熱焊管，另外空冷也將需要較長(zhǎng)時(shí)間，因此生產(chǎn)效率較低。實(shí)際上多應(yīng)用焊管整體淬火+回火（Q+T）的調(diào)質(zhì)熱處理工藝，既可實(shí)現(xiàn)焊管的無縫化，又可改善焊管材質(zhì)的性能。
5 結(jié)語
為了與無縫鋼管相抗衡，HFW焊管無縫化將是必然發(fā)展趨勢(shì)。因受諸多因素的制約，目前HFW焊管無縫化多采用焊縫在線熱處理技術(shù)，但綜合來講，焊管整體加熱張力減徑將是一種理想的焊管無縫化技術(shù)。
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