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【摘要】 分析提升管两次热加工合并的可行性，给出了具体的热处理工艺方案。
【关键词】 提升管;焊后热处理;烘烤;衬里
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.019
Analysis of Combined Plan of Post-weld Heat Treatment and Lining Baking of Y-section of Riser
WANG Rui，SHAN Wei
（Fushun Research Institute of Technology and Innovation，Fushun 113006，China）
Abstract： Analyze the feasibility of the merger of two thermal processing of the riser，and give a specific heat treatment process plan.
Key words： riser;post-weld heat treatment;baking;lining
1 问题的提出
Y型段是重催装置提升管的重要组成部分，产品规格DN1200mm，材质Q245R，名义厚度38mm。根据GB/T 150.4-2011《压力容器 第四部分：制造、检验和验收》和NB/T 47015-2011《压力容器焊接过程》的要求，该部件需要进行焊后热处理。同时，图纸要求该提升管制造完成后进行衬里涂装，再对衬里进行较高温度的烘烤。这就意味着该设备有两项热加工要求。为减少工序、提高效率、节约能源同时又能保证产品质量，我们组织相关技术人员进行分析，探讨衬里烘烤与焊后热处理合并进行的可行性。
2 需要考虑的因素
合并热加工要求时需要考虑以下两方面的问题。1）衬里烘烤条件能否与焊后热处理要求各参数相结合;2）提升管热处理过程中产生的变形是否会对衬里产生影响、导致衬里出现裂纹以至于影响产品使用功能。
3 衬里烘烤条件与焊后热处理的可行性
3.1 衬里烘烤工艺要求
烘干过程应在炉内进行，最高温度不超过540 ℃，在最高温度时保温时间为24 h。其入炉及出炉温度、升温及降温速率等参数均未作要求。
3.2 相关标准对焊后热处理工艺要求
焊后热处理一般有两种方式：
1）按照NB/T 47015-2011《压力容器焊接过程》中规定的最低保温温度和保温时间，见图1;
2）当低碳钢和某些低合金钢焊后热处理温度低于图1最低温度时，可以采取降低保温温度延长保温时间的方式，见图2。
3.3 衬里烘烤和焊后热处理合并时各参数的符合性
针对该产品具体情况，我们探讨采用第二种热处理方式与烘烤结合的符合性。
3.3.1 保温温度的符合性
提升管材质为Q245R，属于Fe-1-1组，由图1可知，该钢材在低于最低保温温度下延长保温时间来进行焊后热处理是规范允许的。该组材质最低保温温度为600 ℃，图2规定在此温度下允许最大降幅为110 ℃。而设计要求的衬里烘烤温度不大于540 ℃，考虑到炉温的波动性（参考GB/T 9452-2012 《热处理炉有效加热区测定方法》Ⅴ类炉要求），我们设置保温温度为520 ℃，与焊后热处理最低保温温度相比降幅为80 ℃，完全满足标准要求。
3.3.2 保温时间的符合性
在保温温度为520 ℃即降幅为80 ℃的情况下，δPWHT在不大于25 mm时，最短保温时间10 h，考虑到随着厚度值的增加，保温时间增加15 min，即最短保温时间为10.25 h;而设计要求衬里在最高温度时保温时间为24 h，因此我们采用24 h的保温时间后就可以完全满足烘烤和热处理二者的时间要求。
3.3.3 其他参数的符合性
由于设计对衬里烘烤的入炉及出炉温度、升温及降温速率等参数均未要求，因此完全可以按照NB/T 47015-2011中热处理的相关要求进行设置。
3.4 最终热处理方案
热处理方式：炉内热处理;入炉温度：<400 ℃;升温速度：400 ℃以后，加热区升温速度55～140 ℃/h;保温温度：520±20 ℃;保温时间：24 h;降温速度：炉温高于400 ℃时，加热区降温速度55～180 ℃/h;出炉温度：<400 ℃。
保温时，加热区内最高与最低温度之差不宜超过40 ℃，升温及保温时应控制加热区内气氛，防止焊件表面过度氧化。
4 焊后热处理过程中部件的变形控制
该部件焊后热处理的主要目的是消除应力，在消除应力的同时要防止部件变形，一方面是产品质量要求，另一方面也是防止变形对衬里完整性产生影响。
该部件壁厚大，内径小，本身具有较大的刚性约束;热处理在炉内进行，按照GB/T 9452-2012中Ⅴ类炉的要求，其均匀性为±20 ℃，因此炉内温度比较均匀，温差导致的应力可以忽略不计;为了进一步预防变形，我们在部件内部进行米字支撑。考虑到各支撑柱受力的均匀性，米字支撑采用中心板四周焊支撑杆的方式。中心板与支撑板材质与部件筒体相同，支撑柱采用强度不低于筒体的材料制作。
5 最终结果
焊后热处理结束后，部件两端同一断面最大内径与最小内径差、直线度等指标及随炉试板的力学性能指标均符合GB/T 150.4-2011的规定;衬里表面无裂纹，满足图纸要求。在随后的跟踪监测中，该部件运行良好，未出现质量问题。
6 结论
在满足图纸和相关标准的前提下，将提升管的兩项热加工过程合并进行是可行的，既提高了工作效率，又避免了两次进炉热加工可能导致的晶粒粗大现象，同时也避免了多次运输及吊装过程中产生的变形。此方案的成功实施也为将来类似产品起到一定的参考作用。
【参考文献】
[1] 压力容器 第四部分：制造、检验和验收：GB/T 150.4-2011[S].
[2] 压力容器焊接过程：NB/T 47015-2011[S].
[3] 热处理炉有效加热区测定方法：GB/T 9452-2012[S].
【作者简介】
王蕊（1974-），女，工程师，学士，研究方向为产品检验。
单薇（1973-），女，研究员，学士，研究方向为科技创新软课题研究。
【关键词】 提升管;焊后热处理;烘烤;衬里
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.019
Analysis of Combined Plan of Post-weld Heat Treatment and Lining Baking of Y-section of Riser
WANG Rui，SHAN Wei
（Fushun Research Institute of Technology and Innovation，Fushun 113006，China）
Abstract： Analyze the feasibility of the merger of two thermal processing of the riser，and give a specific heat treatment process plan.
Key words： riser;post-weld heat treatment;baking;lining
1 问题的提出
Y型段是重催装置提升管的重要组成部分，产品规格DN1200mm，材质Q245R，名义厚度38mm。根据GB/T 150.4-2011《压力容器 第四部分：制造、检验和验收》和NB/T 47015-2011《压力容器焊接过程》的要求，该部件需要进行焊后热处理。同时，图纸要求该提升管制造完成后进行衬里涂装，再对衬里进行较高温度的烘烤。这就意味着该设备有两项热加工要求。为减少工序、提高效率、节约能源同时又能保证产品质量，我们组织相关技术人员进行分析，探讨衬里烘烤与焊后热处理合并进行的可行性。
2 需要考虑的因素
合并热加工要求时需要考虑以下两方面的问题。1）衬里烘烤条件能否与焊后热处理要求各参数相结合;2）提升管热处理过程中产生的变形是否会对衬里产生影响、导致衬里出现裂纹以至于影响产品使用功能。
3 衬里烘烤条件与焊后热处理的可行性
3.1 衬里烘烤工艺要求
烘干过程应在炉内进行，最高温度不超过540 ℃，在最高温度时保温时间为24 h。其入炉及出炉温度、升温及降温速率等参数均未作要求。
3.2 相关标准对焊后热处理工艺要求
焊后热处理一般有两种方式：
1）按照NB/T 47015-2011《压力容器焊接过程》中规定的最低保温温度和保温时间，见图1;
2）当低碳钢和某些低合金钢焊后热处理温度低于图1最低温度时，可以采取降低保温温度延长保温时间的方式，见图2。
3.3 衬里烘烤和焊后热处理合并时各参数的符合性
针对该产品具体情况，我们探讨采用第二种热处理方式与烘烤结合的符合性。
3.3.1 保温温度的符合性
提升管材质为Q245R，属于Fe-1-1组，由图1可知，该钢材在低于最低保温温度下延长保温时间来进行焊后热处理是规范允许的。该组材质最低保温温度为600 ℃，图2规定在此温度下允许最大降幅为110 ℃。而设计要求的衬里烘烤温度不大于540 ℃，考虑到炉温的波动性（参考GB/T 9452-2012 《热处理炉有效加热区测定方法》Ⅴ类炉要求），我们设置保温温度为520 ℃，与焊后热处理最低保温温度相比降幅为80 ℃，完全满足标准要求。
3.3.2 保温时间的符合性
在保温温度为520 ℃即降幅为80 ℃的情况下，δPWHT在不大于25 mm时，最短保温时间10 h，考虑到随着厚度值的增加，保温时间增加15 min，即最短保温时间为10.25 h;而设计要求衬里在最高温度时保温时间为24 h，因此我们采用24 h的保温时间后就可以完全满足烘烤和热处理二者的时间要求。
3.3.3 其他参数的符合性
由于设计对衬里烘烤的入炉及出炉温度、升温及降温速率等参数均未要求，因此完全可以按照NB/T 47015-2011中热处理的相关要求进行设置。
3.4 最终热处理方案
热处理方式：炉内热处理;入炉温度：<400 ℃;升温速度：400 ℃以后，加热区升温速度55～140 ℃/h;保温温度：520±20 ℃;保温时间：24 h;降温速度：炉温高于400 ℃时，加热区降温速度55～180 ℃/h;出炉温度：<400 ℃。
保温时，加热区内最高与最低温度之差不宜超过40 ℃，升温及保温时应控制加热区内气氛，防止焊件表面过度氧化。
4 焊后热处理过程中部件的变形控制
该部件焊后热处理的主要目的是消除应力，在消除应力的同时要防止部件变形，一方面是产品质量要求，另一方面也是防止变形对衬里完整性产生影响。
该部件壁厚大，内径小，本身具有较大的刚性约束;热处理在炉内进行，按照GB/T 9452-2012中Ⅴ类炉的要求，其均匀性为±20 ℃，因此炉内温度比较均匀，温差导致的应力可以忽略不计;为了进一步预防变形，我们在部件内部进行米字支撑。考虑到各支撑柱受力的均匀性，米字支撑采用中心板四周焊支撑杆的方式。中心板与支撑板材质与部件筒体相同，支撑柱采用强度不低于筒体的材料制作。
5 最终结果
焊后热处理结束后，部件两端同一断面最大内径与最小内径差、直线度等指标及随炉试板的力学性能指标均符合GB/T 150.4-2011的规定;衬里表面无裂纹，满足图纸要求。在随后的跟踪监测中，该部件运行良好，未出现质量问题。
6 结论
在满足图纸和相关标准的前提下，将提升管的兩项热加工过程合并进行是可行的，既提高了工作效率，又避免了两次进炉热加工可能导致的晶粒粗大现象，同时也避免了多次运输及吊装过程中产生的变形。此方案的成功实施也为将来类似产品起到一定的参考作用。
【参考文献】
[1] 压力容器 第四部分：制造、检验和验收：GB/T 150.4-2011[S].
[2] 压力容器焊接过程：NB/T 47015-2011[S].
[3] 热处理炉有效加热区测定方法：GB/T 9452-2012[S].
【作者简介】
王蕊（1974-），女，工程师，学士，研究方向为产品检验。
单薇（1973-），女，研究员，学士，研究方向为科技创新软课题研究。