浙江至德鋼業有限公司通過固溶熱處理原理和方法的分析，結合具體驗證性試驗與檢驗得出結論，電阻加熱法可以實現不銹鋼U型管彎管段的固溶熱處理。

一、固溶熱處理的原理

 奧氏體的晶間腐蝕是一種局部腐蝕，已經腐蝕的不銹鋼，表面看不出缺陷，但是經不起內壓、外壓以及介質的腐蝕，甚至輕擊便會破損，更不可用于壓力容器。晶間腐蝕屬于微觀結構的破壞，不易檢查，會造成設備的突然損毀，危害極大。由于450~850℃為敏化溫度范圍，根據材料溫度有差異，使用時，可以將溫度控制在450℃以下，在此范圍內不會產生Cr23C6；固溶時，可將溫度提高到850℃以上，提高鉻的擴散速度，使鉻在晶界和碳充分結合，避免形成貧鉻區，降低發生晶間腐蝕的幾率。在敏化溫度中，650℃最為危險，所以在固溶的升溫和冷卻階段一定要快，盡量避開這個溫度區間，防止奧氏體不銹鋼在固溶過程中發生晶間腐蝕。所以提高加熱和冷卻速度是做好固溶處理的關鍵點。

 常溫下碳化物在奧氏體中的溶解度很小，隨著溫度升高碳化物溶解度增加，在1050℃以上時碳化物完全融入奧氏體中，迅速冷卻能獲得過飽和的奧氏體組織，這個過程稱為固溶熱處理。固溶熱處理的溫度一般控制在1050~1150℃之間，可在工程中實現。

二、固溶熱處理措施

 根據廠內熱處理設施和條件，不銹鋼U型管彎管段的固溶熱處理的技術攻關共制定2套方案，一是采取常規的熱處理方式，進行爐內固溶處理；二是采取低電壓超高電流的電阻加熱法進行熱處理，兩種方法逐一試驗。

 1. 爐內固溶熱處理

  a. 固溶熱處理方案介紹

  將彎制好的奧氏體不銹鋼換熱管加固捆扎結實，用行車吊入電加熱爐，用巖棉封堵爐門（換熱管直管段留在外部，通過熱傳導散熱明顯），進行加熱，加熱溫度須達到1050℃~1150℃范圍內，然后迅速放入冷卻池進行快速水冷，完成固溶熱處理。再從彎管段截取試樣進行晶粒度、硬度、晶相分析、力學性能等驗證性試驗，檢驗固溶后換熱管的各項性能。

  b. 具體實施過程中存在問題

   ①. 由于換熱管的直管段均留在加熱爐外部，加熱U型彎管段時，熱傳導存在，爐內溫度和U型彎管段溫度很難達到1050~1150℃，最終溫度停留在950℃，再也升不上去了。

   ②. 試驗加熱時間過長，超過24小時，加熱過程在450~850℃之間停留時間過長，奧氏體不銹鋼材料出現晶間腐蝕問題。

   ③. 即使溫度達到要求，在冷卻階段的吊運存在問題。達到溫度后，換熱管剛度急劇下降，在自重作用下即彎曲變形，再加上換熱管間擠壓變形，不能滿足制造要求。

 2. 電阻加熱法

  a. 電阻加熱法具體原理

   電阻加熱法是采用自動埋弧焊機的碳弧氣刨擋，其產生的電阻熱對U型管彎管段進行加熱實現固溶熱處理，此彎曲段作為導體，一個U型換熱管彎曲段包括U型段和2個至少150mm的直管段。其電阻R和電流I按下式計算：R=ρl/S，I=U/R；式中R為電阻，Ω；l為換熱管長度，m；S為換熱管作為導體的環形截面，㎡；ρ為電阻率，Ω·m；I為電流，A；U為電壓，V。

  b. 電阻加熱法試驗方案

  先確定自動埋弧焊接的連接方式，制作簡單工裝對電阻加熱法進行驗證，主要確認其升溫速度、達到溫度范圍、冷卻方式等是否能滿足固溶熱處理工藝要求；接著進行細節優化，對各部分工裝進行設計及優化，選擇既經濟又方便操作的工裝；然后對冷卻方式進行確定，選擇安全可靠的，又能滿足要求的冷卻方式；最后按照GB/T4334—2008對熱處理成品進行晶間腐蝕E法試驗、力學性能試驗、按照GB/T3298—2015進行金相分析等，以驗證和確定固溶熱處理的方法是否達到要求，工作原理如圖1所示。

  c. 自動埋弧焊機的連接方式確定

  電阻加熱法的特點是低電壓高電流，最大電流達到2200A，峰值電流3000A，需要加熱源有足夠的耐電流性能。單臺埋弧焊機的耐壓電壓值為1500A，為確保埋弧焊機的安全性，用3臺埋弧焊接并聯，以負荷更高的電流。如此高的電流，連接導線也必須有足夠高的載流量，選擇雙根95mm2的銅導線，防止導線在運行過程中發熱。

 d. 驗證性試驗

 制造簡單工裝對電阻加熱法進行試驗性驗證。三臺埋弧焊機并聯連接完好；用電焊機接地鉗制作簡易加持電極，電極上配備1000A紫銅接線柱；溫度測量用鋁制熱電偶，并配有溫度顯示裝置；固溶熱處理后，進行水冷，配有冷卻水池。利用以上設施，進行驗證。

 驗證性試驗，選擇彎管半徑R1000，加熱到1051℃，用時37S（時間繼電器顯示），冷卻用時45S（秒表顯示）。通過驗證性試驗，得出結論，電阻加熱法可以實現U型管彎管段的固溶熱處理。在隨后的工作中，必須對溫度測量、加持電極、布管方式以及冷卻方式的安全性和穩定性進行優化細化。

三、結束語

 不銹鋼U型管彎管段固溶熱處理對奧氏體不銹鋼至關重要，利用現有設備可以完成S30408、S30403、S31603、S31608等材質規格φ25×2.5、φ19×2的奧氏體不銹鋼換熱管U型段的固溶熱處理，充分保證了抗腐蝕性能。該工藝的成功應用，充分體現了工藝的安全性，可行性和可靠性。