钢管感应加热热处理炉其中乏一

石油套管进行调质生产线发展概况

1、石油套管进行调质生产线发展概况

    国外工业先进国家以及电力资源丰富的国家，广泛的采用中频电炉对钢材和有色金属材料进行加热和热处理。70年代以来，国外感应加热热处理炉在钢管尤其是石油钢管的常化和调质热处理中得到了应用并不断发展。美国隆斯塔钢铁公司，无限制管公司以及日本川崎钢铁公司都有中频感应热处理炉，对石油套管进行调质热处理。原苏联采用感应加热对钢管进行热处理也比较普遍，如塔干罗格冶金厂有一条石油套管和加厚钻杆的中频感应加热调质热处理线；伏尔加钢

管厂有一条大口径（巧1020mm）焊管整体调质热处理线，产品用作北极寒冷地区油、气输送管线。在法国和日本的许多工厂采用中频

感应加热炉对焊管进行热处理。

    我国台湾在90年代初建成一条中频感应加热炉，处理巧20～114×1～3.Omm奥氏体不锈钢管。

    我国中频炉在军工、汽车和机械零件的加热和热处理方面用得比较多。首钢特殊钢公司在80年代初期用中频感应加热热处理炉对45MnMoB、35CrMo、40Cr、40Mn2Mo、45 号钢管进行调质热处理，GCr15

钢管冷加工中间软化热处理，5Cr21Mn9Ni4N钢管固溶热处理GCr15、TlOA、50、20Mn2、20#钢棒材退火热处理，取得很好的效果。

1998年国产第1台lOOOkW的IGBT中频电炉对焊接低中压锅炉钢管进行正火热处理，产品质量很好。

    近年来为了提高产品质量，降低成本，减少投资，改善劳动条件，在钢材加热和热处理方面也广泛的采用中频电炉，如一些

锻压机和钢管挤压机及楔横轧机的坯料加热，PC钢筋的调质热处理，石油钻杆的管端加热，石油钻杆和工具接头的焊缝热处理，焊

管的焊缝热处理等等。

中频炉：http://www.minglusc.com

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石油套管调质生产线用中频炉八大优点

石油套管进行调质生产线用中频电炉热处理的八大优点

中频炉热处理是一种快速热处理方法，和一般的火焰加热热处理相比有许多优点。

1)金属显微组织晶粒极细。钢管淬火前快速加热至奥氏体温度，淬火时可形成极细的马氏体组织，常化时则可形成细晶粒铁素体珠光体结构。由于感应加热回火时间短，小颗粒碳化物析出，并均匀地分布在细晶粒的马氏体基体中。这种组织结构对抗腐蚀套管特别有利35CrMo钢管感应加热和电炉加热热处理后晶粒长大情况。

2)钢管热处理后综合机械性能好。经中频感应加热炉处理的钢管综合机械性能好，强度高，具有很高的韧性及延伸性。冲击试验证明，钢管产生脆性裂纹的转变温度较低，并且在寒冷地区使用时具有足够高的冲击性能。原苏联进行的36Mn2SI石油管经不同热处理后的机械性能。36Mn2S1石油管经感应加热表l35CrMo钢管感应加热和电炉加热热处理后

3)钢管断面上性能很均匀。

首钢特殊钢公司曾对普通正火热处理和中频感应加热调质热处理的直径1×6. 5mm54MnMoB钢管进行解剖，测定了沿长度方向横截面上12点的硬度值。该钢管燃油加热温度820～860 C时正火处理后钢管断面上硬度分布值；中频感应加热淬火温度900 C，回火温度600'C时，调质处理后钢管断面上硬度分布值554MnMoB钢管正火处理后断面硬度分布值感应加热后硬度Z高值为35HRC，Z低值33HRC，差值为2HRC，而普通加热正火处理后，钢管硬度Z高值是29HRC，Z低值是19HRC，差值为10HRC。由此可见在整根钢管长度范围内，感应加热调质处理后获得的钢管性能是非常均匀的。

4)钢管表面氧化很少，基本上不脱碳，钢管外观质量好钢管感应加热热处理过程中，加热时间很短，升温很快，而且在任何既定时间内只有一小段钢管（按产量不同约500 N1500mm）处于淬火温度下，因此钢管表面只出现极少的氧化铁皮，基本上不脱碳。不同钢种的钢管在不同加热方式下的氧化铁皮量。不同加热方法加热到1000 C时距钢管表面0. Imm处的碳含量。由于氧化少，基本上不脱碳，因此钢管外不同钢种的钢管在不同加热方式时的氧化铁皮量观质量很好。

5)钢管直线度高，椭圆度满足要求。

感应加熟热处理后钢管也会弯曲，但弯曲程度比普通的辊底式炉或步进式炉小许多。这对以后的矫直非常有利，尤其是对抗腐的C75，C95套管及高强度钢管，矫直应力小，抗腐蚀性和抗裂纹性很高。

感应热处理后钢管弯曲程度取决于钢管原始弯曲度、直径大小、在加热过程中的运动方式以及冷却条件等许多因素。一般来说，钢管热处理前越弯曲，直径越小，热处理后越易弯曲。因此热处理前钢管保

持一定的的直度是很必要的。钢管在加热过程中直线前进，易变弯。钢管采用螺旋前进，钢管不易弯曲，冷却不均匀，钢管也易变弯。

直径1×6. 5mm35CrMo钢管感应加热调质处理时前进方式与弯曲变形量的关系。从，为提高钢管直度，应采用旋转前进方式进行热处理。原苏联塔干罗格冶金厂，美国隆斯塔钢钢管感应加热调质处理时前进方式与弯曲变形量关系举例铁公司和日本川崎钢铁公司知多厂的石油钢管感应热处理机组中，钢管旋转前进，同时在热处理过程中钢管的加热段长度不大，两边被夹送辊夹住，在回火炉后都配备具有很好

矫直功能的冷床，因此，热处理后钢管的圆度和直度附合API标准。在这些石油钢管感应加热调质机组中，没有钢管定径机、热矫直机

和冷矫直机。（但本人建议配备一台冷矫直机更为可靠），从而节省投资。

6)设备少而且简单，占地面积也小，温度容易控制。感应加热热处理设备由变频电源、变压器、电容器组、电器控制系统、冷却控制

系统、感应线圈、钢管传送系统组成。除感应线圈和钢管传送设备外，其余设备都在控制柜中，因此设备简单占地少。加热过程中根据

钢管通过体积，控制输出功率，温度很好控制。此外具有操作灵活，易于实现自动化，劳动条件好，短时间停产不消耗能源等。

7)投资少，感应加热热处理机组投资比普通燃气或燃油热处理机组少，主要体现在热处理炉本身、机组中的其他设备以及厂房

面积和设备基础等方面，现举例如下：

对焊接低中压锅炉钢管正火热处理，当钢管尺寸直径8～114×3～7×6000～12000mm，加热温度：870—930 C，小时产量3.5～4t/h时，采用中频感应热处理炉，设备价格约80～100万元，而辊底式热处理炉，设备价格300万元以上，辊底式热处理炉设备价格为感应炉的3倍以上。对石油套管调质热处理，当钢管尺寸为直径14～273×5.31～20. 24×6000～15000mm,淬火温度～920'C，回火温度～650 C，小时产量为8～9t／h时，对中频炉，当采用国产IGBT中频感应淬火炉和回火炉，设备价格约500～550万元。当采用国外进口的中频淬火设备和回火炉，设备FOB价为～120万美金；如采用国产步进式淬火炉和回火炉，二个炉子价格约4000万元，显然中频感应加热炉价格便宜很多。另外对石油套管感应加热调质机组，不要定径机和热矫直机和冷矫直机（本人建议保留冷矫直机）前二项设备，估算价格约800～1000万元。设备基础方面，中频炉只要变频电源(IGBT)柜和感应线圈和支架，以及钢管输送辊道等设备，基础非常简单。而步进式淬火炉和回火炉基础很大，基础费用也多。厂房方面，感应加热调质机组占地约7000 m2，而采用步进式加热炉的调质机组，占地面积约9000～l0000m2，广房按1 200/m2计，则多增加240～360万元投资。

8)生产成本低

  根据80年代初原苏联塔干罗格冶金厂采用中频电炉和普通加热炉对石油钻杆（z140×9～llmm）进行调质热处理后，进行生产成本分析显示，采用感应热处理的生产成本为22卢布／吨，而普通加热炉生产成本25卢布／吨。普通加热炉的生产成本大约高13. 6%

    80年代中期，首钢特殊钢公司对zh840mm，长2～7m的冷拔GCr15轴承钢棒材进行中间退火热处理时，将采用中频感应加热炉和普通燃油周期式加热炉的有形受益生产成本进行了对比，见表10，无形受益如改善劳动条件、不污染环境、生产率高等

均未计算在内。

    从表10中比较结果可见，感应加热退火工艺比燃油加热周期式炉退火工艺生产成本可降低9.4%。

    本人曾对某厂直径14～273×5.31～20. 24×6000～15000mm的石油套管，小时产量9t/h时，采用中频感应淬火回火热处理炉和步进式淬火回火热处理炉进行热处理的生产成本作了估算。结果显示，感应加热调质处理的生产成本和步进炉的相当，当然上述计算比较粗，消耗指标也不全面，如考虑设备折旧在内，中频电炉热处理生产成本比燃天然气步进式炉的低。

中频炉：http://www.minglusc.com

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3、石油套管进行调质生产线中频电炉的Z新技术

    中频电炉热处理炉的核心技术是变频电源。目前我国有二种变频电源：一种是中频电源(SCR)；另一种是晶体管模块变频电源(IGBT)。

    我国可控硅中频感应热处理炉是70年代开发的，尽管比老的变频电源有许多优点，

但其电路所具有的固有特性，使可控硅中频感应热处理炉存在许多不尽人意的地方，主要是：

    1)电损耗大，感应炉的电效率只能达65%～67%左右。

    2)系统电路是强迫换向，在启动和通常运行时，比较容易由于控制差异而出现换向失败，造成直通或故障。

    3)系统产生三次及高次谐波等干扰，反馈到电网中，给电网造成公害。

    4)系统功率因素低，一般只能在0.8左右，为了防止给电网造成不利影响，需要进行补偿。

    国外在80年代后期开发了IGBT中频变频电源，目前美国、日本、德国、法国、挪威等国的中频电炉，基本上都采用IG-BT变频电源，取代可控硅变频电源，这和60～70年代可控硅变频电源取代发电机组变频电源相类似。

    我国无锡环湖电炉厂在90年代初也开发了IGBT中频电源，并在几十套中频感应炉上使用。单机功率从l00kW到1500kW。目前该厂还要试制2000kW或更大的IGBT中频变频电源。国产IGBT中频感应电源在技术上已经达到国外的同等水平。

   可控硅(SCR)中频感应炉相比较，IGBT中频感应炉的优点如下：

    1)节电在20%～28%左右；

    2)从冷料加热到所需温度的全过程都能保证全功率操作，节省加热时间，提高运行效率；

    3)整机的可靠性大大提高，可以做到长期无故障运行；

    4)对电网无任何干扰；

    5)自动的将功率因素保持在0. 98以上，无需补偿；

    6)-套变频电源可以同时采用二种频率进行热处理。

调质生产线：http://www.zplkz.com

中频电炉：http://www.minglusc.com

4  建议

长期以来，我国由于电力资源缺乏，一直对一些用电设备进行限制，钢管感应加热热处理炉就是其中乏一，由于使用得比较少，人们对钢管感应加热热处理技术了解得不多，存在许多疑虑；如感应加热热处理过程中钢管保温时间只有很短的几秒钟，这样能否保证产品质量；感应热处理设备投资究竟是多少；电耗大，生产成本一定很高等等。由于对它不十分了解，影响了它的推广和使用。事实上感应加热热处理后的产品（钢管和其他钢材）质量很好，设备投资小，生产成本低，劳动条件好，无污染，是一项值得推广的技术。而且我国在钢管感应加热热处理方面做了许多工作，积累了许多经验，目前有条件推广这项技术。当然推广前要根据产品的产量和要求，当地能源结构和价格，电力供应情况等条件进行分析比较，不能一提钢管感应加热热处理就否定，也不能不根据客观情况一律采用。我认为对电力资源比较丰富，电费便宜的地方应该采用感应加热热处理技术