热处理工艺对冷热成形U形管性能的影响论文_江克1,周玉1,陈明健2,毛之鉴3

1.巢湖学院 安徽巢湖 238000；2.合肥通用机械研究院 安徽合肥 230031；3.中国石化扬子石油化工有限公司物资装备部 江苏南京 210048

摘要：本文主要研究不同热处理工艺对U形管冷、热两种弯曲成形管性能的影响，对比分析化学成分、常温拉伸及硬度值，结果显示冷弯管应经过消应力提高性能，热弯管应经过正火+回火提高性能。

关键词：U形管；冷弯；热弯、拉伸性能；

1引言

U形管普遍运用于电力、石油化工及建筑行业，其成形工艺主要包括滚弯与中频煨弯两种。滚弯冷成形在制造大弯曲半径管件方面优势明显[1]，主要通过连续位移动作，使钢管局部应受压而产生塑性变形，需经过多道工序成形，能够有效控制弯管外侧壁厚减薄，但弯管截面形状相对较差。具有生产效率较低，但耗能小的特点。热弯成形通过中频感应装置对钢管进行连续加热、弯曲及冷却操作，在不使用模具及填充物情况下就能够有效控制弯管截面形状，对截面椭圆度要求较高的弯管制造适用性较强，但往往由于推进速率、冷却方式、热弯温度等参数的控制不当，导致U形管发生过烧、褶皱以及材料性能恶化等情况，对后续热处理及验收检验提出更高要求。具有生产效率高，但耗能大的特点。因此，研究对比大弯曲半径U形管的冷、热成形制造技术，提高U形管成形质量意义重大。

本文通过实验弯曲样管，进行不同热处理工艺处理，试验对比研究U形管成形后以及不同热处理参数处理下材料的力学性能与硬度值变化情况，为U形管的设计及制造提供参考。

2试验用钢管

钢管材质ASTMA335P9，公称尺寸为Φ114.3×6.02mm。分别取样进行化学成分分析，如表1所示，各元素含量基本相同，无明显偏差。冷、热两种工艺模拟成形实验的弯曲半径及弯曲率均相同，分别为R=1525mm，R/D=13.3。

3热处理工艺

U形管弯曲半径较大，弯曲外侧最大计算延伸率在4.1%，根据ASMEB 31.3-2012[2]，P9材质钢管冷弯成形后可不进行热处理，热弯成形后推荐回火热处理（温度范围740～760℃），而SH/T3065-2005[3]则推荐热弯管应进行正火（≥900℃）+回火（≥675℃）热处理。在冷弯成形过程中由于变形而产生应力集中情况，选择对冷弯管进行消除应力热处理，热处理温度690℃，保温时间90min。对热弯管分别进行回火（720℃，90min）、正火（925℃，10min）+回火（790℃，60min）热处理，对比研究不同热处理工艺下U形管的性能。

4常温拉伸性能试验结果

对冷弯后（L-O）、消除应力热处理后（L-T），中频热弯后（R-O）、回火热处理后（R-T）、正火+回火热处理后（R-N+T）共5种状态下的U形管进行常温拉伸试验，由于U形管管径及壁厚偏小，根据ASTMA370标准，常温拉伸试样采用小尺寸试样，取样位置均在弯管中性线部位。试验设备形号为微机控制电液伺服万能试验机（KQS-600B）。

表2为5种状态下U形管常温拉伸性能试验结果。消应力热处理后U形管抗拉强度略高于冷弯后，屈服强度与伸长率无明显差异。热弯后U形管强度严重偏高，塑性偏低，超出标准规定值范围较大，不具备使用条件。回火工艺下的U形管强度明显大于正火+回火，且结果偏高。由于强度偏高相对应塑性偏低[4]，在满足标准规定要求条件下，热弯管正火+回火比回火热处理常温拉伸性能更优。

5硬度值

检测不同状态下U形管硬度值。选择弯管的弯曲外侧、内侧及中性线共三个部位，分别取样（规格15×15mm）进行3次测定。硬度检测设备为HVS-10形数显维氏硬度计，试验力10Kgf，保荷时间10S。试验结果如下表3所示。根据标准ASMEB31.3-2012、SH/T3065-2005及DIN50150硬度换算表，P9弯管热处理后硬度值应分别小于255HV与217HV。

检测结果显示冷弯后与消应力热处理后U形管内、外侧变形区域与中性层区域硬度无明显差异，结果均满足ASMEB31.3-2012要求。热弯后U形管硬度值严重偏高，经热处理后硬度值均满足对应标准要求，且三个部位硬度值无明显差异。由于正火+回火工艺下的回火温度（790℃）高于回火工艺下温度（720℃），相对应其硬度值下降，根据表2、3，硬度值偏大，对应其强度值也偏高，结果符合材料热处理规律[5]。因此，在满足标准规定要求条件下，热弯管可适当提高回火温度能够有效控制U形弯管硬度值，降低P9管过高的强度。

6总结

1）冷弯及消除应力热处理后两种状态下U形管的常温拉伸性能、硬度值、金相组织检验结果无明显差异。为消除冷成形所产生的应力集中，建议冷成形后将U形管进行消应力热处理。

2）热弯后U形管性能较差，必须通过热处理改善性能，采用SH/T 3065-2005推荐的正火+回火处理后U形管整体性能更优，提供回火温度后，硬度及强度降低，塑性提高。

参考文献

[1]吴振亭,李顾红.薄壁不锈钢管件滚弯成形工艺有限元分析[J].热加工工艺,2009,38(5):65-68.

[2]ASMEB31.3-2012.ProcessPiping[S].

[3]SH/T3065-2005.石油化工管式炉急弯弯管技术标准[S].

[4]刘宗昌,任慧平,郝少祥.金属材料工程概论[M].北京：冶金工业出版社,2007.

[5]沈保罗,李莉,岳昌林.钢铁材料抗拉强度与硬度关系综述[J].现代铸铁,2012,01(6):93-95.

论文作者:江克1,周玉1,陈明健2,毛之鉴3

论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期

论文发表时间:2018/12/12

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