鋼材熱處理不同于機械部件熱處理,它主要是針對鋼管、焊管、鋼軌、鋼棒、鋼絲、鋼帶、鋼板等冶金產(chǎn)品進行的熱處理。感應加熱技術在鋼材熱處理方面的應用范圍有以下內容。20世紀60年代末,由于電力電子學和半導體技術的進步,大大促進了變頻電源技術的發(fā)展。大功率高效率變頻電源的出現(xiàn),為感應加熱技術在鋼材熱處理方面的應用提供了技術基礎,促進了鋼材感應加熱快速熱處理工藝的應用。
1970年代中后期,美國、日本、前蘇聯(lián)等先后建立了高強度無縫鋼管感應加熱調質處理生產(chǎn)線;焊管感應加熱退火生產(chǎn)線;鋼軌感應加熱調質處理生產(chǎn)線等。1980年初,感應加熱技術開始應用于熱軋和冷拉棒材、線材以及帶材和板材的正火、固溶、調質、退火等熱處理工藝中,并取得了顯著的效果。
感應加熱設備用于無縫鋼管感應加熱熱處理:
隨著石油天然氣鉆探于開采和地質鉆探的發(fā)展,對不同口徑的高屈服強度、高韌性無縫鋼管的需求量迅速增長。傳統(tǒng)鋼管熱處理工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品不能達到要求,從而促性了感應加熱調質處理工藝的產(chǎn)生與發(fā)展。目前,石油天然氣鉆采和地質鉆探用高強度鋼管,主要使用感應加熱調質處理工藝生產(chǎn)。這種熱處理工藝的應用情況簡介如下:
(1)大口徑無縫鋼管感應加熱調質處理工藝,普遍用于處理外徑為100~510mm、壁厚5~38mm規(guī)格的無縫鋼管。這類鋼管用于石油與天然氣鉆采用的高屈服強度、高韌性的套管、油管和鉆具。由于油氣井的井深已從通常的2500~5000m,延伸到5000~7000m,井內的壓強從20~40MPa增到40~60MPa。油氣井套管和油管承受的軸向拉力和各類擠壓應力隨井深的增加而增大。對套管和油管的強度與韌性的要求相應提高。按照美國石油工程師協(xié)會標準,對套管、油管的力學性能提出了很高的要求。采用傳統(tǒng)熱處理工藝很難滿足要求,使用感應加熱調質處理工藝完全可以達到要求。我國自20世紀90年代以來,為了適應我國石油與天然氣鉆采快速發(fā)展,使石油與天然氣鉆采用鋼管生產(chǎn)立足于國內,滿足國內市場的需求。先后從國外引進了若干條大口徑無縫鋼管感應加熱調質生產(chǎn)線。這些生產(chǎn)線分別配置于鋼管生產(chǎn)廠和石油機械廠。根據(jù)國內變頻電源制造水平和機械電器與自動控制水平,完全有能力掌握大口徑無縫鋼管感應加熱調質處理裝備與工藝生產(chǎn)技術。
(2)小口徑無縫鋼管的外徑在100mm以下,通常規(guī)格為外徑40~80mm的鋼管。這類無縫鋼管主要用于地質鉆探、油層開采、煤礦支柱、工程建筑基礎的靜力觸探等使用的高強度、高韌性鋼管。由于鋼管的用途不同,對鋼管力學性能要求各異。但是,除要求高強度和高韌性以外,還要求鋼管具有良好性能均一性。因此,感應加熱調質處理工藝已逐步取代傳統(tǒng)正火處理工藝,應用于這類鋼管的生產(chǎn)。
2000年以來,隨著國內變頻電源技術的發(fā)展,感應加熱熱處理工藝技術的應用提供了有利條件。山東、江蘇、浙江等地涌現(xiàn)出一批感應加熱熱處理設備制造廠。先后設計制造總加熱功率在500~2000KW、1000~2500hz小口徑無縫鋼管感應加熱調質處理生產(chǎn)線。這些生產(chǎn)線主要用于處理地質鉆探用鉆桿、煤礦開采用液壓支柱、油田采油用鋼管,均取得了良好的效果。
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