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奥氏体不锈钢U形换热管局部固溶处理

文档作者：高正芳张洪涛李树勋王延海文档来源： 1．甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司 2．长庆石化分公司		点击数：	更新时间： 2025年10月21日
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2第00398年卷9月第 5期 石 油 化 工 设 备
PETRO—CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．38 No．5
Sept． 2009
文章编号：1000—7466(2009)05—0062—04
奥氏体不锈钢U形换热管局部固溶处理
高正芳 ，张洪涛 ，
(1．甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，甘肃兰州
李树勋 ，王延海
730070；2．长庆石化分公司，陕西咸阳 712000)
摘要：介绍了利用串联交流弧焊机的电流产生的电阻热对ASME SA312 TP347H 换热管U 形弯
曲段进行固溶处理的情况。
关键词：TP347H不锈钢管；交流弧焊机；电阻热；固溶处理
中图分类号：TQ O51．501 文献标志码：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，我公司为某石化公司制造的U形管换
热器所用ASME SA312 TP347H奥氏体不锈钢管
规格为 38 mm X 4．5 mm [川，按文献[2]第6．3．4
条，当有耐应力腐蚀要求时，冷弯U形管的弯管段
及至少包括150 mm 的直管段应进行热处理。但因
钢管生产厂家没有相关设备，此换热管U形弯曲段
未经固溶处理。
TP347H钢管由于含稳定化元素Nb，含碳量也
相对较高，因此有较强的冷作硬化倾向。对此次使
用的规格为 38 mm×4．5 mm的TP347H 钢管而
言，由于管径和壁厚均较大，其冷弯成型后弯曲应力
较大，且会出现形变马氏体组织，致使其抗应力腐蚀
性能大幅降低。为恢复其耐腐蚀性能，必须进行固
溶处理。我公司在热处理设备不能满足固溶处理要
求的情况下，通过工艺计算，采用交流弧焊机的电流
产生的电阻热对U 形换热管弯曲段进行加热的方
法实现其固溶处理，文中介绍相关情况。
1 技术方案
1．1 负荷计算
由于采用交流弧焊机的电流产生的电阻热对U
形换热管弯曲段进行加热的方法实现其固溶处理，
因此弯曲段作为导体，其电阻尺和电流工分别按以
下公式计算：
R=pUS (1)
j— U／R (2)
式(1)～式(2)中，R为电阻，Q；z为换热管长度，m；
s为换热管作为导体的环形截面积，m ；ID为电阻
率，Q·m； 为电流，A；U 为电压，V。
本例中，1根u形换热管弯曲段包括U形段和
2个至少150 mm 的直管段，按每次只对1根U 形
换热管弯曲段进行固溶处理计算，将常温下
TP347H奥氏体不锈钢管的电阻率ID一0．75 X 10
Q·m、单台焊机的最小负载电压3．8 V 以及S一
收稿日期：2009—03—26
作者简介：高正芳(1972一)，男，甘肃兰州人，工程师，学士，主要从事压力容器制造质量检验工作。
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第5期 高正芳，等：奥氏体不锈钢U形换热管局部固溶处理
7c(O．019 2—0．014 52)m 代入式(1)和式(2)可分
别得到该U形管换热器中不同弯曲半径时需要加
流I，见表1。
公司现有2台交流弧焊机，其型号分别为BX1
热的U形弯曲段最小长度及其相应的电阻R和电 500、BX2—1000，焊机相关参数见表2。
表l 不同弯曲半径时需要加热的U形弯曲段最小长度及其相应的电阻R和电流I
表2 交流弧焊机参数表
根据表1的计算结果和表2的数据可知，单台
焊机满足不了固溶处理的负荷要求，即使把2台焊
机进行串联也不能完全满足单根U形弯曲段最小
定焊接电流1 500 A)。
1．2 方案
为了在现有的设备条件下实现对本例所有不同
弯曲半径的U形管弯曲段的固溶处理，以增加电阻
值降低最大额定电流的方法将换热管需要固溶处理
的U形弯曲段进行串联，使串联后电路的最大额定
电流小于1 500 A。据此计算，除表1中序号10的
换热管U 形弯曲段外，其他序号的换热管U形弯曲
段均需串联进行固溶处理。其中序号1～4的换热
管U形弯曲段每3根串联，序号5～9的换热管U
形弯曲段每2根串联。换热管串联后所需电流计算
值见表3。由表3可知，换热管U 形弯曲段串联处
理方案能满足最大额定电流小于1 500 A要求。换
长度固溶处理的负荷要求(串联后能达到的最大额 热管串联进行固溶处理示意图见图1。
表3 不同弯曲半径的U形弯曲段最小长度串联固溶处理的数量及其相应的电流
(a)3根串联 (b)2丰艮串联 (c)单根
图1 换热管串联固溶处理示意图
按照上述计算结果，换热管U形弯曲段串联固 (saNtkd,)的换热管弯曲段按照表3的计算值串
溶处理方案为，按照表3的计算值，将弯曲半径较小 联，以2台交流弧焊机串联为电源对其进行固溶处
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石油化工设备 2009年第38卷
理。固溶处理时用2只型号XMT-121奥特数字温
度控制仪(其相关参数见表4)对温度进行控制，采
用秒表对时间进行控制。换热管U形弯曲段进行固
溶处理的工艺过程及相关设备见图2。图2中的铜卡
箍要卡紧换热管，防止因接触不良而在换热管表面处
出现打弧现象。卡箍、电缆、耐火砖要绝缘，以防止通
电过程中产生短路影响对换热管的有效加热。
表4 XM 温度控制仪参数
热电偶放置区
图2 固溶处理工装示意图
2 固溶处理
按上述方案对换热管U形弯曲段进行固溶处
理，并以弯曲半径为457．3 mm 的换热管为例介绍
处理过程及相关数据。
(1)升温速度调节交流弧焊机的输出电流，经
嵌形电流表测定，回路中的电流最大(保证焊机线圈
温度不超过规范)为1 450 A，测得第一次温度升至
1 060℃ 时总耗时为325 s。
(2)加热温度 固溶处理是将奥氏体不锈钢加
热至高温，使所有的碳化物、 相尽快溶人奥氏体中
并进行扩散使之均匀化，而后以较快的冷却速度冷
却，防止碳化物等相重新沉淀析出，以获得均匀的奥
氏体单相组织。碳化物等相完全溶入奥氏体的温度
一般高于900℃ ，其在奥氏体钢中溶解相当缓慢，必
需采用更高的温度。但温度太高，晶粒粗大，影响材
料韧性。因此，本例固溶处理的加热温度区间为
1 000～ 1 150℃ 。
(3)保温时间 奥氏体不锈钢导热系数低，保温
时间要充分，但保温时间过长，则钢管表面氧化严
重，也易使组织品粒粗大。按钢管有效厚度计算即
1～1．5 rain／ram，U形管的厚度为4．5 mm，保温时
间取4．5～6．75 min。
(4)冷却保温完成后，切断电源，迅速从换热
管的一端连续注水(室温)并使其从另一端快速流
出，使换热管u形弯曲段的温度快速冷却至室温。
(5)工艺过程数据在通电加热和保温过程中，
温度和通电时间由人工控制并记录，各供电状态的
温度和时间记录数据见表5。
表5 温度一时间记录表
由表5可知，在温度升至980℃开始记录，升至
1 030℃时开始保温，升至1 060℃开始断电，温度降
至1 030℃ 时又开始通电升温，全过程共2次通电、2
次断电。由于热电偶的传热速率及热信号转变为数
字信号的时间延迟，在2次断电之后温度能继续升高
至1 118℃和1 108℃ 。从第一次温度升至1 030℃
开始计时到最后注水冷却时的1 060℃ ，换热管U形
弯曲段固溶处理总时间为5．38 rain，满足工艺要求。
其固溶处理过程曲线见图3。
3 固溶处理效果
(1)硬度按ASME SA312标准，TP347H 钢
管固溶处理后的布氏硬度不大于183HB，随机抽取
藤
器
图3 固溶处理的温度一时间曲线
1O根换热管进行硬度检测对比，其值见表6，表6中
数据都符合标准的规定，固溶处理后的硬度合格。
(2)金相组织 随机抽取2根换热管进行金相
组织检验，结果显示，固溶处理后U形弯曲段钢管
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第38卷第5期
2009年9月
石油化工设备
PETR0一CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．38 NO．5
Sept． 2009
文章编号：1000—7466(2009)05 0065—04
316L换热器管板与SAF2505型
超级双相不锈钢钢管的焊接
孙大超
(沈阳市特种设备检测研究院，辽宁沈阳 110035)
摘要：介绍了316L换热器管板与SAF2505型超级双相不锈钢钢管焊接方法、焊接工艺参数、焊前
准备和焊后处理，探讨了SAF2505超级双相不锈钢为管束材质时焊接接头的性能，通过对该焊接
接头金相组织的分析，讨论了SAF25O5超级双相不锈钢钢管在换热器生产中应用的可行性。
关键词：换热器；管板；双相不锈钢；焊接
中图分类号：TQ 051．501 文献标志码：B
换热器是炼油、化工、环保、能源及电力等工业 中一种重要的单元设备。在炼油厂中，换热器约占
． - ~--+ “+ 。—十一一—■一 M--+ 一—卜一+ -4 ---4-一——卜*—·卜
表6 固溶处理前、后的硬度值HB
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
的金相组织为单一的奥氏体组织，见图4。未做固
溶处理的钢管的金相组织为奥氏体+形变马氏体+
部分碳化物，见图5。
图4 同溶处理后U形弯曲段钢管的金相组织
图5 未做固溶处理的钢管的金相组织
(3)晶间腐蚀试验 固溶处理后随机抽取2根
换热管按照GB／T 4334．5-2000{不锈钢硫酸一硫酸
铜腐蚀试验方法》进行晶间腐蚀试验Ⅲ 。试样经过
16 h腐蚀后，进行180。弯曲，用10倍放大镜观察无
晶间腐蚀裂纹，试验合格。
4 结语
固溶处理对奥氏体不锈钢的抗腐蚀性能有着巨
大的影响，利用现有设备，很好地完成了较大规格不
锈钢TP347H换热管u形弯曲段的固溶处理，保证
了换热管的抗腐蚀性能，降低了产品的制造成本。
该设备在2005年投用后，连续稳定运行至今，说明
采用交流弧焊机对工件进行加热固溶处理的工艺是
可行的、可靠的。
参考文献：
[1] ASME SA312／SA312M，奥氏体不锈钢无缝管和焊接管[s]．
E23 GB1 51—1999，管壳式换热器[s]．
[3] GB／T-4334．5 _2000，不锈钢硫酸硫酸铜腐蚀试验方法[s]．
(杜编)
收稿日期：2009—03—29
作者简介：孙大超(1983一)，男，辽宁黑山人，助理工程师，学士，从事锅炉压力容器等特种设备检验工作。
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