管道类大型工件热处理方法与流程

本发明涉及热处理领域，尤其涉及一种管道类大型工件热处理方法。

背景技术：

管道类大型工件是核电、火电、石油化工等领域的重要部件，热处理是改善管道类大型工件组织、提高力学性能、降低残余应力的关键手段。但是管道工件的管体和管体上的接管嘴的厚度往往不同，因而热处理过程当中由于厚薄部位升温速度不同，导致管道工件的不同部位温度不均，会产生热应力、变形、开裂，甚至报废；为了壁厚的部位充分加热，会使壁薄的部位保温时间过长，使晶粒粗大，降低管道工件的性能和使用寿命。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种管道类大型工件热处理方法，能够实现管道工件的不同厚度部位处加热时温度的均匀性而提高管道工件的质量、性能和使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提供了一种管道类大型工件热处理方法，包括步骤：S1：测量管道工件的壁厚；将壁厚最厚的部位定义为厚壁，壁厚为dmax，非壁厚最厚的部位均定义为薄壁，共有N处薄壁，第i处薄壁的壁厚为di，i＝1,...,N，N≥1；S2：根据步骤S1中得到的厚壁的壁厚dmax和第i处薄壁的壁厚di，用绝热材料覆盖管道工件的各处薄壁的内表面和/或外表面；S3：将经过步骤S2处理后的管道工件放入热处理炉中进行热处理。

本发明的有益效果如下：

在根据本发明的管道类大型工件热处理方法中，在对管道工件热处理之前，对管道工件的各薄壁的内表面和/或外表面覆盖绝热材料进行绝热处理以降低管道工件的薄壁部位的温升速度，缩短了薄壁部位的保温时间，缩小管道工件的薄壁部位与厚壁部位加热后的温差，使管道工件在加热后整体温度分布较为均匀，实现管道工件的不同厚度部位处加热时温度的均匀性，以降低工件的热应力、裂纹倾向以及变形，从而提高管道工件的质量、性能和使用寿命。

附图说明

图1是根据本发明的管道类大型工件热处理方法下的常规的管道工件的示意图，其中用绝热材料覆盖薄壁部位的内表面且管道工件具有一个接管嘴；

图2是根据本发明的管道类大型工件热处理方法的以全空的空白网格和绝热材料网格间隔布置的网格状的绝缘材料展开的平面示意图；

图3是图1的管道工件的剖视图；

图4是根据本发明的管道类大型工件热处理方法下热处理炉的炉温升至1100℃过程中某一时刻一实施例的管道工件的温度分布效果图，其中管道工件具有两个接管嘴；

图5是根据现有技术的方法下热处理炉的炉温升至1100℃过程中某一时刻图4的实施例的管道工件的温度分布效果图；

图6是根据本发明的管道类大型工件热处理方法与根据现有技术的方法下的图4的实施例的管道工件的的厚壁和薄壁分别具有代表性的一点处的加热曲线以及厚壁和薄壁具有代表性的两点之间的温差曲线图；

图7是根据本发明的管道类大型工件热处理方法下热处理炉的炉温升至1100℃过程中某一时刻图4的实施例的管道工件的等效应力分布效果图，其中仅示出管道工件的左侧的接管嘴及其附近的等效应力分布；

图8是根据现有技术的方法下热处理炉的炉温升至1100℃过程中某一时刻图4的实施例的管道工件的等效应力分布效果图，其中仅示出管道工件的左侧的接管嘴及其附近的等效应力分布；

图9是根据本发明的管道类大型工件热处理方法与根据现有技术的方法下的图4的实施例的管道工件的左侧的接管嘴的根部的两点的等效应力随时间变化的曲线图。

其中，附图标记说明如下：

1 管道工件

11 接管嘴

12 主管道主体

2 绝热材料

21 空白网格

22 绝热材料网格

具体实施方式

下面参照附图来详细说明根据本发明的管道类大型工件热处理方法。

参照图1至图9，本发明的管道类大型工件热处理方法包括步骤：

S1：测量管道工件1的壁厚；将壁厚最厚的部位定义为厚壁，壁厚为dmax，非壁厚最厚的部位均定义为薄壁，共有N处薄壁，第i处薄壁的壁厚为di，i＝1,...,N，N≥1；

S2：根据步骤S1中得到的厚壁的壁厚dmax和第i处薄壁的壁厚di，用绝热材料2覆盖管道工件1的各处薄壁的内表面和/或外表面；

S3：将经过步骤S2处理后的管道工件1放入热处理炉中进行热处理。

在根据本发明的管道类大型工件热处理方法中，在对管道工件1热处理之前，对管道工件1的各薄壁的内表面和/或外表面覆盖绝热材料2进行绝热处理以降低管道工件1的薄壁部位的温升速度，缩短了薄壁部位的保温时间，缩小管道工件1的薄壁部位与厚壁部位加热后的温差，使管道工件1在加热后整体温度分布较为均匀，实现管道工件1的不同厚度部位处加热时温度的均匀性，以降低工件的热应力、裂纹倾向以及变形，从而提高管道工件1的质量、性能和使用寿命。

参照图1至图3，步骤S2的具体过程为：将第i处薄壁的壁厚di与厚壁的壁厚dmax进行比较，当第i处薄壁的壁厚di满足时，绝热材料2以全空的空白网格21和绝热材料网格22间隔布置的网格状覆盖第i处薄壁部位的内表面以及外表面；当第i处薄壁的壁厚di满足绝热材料2以全空的空白网格21和绝热材料网格22间隔布置的网格状覆盖第i处薄壁部位的内表面和外表面中的其中之一；当第i处薄壁的壁厚di满足时，用绝热材料2完全覆盖第i处薄壁部位的内表面或者外表面或者覆盖第i处薄壁部位的内表面和外表面中的各二分之一。

在根据本发明的管道类大型工件热处理方法中，覆盖第i处薄壁的网格状的绝热材料2中的绝热材料网格22所占面积占第i处薄壁的内外总表面积的占比r满足公式：r＝(1-di/dmax)。可以根据此公式来设计网格状的绝热材料2，安排绝热材料2中全空的空白网格21和绝热材料网格22的布置方式。

如图1和图3所示，网格状绝热材料2以全空的空白网格21和绝热材料网格22均匀地间隔布置。

其中，网格状绝热材料2的面积为10～100mm×10～100mm。

绝热材料2选自硅酸铝纤维、耐热结合剂、石棉以及矿渣棉中的一种或多种。其中，耐热结合剂可为蛭石。

为了防止绝热材料2脱落，绝热材料2由耐高温支撑器材压贴在各处薄壁的内表面和/或外表面上。

在这里需要补充说明的是，管道工件1的接管嘴11的数目不受限制，可为一个也可为多个，不影响技术效果。如图1和图3所示，常规的管道工件1一般具有一个接管嘴11，图4和图5以及图7和图8所示的一实施例的管道工件1具有两个接管嘴11。

参照图4至图9，对根据本发明的管道类大型工件热处理方法下的实施例的管道工件1，为了方便说明，简化管道工件1仅示出管道工件1的主管道主体12和接管嘴11，该实施例中的接管嘴11为两个，管道工件1的主管道主体12的壁厚为41.5mm，接管嘴11的厚度为83mm，管道工件1的主管道主体12的壁为薄壁，接管嘴11的壁为厚壁。在放入热处理炉中热处理之前，用绝热材料2覆盖主管道主体12的内壁的表面，然后将处理好的管道工件1放入热处理炉进行热处理。热处理炉内的炉温以1.5℃·min^-1的速度由室温匀速升温至600℃，保温5h，然后再以2.5℃·min^-1的速度匀速升温至1100℃，保温13h至管道工件1的整体温度达到1100℃。如图4所示，采用本发明的管道类大型工件热处理方法下的主管道主体12的中部与接管嘴11的中部的温差小，而如图5所示，采用现有技术的方法下的主管道主体12的中部与接管嘴11的中部的温差显著。且如图6中的曲线#2所示，采用现有技术的主管道主体12的中部和接管嘴11的中部的温差很大，最大为80℃，而如图6中的曲线#3所示，采用本发明的管道类大型工件热处理方法后，其温差降至10℃以内，因此本发明的管道类大型工件热处理方法在改善管道工件1热处理过程中温度均衡性方面十分有效。如图7所示，以管道工件1的左侧的接管嘴11的等效应力分布为例，采用本发明的管道类大型工件热处理方法的左侧的接管嘴11以及左侧的接管嘴11和主管道主体12的连接部位的应力分布均匀且应力值低；而如图8所示，采用现有技术的方法的左侧的接管嘴11以及左侧的接管嘴11和主管道主体12的连接部位的应力分布不均且应力值高。同时参照图9，采用本发明的管道类大型工件热处理方法的左侧的接管嘴11的根部的两点(即可对照图3中的管道工件1的接管嘴11的根部的A点和B点)的等效应力值低，最大值分别为35.9MPa和23.0MPa；而采用现有技术的方法下的左侧的接管嘴11的根部的两点的等效应力值较大，最大值分别为115.7MPa和63.0MPa。因此本发明的管道类大型工件热处理方法在降低管道工件1的热应力方面十分有效。