利用中频电流的电磁感应加热原理来进行油井管的淬火、 回火以及正火 。在美国等发达国家已经属于一种成熟的工艺技术。 感应加热以电作为能源，符合人类社会对环保的要求 。所以也是各国政府鼓励发展的环保型工艺技术开发项目， 同时采用感应加热技术对钢管进行热处理，升温速度快，工作效率高，金属氧化少，现场环境好，生产组织也灵活方便。 节省了燃气加热钢管时炉子升温和降温所需要的时间及能耗。
         无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司为生产高品质油井管并开发油井管的新产品 ，与苏州振吴电炉公司合作，在消化吸收国外钢管感应加热技术的基础上， 经过不断摸索和改进 研制开发出完全国产化的油井管中频感应热处理生产线，目前已经有两条生产线先后投入正常生产， 其中第 1 条生产线经过一年多的试生产和批量生产， 先后加工了Φ60.3、 Φ73.0、 Φ88.9 mm 等规格的加厚和不加厚油管，调质出了 N80 、L80 、C95 和 P110 等钢级的油井管产品， 并通过了中国石油天然气集团公司管材研究所的实物评价试验，被认定为是符合美国石油学会 API Spec 5CT 标准的油井管产品。 另外生产线进行了 Φ88.9 mm ×9.19 mm 钻杆的热处理工艺试验 。随后建设的第 2 条生产线也于 2007 年 10月进入试生产阶段。目前已经批量加工出  Φ60.3,73.0， 88.9 ，114.3 ，139.7 mm 规格 N80 L80、P110 钢级的油管和套管。 油井管感应热处理的钢种包括碳锰钢系列与合金钢系列。
       实践证明，采用中频感应加热技术进行钢管热处理 不仅环境污染小 ，生产组织便捷 ，加工效率高， 而且成本可以达到与燃气加热相当的水平。 如果在用电的低峰期使用 成本更低。 同时 ，如果工艺参数选择合理， 工艺控制得当 ，甚至可以省去矫直工序。 以下主要介绍无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司建设的第 1 条油井管中频热处理生产线。
      感应热处理生产线产品大纲及技术要求
        1 、生产能力 年热处理 6 万t （12 t/h） 油管套管或钻杆
         2 、产品品种 规格
                平式或加厚油管Φ 60.3 mm ×4.83 mm
                                               Φ73.0 mm× 5.51 mm
                                                Φ88.9 mm ×6.45 mm
                                      套管 Φ114.3 mm× 6.35 ~8.56 mm
                                                Φ139.7 mm ×6.20 ~10.54 mm
                                      钻杆 Φ73.0 mm× 9.19 mm
                                                Φ88.9 mm 9.35 mm
                                                Φ127.0 mm ×9.19 mm
     3、 热处理钢管的几何尺寸及规格
           管体外径： 60.3 139.7 mm
                    壁厚： 4.83 10.54 mm
                    长度： 8 12.5 m
             单根钢管最大重量： 350 kg
             油管和钻杆加厚端外径： 65.89 149.23 mm
             加厚端最大壁厚： 20.30 mm
         4 、热处理后钢管钢级： N80、 L80、 C90、P95、 P110 、Q125 等
         5 、原料钢管钢种： 37Mn5 、34Mn6、 38Mn6、42MnMo7 、30Mn2 、27MnCr52、 30CrMo 、33CrMo、35CrMo2、6CrMo4 、29CrMo44 、32CrMo4 等。
           6 、淬火炉加热温度： 850 ~1 000℃
            7 、回火炉加热温度： 600~ 750℃
           8 、淬火方式： 外喷淋，要求在钢管横截面上喷水均匀且有一定角度、 压力、 同时具有管内吹水功能， 保证钢管进回火炉时管内无水。
          9、 其他要求：钢管回火后应进行高压水除鳞。
            工艺概述
            钢管感应热处理的工艺流程与一般传统的燃气加热步进式炉一样 ，但是工作原理和加工工艺却截然不同 ，在燃气式步进炉中，钢管是整体加热 ，而在感应炉中， 钢管是分段逐次前进连续加热， 淬火过程与回火过程也是如此进行。 所以钢管在加热淬火、 回火时 基本是做纵向移动， 螺旋前进的动作， 其余才是做横向移动。 具体加工工艺过程如下。
             根据 API Spec 5CT 标准对油井管的调质要求，油井管管坯由天车吊到上料台架上， 人工外观检查后，使其整齐排列分布。 待生产线各工作岗位进入正常工作状态时， 感应器通电待料 ，变频送料机开始旋转，手动操作，步进上料机工作 。把第 1 根油井管从上料台架出口端平稳地抬起滚送到对齐装置的辊道上 ，变频送料机以设定的速度向前送料 。变频送料机为单辊传动、 速度、 高度可调 ，辊型为专门设计倾斜 15 度，布置的辊式送料机， 具有水平送料纠偏，对中和工件自旋转功能， 其中感应加热线圈之间送料辊和进出口的送料辊材质为耐热钢， 并装有旋转密封内水冷却装置 ，冷却送料辊并使送料辊外表面干燥， 便于油管连续加热 ，其余送料辊材质为耐磨钢， 油管经辊道进入中频淬火加热区， 加热至850~ 1 000℃ 加热区由 1 套 3 000 kW 中频电源和1 套 1 200 kW 中频电源配多组加热感应线圈组成淬火感应加热区， 以保证工件温度的均匀。 在加热线圈的出口处，安装进口的双色比色红外测温仪进行油管加热温度的监测 ，并把信号反馈到中频电源的控制系统 。
          自动调节中频电源的输出功率， 组成闭环控制系统 从而调整钢管加热温度使之控制在允许的误差范围内。加热好的钢管进入喷淋淬火区， 由于工件材质为含碳量 0.3%左右的碳锰钢或中低合金化的铬钼钢铬锰钼钢，适合采用纯水作为淬火介质， 采用环状冷却装置连续将高压水流喷射到加热的钢管表面 ，强喷淋 5~15 s 以实现淬火马氏体的组织转变。 为此 选用 2 套大流量高压水泵 ，压力扬程为125 m/min 水循环量 1 000 m3/h ，总功率在 500kW 以上 从而达到完全淬透管壁所要求的快速均匀冷却的效果， 保证使钢管表面产生的蒸汽膜破坏 ，使钢管迅速达到马氏体转变温度， 全部转变为淬火马氏体 ，不会产生淬火屈氏体， 从而保证回火索氏体组织 。由于喷淋中会有氧化皮和钢管表面的灰尘脱落后进入淬火介质中， 所以淬火介质必须经过沉淀池粗滤， 磁性吸滤， 网过滤等多级处理， 使浊环水清洁干净 ，不堵塞喷嘴， 并可循环使用喷淋区设置隔离挡板， 防止水飞溅 以利于水的回收利用和减少浊环水的损耗 。此外， 还设置防护罩 ，以防水蒸汽喷出， 保证车间的干燥喷淋淬火后的钢管由辊道传送至管内除水段，经气动翻料机把钢管抬放在倾斜台上。 经 5 min 以上的沥水后，再经气动翻料机抬放至回火线辊道上。
          在辊道的传动下进入中频回火感应加热区， 回火加热温度范围一般为 600 ~750 ℃，中频感应加热电源为由 1 900 kW 和 900 kW 2 套多组感应线圈组成的回火感应加热区， 在最后一个感应线圈的出口处安装进口的双色比色红外测温仪，监测油管的温度， 并负责把信号反馈到中频电源 ，自动调节中频电源的输出功率， 以组成闭环控制系统。 经回火后的钢管在辊道上，通过高压水除鳞装置，钢管在高压喷射水的冲刷下达到除鳞效果 。经过除鳞的钢管通过回火区的感应器后， 由气压传动步进翻料机把钢管平稳地抬起 放到冷床上，缓慢旋转滚动 、逐步冷却 ，然后钢管在冷床出口处被收集入筐， 人工捆扎包装吊运至下一工段。
         设备基本构成
          1 、上料部分 。由上料台架、 翻料机构 、纵向旋转送料辊道 、斜辊道等设备组成 。斜辊轮间距1 500 mm 辊道速度可变频调节、 频率调节范围0 ~65 Hz。
         2、 淬火加热部分。 分 2 个区 ，加热区和保温区， 其中加热区有 12 个感应线圈 ，设计功率 2 500kW 频率 ，300 Hz 保温区有 8 个感应线圈 ，设计功率 2500 kW ，频率1000 Hz。
         3、 淬火装置。 2 个封闭喷淋淬火装置、 装有数百只喷嘴 ，形成各不相同的角度向钢管喷出高压水流， 且保证在钢管行进过程中的每一处截面上，淬火水量相等，冷却速度相同， 受热变形均匀， 淬火用水泵 2 台 扬程 125 m/min 流量 520 m3/h。
 回火部分。 分 2 个区 ，加热区和保温区。其中加热区有 7 个感应线圈 ，设计功率1500 kW，频率 200 Hz ，保温区有7个感应线圈，         设计功率1 500 kW ，频率 1000 Hz。
          淬火和回火感应线圈的长度 1 254 mm
          工艺试验情况
          初次工艺试验
             第 1 2 次试验 选择了油井管中最容易加热变形规格最小的油管进行试验，钢管规格为 Φ60.3mm×4.83 mm 生产节奏为 60 s/支 试验数量为 30支 取样 6 支。
           重复性试验
           第 3 5 次试验。 进行重复性试验， 以验证设备与工艺的稳定性， 钢管规格为 Φ60.3 mm ×4.83mm ，生产节奏为 60 s/支 ，试验数量为 59 支。 取样 14 支。
          与此同时， 取 6 支 73 mm 5.51 mm 钢管进行了调质试验 ，钢管的平直度、 表面氧化铁皮情况较Φ 60.3 mm 规格的钢管要好一些。
          验证性试验
            第 6 次试验。 改换产品规格进行试验， 以验证生产线可生产的最大规格油管的热处理效果 钢管规格为Φ 88.9 mm× 6.45 mm 生产节奏为 60 s/支。
          总功率为 4 600 kW （3 350 kW 淬火＋ 1250 kW 回火， 试验数量为 10 支 ，取样 4 支 。
           钻杆感应热处理工艺性能试验
            为检验感应热处理的加热及淬火装置的效果，第 7 次选择加厚的钻杆料进行试验 将 Φ 88.9mm ×9.19 mm 30CrMo 钻杆调质为 G105 钢级。
               由于钢管加厚端壁厚与管体壁厚相差较大， 加上感应加热端部效应， 在淬火和回火过程中加厚端温度与管体温度有很大差异。 因此在钢管加热过程中， 必须注意使钢管进入感应器时，首尾相接。
             高钢级油管的试验及批量生产
           在感应热处理生产线稳定地加工出钢级的平式和加厚油管以后， 又相继进行了等高钢级 、耐腐蚀油管的热处理工艺试验。
由 于钢管加厚端壁厚与管体壁厚相差较大， 加上感应加热端部效应， 在淬火和回火过程中加厚端温度与管体温度有很大差异， 因此在钢管加热过程中， 必须注意使钢管进入感应器时首尾相接高钢级油管的试验及批量生产在感应热处理生产线稳定地加工出钢级的平式和加厚油管以后， 又相继进行了等高钢级、 耐腐蚀油管的热处理工艺试验均获得成功 。目前该生产线运行稳定 ，先后批量加工出等钢级的平式和加厚油管。 无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司建设的第 2条感应热处理线. 自2007 年11 月以来，也在相继通过各种工艺试验后， 批量加工出的油管和套管。 处理的钢管钢级与第 1条线相同。
           存在的问题及解决措施
            由于在手工上料状态下， 不能保证钢管连续进入感应器时首尾相连， 容易造成钢管感应加热时功率分配不均 ，导致钢管温度变化较大。因此 应尽可能避免手工上料 ，而采用自动控制上料 ，以保证钢管首尾相连加热均匀。辊道 ，感应线圈安装时须对中， 否则容易造成钢管在淬火前加热时就有弯曲现象 。辊道需要经常调整校准对中，淬火用的浊环水一定要彻底进行沉淀， 过滤、 去除氧化铁皮和水中杂物 ，以免堵塞淬火喷淋环上的喷嘴。喷淋环上喷嘴的设计 ，必须保证在任意截面上喷嘴出水均匀 ，压力均匀。钢管在进入淬火区和回火区的感应器时必须首尾相接 ，以避免出现端部效应，影响钢管热处理后的性能。
            结 论
            采用中频感应加热方法对钢管进行热处理的工艺技术是完全可行的。碳锰钢系列的30CrMn2钢经中频感应热处理成为L 80 或P110 钢级是完全可以实现的 。铬钼钢系列的钢管更适宜于使用感应加热方式进行热处理。
在对钢管进行中频感应热处理过程中 ，如何保证淬火过程中冷却水喷淋均匀并防止钢管发生弯曲、变形 、螺旋变形的情况及去除钢管表面的氧化皮 ，目前尚需要进一步探讨。
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