小口徑精密無縫鋼管內應力的退火工藝是怎么的呢

輸送流體用無縫鋼管（GBT8163-2008）。主要用于工程及大型設備上輸送流體管道。代表材質（牌號）為20、Q345等。

Q345綜合力學性能良好，低溫性能尚可，塑性和焊接性良好，用做中低壓容器、油罐、車輛、起重機、礦山機械、電站、橋梁等承受動載荷的結構、機械零件、建筑結構、一般金屬結構件，熱軋或正火狀態(tài)使用，可用于-40℃以下寒冷地區(qū)的各種結構。

級別分類

在不同的沖擊溫度，沖擊的數值也有所不同。

對比16Mn

Q345鋼是老牌號的12MnV、14MnNb、18Nb、16MnRE、16Mn等多個鋼種的替代，而并非僅替代16Mn鋼一種材料。在化學成分上，16Mn與Q345也不盡相同。

更重要的是兩種鋼材按屈服強度的不同而進行的厚度分組尺寸存在較大差異，而這必將引起某些厚度的材料的許用應力的變化。因此，簡單地將16Mn鋼的許用應力套用在Q345鋼上是不合適的,而應根據新的鋼材厚度分組尺寸重新確定許用應力。

Q345鋼的主要組成元素比例與16Mn鋼基本相同，區(qū)別是增加了V、Ti、Nb微量合金元素。少量的V、Ti、Nb合金元素能細化晶粒，大大提高了鋼的韌性，鋼的綜合機械性能得到較大提高。

也正因為如此，鋼板的厚度才可以做得更大一些。因此，Q345鋼的綜合機械性能應當優(yōu)于16Mn鋼，特別是它的低溫性能更是16Mn鋼所不具備的。Q345鋼的許用應力略高于16Mn鋼。

焊接施工流程

坡口準備→點固焊→預熱→里口施焊→背部清根（碳弧氣刨）→外口施焊 →里口施焊→自檢/專檢→焊后熱處理→無損檢驗（焊縫質量一級合格）

焊接工藝參數的選擇

通過對Q345鋼的焊接性分析，制定措施如下：

1. 焊接材料的選用

由于Q345鋼的冷裂紋傾向較大，應選用低氫型的焊接材料，同時考慮到焊接接頭應與母材等強的原則，選用E5015 （J507）型電焊條。

化學成分見下表（%）：

元素

C

Mn

Si

S

P

Cr

Mo

V

Ti

含量

0.071

1.11

0.53

0.009

0.016

0.02

0.01

0.01

0.01

力學性能見下表：

σb/Mpa

σs/Mpa

δ5（%）

Ψ（%）

Akv/J-30℃

440

540

31

79

164/114/76

（抗拉強度應該大于屈服）

2. 坡口形式：（根據圖紙和設備供貨）

3. 焊接方法：采用手工電弧焊（D）。

4. 焊接電流：為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，必須采用小規(guī)范焊接。具體措施為：選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝（焊接順序如圖一所示）。焊道的寬度不大于焊條的3倍，焊層厚度不大于5mm。第一層至第三層采用Ф3.2電焊條，焊接電流100-130A；第四層至第六層采用Ф4.0的電焊條，焊接電流120-180A。

5. 預熱溫度：由于Q345鋼的Ceq>0.45%，在焊接前應進行預熱，預熱溫度T0=100-150℃，層間溫度Ti≤400℃。

6. 焊后熱處理參數：為了降低焊接殘余應力，減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊后應對焊縫進行熱處理。熱處理溫度為：600-640℃，恒溫時間為2小時（板厚40mm時），升降溫速度為125℃/h 。

現場焊接順序

1. 焊前預熱

在翼緣板焊接前，首先對翼緣板進行預熱，恒溫30分鐘后開始焊接。 焊接的預熱、層間溫度、熱處理由熱處理控溫柜自動控制，采用遠紅外履帶式加熱爐片，微電腦自動設定曲線和記錄曲線，熱電偶測量溫度。預熱時熱電偶的測點距離坡口邊緣15mm-20mm。

2. 焊接

2.1 為了防止焊接變形，每個柱接頭采用二人對稱施焊，焊接方向由中間向兩邊施焊。在焊接里口時（里口為靠近腹板的坡口），第一層至第三層必須使用小規(guī)范操作，因為它的焊接是影響焊接變形的主要原因。在焊接一至三層結束后，背面進行清根。在使用碳弧氣刨清根結束后，必須對焊縫進行機械打磨，清理焊縫表面滲碳，露出金屬光澤，防止表層碳化嚴重造成裂紋。外口焊接應一次焊完，最后再焊接里口的剩余部分。

2.2 當焊接第二層時，焊接方向應與第一層方向相反，以此類推。每層焊接接頭應錯開15-20mm。

2.3 兩名焊工在焊接時的焊接電流、焊接速度和焊接層數應保持一致。

2.4 在焊接中應從引弧板開始施焊，收弧板上結束。焊接完成后割掉并打磨干凈。

3. 焊后熱處理：焊口焊接完成后應在12小時內進行熱處理。如不能及時進行熱處理應采取保溫、緩冷措施。在進行熱處理時，應采用兩根熱電偶測溫，熱電偶點焊在焊口的里外側。

4. 焊接檢驗

根據《鋼結構工程施工及驗收規(guī)范》的要求，焊口采用超聲波探傷法進行檢驗，檢驗比例為100%。

現場技術管理

1. 編制詳細的焊接施工作業(yè)指導書。

2. 全過程控制焊接工藝是確保質量的核心。

每個柱接頭的焊接時，應有專人監(jiān)控焊接工藝，如焊工不按作業(yè)指導書施工應立即終止焊接。在焊接過程中，熱處理人員應全程監(jiān)控層間溫度，如超標應立即通知焊工暫停。

3. 提高施工人員質量意識是貫徹焊接工藝的關鍵

在施工前，進行全員交底，并且開取施工工藝卡。交底中詳細講解焊接工藝特點及嚴格控制現場焊接工藝的必要性和控制要點。

結論

按此焊接工藝措施施工，在現場共焊焊口102道，經無損檢驗一次合格率達到100%。經過實際施工的驗證，此焊接工藝措施不僅能在現場指導對Q345鋼的焊接，而且能夠保證焊接質量。

將小口徑精密無縫鋼管加熱到一定溫度(通常在相變溫度或再結晶溫度以下)，保溫一段時間，然后緩慢冷卻，以消除各種精密無縫鋼管內應力的退火工藝。 

在壓力加工、鑄造、焊接、熱處理、切削加工和其他工藝過程中，制品可能產生內應力。多數情況下，在工藝過程結束后，金屬內部將保留一部分殘余應力。殘余應力可導致工件破裂、變形或尺寸變化，殘余應力也提高金屬化學活性，在殘余拉應力作用下特別容易造成晶間腐蝕破裂。因此，殘余應力將影響小口徑精密無縫鋼管的使用性能或導致工件過早失效。 

進行去應力退火時，小口徑精密無縫鋼管在一定溫度作用下通過內部局部塑性變形(當應力超過該溫度下材料的屈服強度時)或局部的弛豫過程(當應力小于該溫度下材料的屈服強度時)使殘余應力松弛而達到消除的目的。在去應力退火時，工件一般緩慢加熱至較低溫度(灰口鑄鐵為500～550℃，精密無縫鋼管為500～650℃，有色金屬合金沖壓件為再結晶開始溫度以下)，保持一段時間后，緩慢冷卻，以防止產生新的殘余應力。 

去應力退火并不能完全消除精密無縫鋼管內部的殘余應力，而只是大部分消除。要使殘余應力徹底消除，需將小口徑精密無縫鋼管加熱至更高溫度。在這種條件下，可能會帶來其他組織變化，危及小口徑精密無縫鋼管的使用性能。

根據精密管產生脆性的回火溫度范圍，可分為低溫回火脆性和高溫回火脆性。

精密無縫鋼管低溫回火脆性 合金鋼淬火得到馬氏體組織后，在250～400℃溫度范圍回火使鋼脆化，其韌性一脆性轉化溫度明顯升高。已脆化的精密管不能再用低溫回火加熱的方法消除，故又稱為%26ldquo;不可逆回火脆性%26rdquo;。它主要發(fā)生在合金結構鋼和低合金超高強度精密管等鋼種。已脆化精密管的斷口是沿晶斷口或是沿晶和準解理混合斷口。產生低溫回火脆性的原因，普遍認為：(1)與滲碳體在低溫回火時以薄片狀在原奧氏體晶界析出，造成晶界脆化密切相關。(2)雜質元素磷等在原奧氏體晶界偏聚也是造成低溫回火脆性原因之一。含磷低于0.005%的高純精密管并不產生低溫回火脆性。磷在火加熱時發(fā)生奧氏體晶界偏聚，淬火后保留下來。磷在原奧氏體晶界偏聚和滲碳體回火時在原奧氏體晶界析出，這兩個因素造成沿晶脆斷，促成了低溫回火脆性的發(fā)生。

精密無縫鋼管中合金元素對低溫回火脆性產生較大的影響。鉻和錳促進雜質元素磷等在奧氏體晶界偏聚，從而促進低溫回火脆性，鎢和釩基本上沒有影響，鉬降低低溫回火精密管的韌性一脆性轉化溫度，但尚不足以抑制低溫回火脆性。硅能推遲回火時滲碳體析出，提高其生成溫度，故可提高精密無縫鋼管低溫回火脆性發(fā)生的溫度

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