CN100547276C - 汽轮发电机用奥氏体无缝不锈钢矩形通水管的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽轮发电机用奥氏体无缝不锈钢矩形通水管的加工方法，它是按照热轧圆钢、连续挤压圆管、无芯棒拉制椭圆管、短芯棒拉制矩形管、固溶退火成品的加工步骤依次加工，通水管所采用的不锈钢按质量百分比包括碳≤0.030%、硅≤1.0%、锰≤2.0%、硫≤0.030%、磷≤0.035%、铬18.00～20.00%、Ni9.0～13.0%、稀土元素Re0.002～0.008%、银0.001～0.005%、余量为铁和杂质，其中稀土元素为由40～45%的铈、40～45%的镧、余量钇按质量百分比组成的混合物，所加工出的通水管强韧性能好、耐蚀性强、导磁率低，是1000MW级汽轮发电机定子通水管的理想材料。

Description

汽轮发电机用奥氏体无缝不锈钢矩形通水管的加工方法

技术领域

本发明涉及一种用于1000MW级超超临界汽轮发电机的高强度、耐蚀性能强的奥氏体无缝不锈钢矩形通水管的加工方法。

背景技术

目前发电机的制造正在向大容量、环保型、高效、低成本化方向发展，因而对其关键部件定子水内冷管即通水管的强度、耐蚀、导磁率等性能及质量要求越来越高，成本要求越来越低。原先在容量为300MW、600MW等汽轮发电机中广泛应用的紫铜空心导线由于强度、耐蚀性能差、附加损耗大、成本高等缺点而不能满足1000MW级超超临界汽轮发电机的要求。

1000MW级超超临界汽轮发电机长期处于高速运转状态，定子线棒由空心通水管和实心股线编织换位540°组合而成，且容易发热，需长期处于通水状态，因此要求通水管强韧性能好、耐蚀性能强、附加损耗低、成本低，通过分析各种材料的性能可知，奥氏体不锈钢是1000MW级超超临界汽轮发电机定子水内冷管的理想材料，但是采用传统的奥氏体不锈钢管加工方法即：采用钢锭热轧(或热挤压)成钢管，再通过冷轧或冷拉进行减径减壁与固溶退火，最后获得所需要的成品管，由于在热轧或热挤压时受加工温度、变形率及冷加工的道次加工率等方面的影响，使得管材的导磁率与晶界腐蚀不能达到上述1000MW级超超临界汽轮发电机用定子通水管的技术要求，而且传统的不锈钢管冷拉工艺受芯棒结构、材质及润滑工艺的制约，在拔制截面尺寸为宽度10～18mm、厚度4～8mm、壁厚0.8～1.5mm的小截面矩形管时阻力很大，内外表面质量及尺寸精度达不到使用要求，同时由于冷拉形成的缺陷还大大降低了管材的综合性能。

如中国专利03119950.X《耐水蒸汽氧化性优良的奥氏体系不锈钢管及其制造方法》公开的一种耐水蒸气氧化性优良的奥氏体系不锈钢管成分为含C：0.03-0.12％，Si：0.1-0.9％，Mn：0.1-2％，Cr：15-22％，Ni：8-15％，Ti：0.002-0.05％，Nb：0.3-1.5％，sol.Al：0.0005-0.03％，N：0.005-0.2％和O(氧)：0.001-0.008％，其余部分由Fe和杂质构成，加工工艺为：①将管坯在1100-1350℃下保持加热后，以0.25℃/秒以上的冷却速度进行冷却；②在500℃以下的温度区域进行截面减少率10％以上的塑性加工；③在1050℃-1300℃的温度范围内且比所述工序①中的加热温度低10℃以上的温度下，保持加热后进行冷却或按另一种加工工艺：④将原料钢加热到1100℃-1350℃；⑤通过热轧加工形成钢管；⑥在0.25℃/秒以上的冷却速度冷却成形后的钢管；⑦在500℃以下的温度区域进行截面减少率10％以上的塑性加工；⑧在1050-1300℃范围内的温度下，而且在以上述工序④中的加热温度低10℃以上的温度下保持加热后进行冷却。这种成分的不锈钢管C含量≥0.03％，极易可能形成Cr23C6等碳化物，造成周围地区贫铬，贫铬的晶界与晶粒本体间的电位差形成小阳极大阴极的电偶腐蚀，使晶界物质受到严重腐蚀，同时该专利申请文件中提出的在500℃以下的温度区域进行截面减少率10％以上的塑性加工工序，在实际生产本成分的奥氏体不锈钢矩形管时，当单道次加工率超过13％时管材导磁率会严重超过本产品的技术要求，另外，采用上述工艺生产1000MW级汽轮发电机用奥氏体无缝不锈钢矩形通水管具有工序多、成品率低、成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术工序多、成本高、成品率低，加工后产品晶间腐蚀不合格、磁导率偏高、尺寸偏差大、表面质量差的缺点，提供一种工序少、成本低、成品率高、操作便捷、工艺稳定，集加热、穿孔变形为一体的1000MW级超超临界汽轮发电机用奥氏体无缝不锈钢矩形通水管的加工方法。

本发明的具体技术方法是：一种汽轮发电机用奥氏体无缝不锈钢矩形通水管的加工方法，它包括以下具体步骤：

1、热轧圆钢：将原料钢坯在1160～1300℃温度下通过热轧成Φ13～20mm圆钢；

2、连续挤压圆管：将热轧成的Φ13～20mm圆钢剥皮后通过连续挤压机在挤压机仪表显示温度为880℃～920℃条件下以20～60米/小时的挤出速度连续光亮挤压成Φ10～18mm、壁厚0.8～1.6mm的圆管，并根据工艺要求进行定尺锯切；

3、无芯棒拉制椭圆管：将Φ10～18mm、壁厚0.8～1.6mm的定尺圆管采用复合润滑剂无芯棒拉制成短轴7～14mm、长轴12～19mm的椭圆管，无芯棒拉制椭圆管的加工率控制在5～13％；

4、短芯棒衬芯拉制矩形管：将椭圆管采用复合润滑剂短芯棒衬芯拉制成宽度10～18mm、厚度4～8mm、壁厚0.8～1.5mm的小截面矩形管，衬芯拉制矩形管的加工率控制在2～10％；

5、固溶退火成品矩形管：将拉制好的矩形管采用连续辊底式光亮退火炉进行退火，退火温度控制在1090～1150℃，矩形管在退火炉中的行进速度控制在15～25米/小时。

在步骤1中，原料钢是采用质量百分含量为：碳≤0.030％、硅≤1.0％、锰≤2.0％、硫≤0.030％、磷≤0.035％、铬18.00～20.00％、镍9.0～13.0％、稀土元素Re 0.002～0.008％、银0.001～0.005％、余量为铁和杂质的奥氏体不锈钢，其中稀土元素Re为铈、镧、钇组成的混合物，三者质量百分含量为：铈40～45％、镧40～45％、钇余量；

在步骤2中，由于传统的热挤压不锈钢管需要专门的加热炉加热至1150～1300℃之间进行挤压，能耗大，重复操作多而繁琐，工装、模具容易损耗，产品切头去尾多，成品率不高，所以本发明采用连续挤压法将Φ13～20mm圆钢剥皮后连续挤压成Φ10～18mm、壁厚0.8～1.6mm的圆管，连续挤压过程中，圆钢通过晶粒破碎、变形、动态再结晶从而获得内外表面光洁、尺寸精确、晶粒度在6级以上的高质量圆管。为保证连续挤压时圆钢晶粒破碎完全，变形容易，动态再结晶充分，应尽量提高挤压温度，因此本发明中连续挤压时仪表显示温度应控制在880～920℃，实际工件温度可达到1200～1250℃，同时由于材料强度大、硬度高、塑性差，根据金属塑性加工原理，并防止材料冲坏工装、模具，连续挤压时控制挤出速度在20～60米/小时，圆管挤出模具后根据工艺要求进行定尺锯切。

在步骤3中，由于从圆管直接拉制矩形管时截面变化率大，金属流动极不均匀，变形困难，因此先将圆管采用无芯棒(即空拉)拉制成与矩形成品形状、尺寸相对较为接近的椭圆管，由于管材截面尺寸小，长度长，表面质量要求高，为减小拉制阻力，保证产品表面质量，本工序拉制时采用复合润滑剂润滑，复合润滑剂中各组分的质量百分含量为牛油3～5％、二硫化钼30～50％、PS6040拉伸油5～10％、余量为熟石灰。由于加工率大，不仅会加大拉制阻力，造成管材变形不均，形成裂纹等缺陷，同时还会诱发马氏体相变的产生，从而使管材的导磁率、晶界腐蚀等各项性能不合格，因此本工序加工率控制在5～13％。

步骤4是将椭圆管进一步拉制成横截面尺寸为：宽度10～18mm、厚度4～8mm、壁厚0.8～1.5mm的小截面矩形管，为保证矩形管的尺寸精确，内外表面质量光洁度达到要求，本工序采用短芯棒衬芯拉制，拉制时采用复合润滑剂润滑，复合润滑剂中各组分的质量百分含量为：牛油3～5％、二硫化钼30～50％、PS6040拉伸油5～10％、余量为熟石灰；由于加工率大不仅会加大拉制阻力，造成管材变形不均，形成裂纹等缺陷，同时还会增加马氏体相变的产生，从而使管材的导磁率、晶界腐蚀等各项性能不合格，因此本工序加工率控制在2～10％。

管材经过空拉椭圆和衬芯拉制矩形管后，发生冷作硬化，晶粒被拉长，位错增加，强度、硬度很高，但塑性较差，同时也可能有少量的马氏体产生而影响管材的磁性能，因此为消除冷作硬化、降低强度、硬度、提高塑性、消除马氏体、降低导磁率，步骤5采用将衬芯拉制的矩形管以15～25米/小时的速度通过连续辊底式光亮退火炉在1090～1150℃的温度范围内进行固溶退火，从而保证矩形通水管的综合性能达到要求。

本发明与传统的奥氏体不锈钢管加工工艺相比，采用连续挤压法生产奥氏体不锈钢管坯替代传统的加热炉加热-热挤压或热轧奥氏体不锈钢管坯，取消了传统工艺中的专门加热工序，减少了中间退火，消除了由于频繁退火而造成的晶格缺陷，避免了热挤压或热轧穿孔时由于加热炉加热形成的氧化杂质在管材表面产生的严重缺陷所导致的管材性能及外观不合格，减少了热处理后的酸洗、清洗、切头去尾工序，降低了生产成本，使操作便捷，工艺更稳定，是一种新型的集加热、穿孔变形为一体的奥氏体不锈钢管的加工方法。

同时本发明采用无芯棒-短芯棒衬芯将奥氏体不锈钢圆管逐步过渡拉制成矩形管，从圆管拉制到椭圆管的加工率控制在5～13％，从椭圆管拉制到矩形管的加工率控制在2～10％，避免了加工率过大而诱发马氏体相变致使产品磁导率升高，并大大减少了拉制阻力，保证了管材表面质量和综合性能，是一种新型复合冷成型工艺。

附图说明

图1为本发明加工出的无缝不锈钢矩形通水管横截面示意图。

图中a为横截面矩形宽度，b为横截面矩形厚度，c为矩形通水管的壁厚。

具体实施方式

实施例1：

采用质量百分含量为碳0.010％、硅0.09％、锰0.2％、硫0.001％，磷0.001％、铬18.10％、镍9.10％、稀土元素Re0.003％、银0.002％，余量为铁和杂质的奥氏体不锈钢在1180℃温度下热轧成Φ13mm的圆钢；圆钢剥皮后通过连续挤压机在挤压机仪表显示温度为890℃条件下以50米/小时的挤出速度连续挤压成Φ10.5mm、璧厚0.82mm的光亮圆管，并根据工艺要求进行定尺锯切；在定尺圆管外表面均匀涂上由3.1％的牛油、32％的二硫化钼、6.9％的PS6040拉伸油及余量熟石灰按质量百分比组成的复合润滑剂，然后将定尺圆管采用无芯棒拉制成短轴7mm、长轴12mm的椭圆管，再在椭圆管内外表面分别均匀涂覆由3.0％的牛油、34％的二硫化钼、8.2％的PS6040拉伸油及余量熟石灰按质量百分比组成的复合润滑剂，然后采用短芯棒衬芯拉制成宽度a为10mm、厚度b为4mm、壁厚c为0.8mm的矩形管，短芯棒衬芯拉制成的矩形管在1095℃温度下以23米/小时的行进速度在连续辊底式光亮退火炉中进行固溶退火成成品。按此工艺生产的10×4×0.8mm的成品的综合性能见表1。

实施例2：

采用质量百分含量为碳0.012％、硅0.19％、Mn0.37％、硫0.002％、磷0.004％、铬18.50％、镍9.80％、稀土元素Re0.002％、银0.003％、余量为铁和杂质的奥氏体不锈钢在1200℃温度下热轧成Φ14.5mm圆钢；圆钢剥皮后通过连续挤压机在挤压机仪表显示温度为890℃条件下以45米/小时的挤出速度连续挤压成Φ12mm、璧厚0.93mm的光亮圆管，并根据工艺要求进行定尺锯切；在定尺圆管外表面均匀涂上由3.5％的牛油、38％的二硫化钼、5.5％的PS6040拉伸油及余量熟石灰按质量百分比组成的复合润滑剂，然后将定尺圆管采用无芯棒拉制成短轴7.8mm、长轴13.8mm的椭圆管，再在椭圆管内外表面分别均匀涂覆由4％的牛油、30％的二硫化钼、5％的PS6040拉伸油及余量熟石灰按质量百分比组成的复合润滑剂，然后采用短芯棒衬芯拉制成宽度a为12mm、厚度b为4.5mm、壁厚c为0.9mm的矩形管，短芯棒衬芯拉制成的矩形管在1100℃温度下以21米/小时的行进速度在连续辊底式光亮退火炉中进行固溶退火成成品。按此工艺生产的12×4.5×0.9mm成品的综合性能如下表1。

实施例3：

采用质量百分含量为碳0.015％、硅0.24％、锰0.50％、硫0.0012％、磷0.0014％、铬18.70％、镍10.10％、稀土元素Re0.005％、银0.001％、余量为铁和杂质的奥氏体不锈钢在1200℃温度下热轧成Φ15.8mm的圆钢；圆钢剥皮后通过连续挤压机在挤压机仪表显示温度为900℃条件下以40米/小时的挤出速度连续挤压成Φ13.4mm、璧厚0.92mm的光亮圆管，并根据工艺要求进行定尺锯切；在定尺圆管外表面均匀涂上由3.8％的牛油、36％的二硫化钼、5.4％的PS6040拉伸油及余量熟石灰按质量百分比组成的复合润滑剂，然后将定尺圆管采用无芯棒拉制成短轴9.4mm、长轴14.4mm的椭圆管，再在椭圆管内外表面分别均匀涂覆由3.9％的牛油、37％的二硫化钼、5.7％的PS6040拉伸油及余量熟石灰按质量百分比组成的复合润滑剂，然后采用短芯棒衬芯拉制成宽度a为14mm、厚度b为4mm、壁厚c为0.9mm的矩形管，短芯棒衬芯拉制成的矩形管在1100℃温度下以19米/小时的速度在连续辊底式光亮退火炉中进行固溶退火成成品。按此工艺生产的14×4×0.9mm成品的综合性能见表1。

实施例4：

采用质量百分含量为碳0.019％、硅0.16％、锰0.78％、硫0.0011％、磷0.0013％、铬19.00％、镍10.70％、稀土元素Re0.004％、银0.003％、余量为铁和杂质的奥氏体不锈钢在1200℃温度下热轧成Φ17mm的圆钢；圆钢剥皮后通过连续挤压机在挤压机仪表显示温度为910℃条件下以30米/小时的挤出速度连续挤压成Φ15mm、璧厚1.12mm的光亮圆管，并根据工艺要求进行定尺锯切；在定尺圆管外表面均匀涂上由4.2％的牛油、42％的二硫化钼、5.3％的PS6040拉伸油及余量熟石灰按质量百分比组成的复合润滑剂，然后将定尺圆管采用无芯棒拉制成短轴11mm、长轴16mm的椭圆管，再在椭圆管内外表面均匀涂覆由4.1％的牛油、40％的二硫化钼、6％的PS6040拉伸油及余量熟石灰按质量百分比组成的复合润滑剂，然后采用短芯棒衬芯拉制成宽度a为15mm、厚度b为5.5mm、壁厚c为1.1mm的矩形管，短芯棒衬芯拉制的矩形管在1100℃温度下以18米/小时的行进速度在连续辊底式光亮退火炉中进行固溶退火成成品。按此工艺生产的15×5.5×1.1mm成品的综合性能见表1。

实施例5：

采用质量百分含量为碳0.023％、硅0.67％、锰1.1％、硫0.0016％、磷0.0017％、铬19.30％、镍11.20％、稀土元素Re0.005％、银0.004％、余量为铁和杂质的奥氏体不锈钢在1200℃温度下热轧成Φ17.8mm的圆钢，圆钢剥皮后通过连续挤压机在挤压机仪表显示温度为910℃条件下以30米/小时的挤出速度连续挤压成Φ15.8mm、璧厚1.32mm的光亮圆管，并根据工艺要求进行定尺锯切；在定尺圆管外表面均匀涂上由4.6％的牛油、49％的二硫化钼、6.1％的PS6040拉伸油及余量熟石灰按质量百分比组成的复合润滑剂，然后将定尺圆管采用无芯棒拉制成短轴12.6mm、长轴16mm的椭圆管，再在椭圆管内外表面均匀涂覆由5.0％的牛油、43％的二硫化钼、7.2％的PS6040拉伸油及余量熟石灰按质量百分比组成的复合润滑剂，然后采用短芯棒衬芯拉制成宽度a为16mm、厚度b为6mm、壁厚c为1.3mm的矩形管，短芯棒衬芯拉制成的矩形管在1105℃温度下以17米/小时的行进速度在连续辊底式光亮退火炉中进行固溶退火成成品。按此工艺生产的16×6×1.3mm成品的综合性能见表1。

实施例6：

采用质量百分含量为碳0.027％、硅0.83％、锰1.7％、硫0.005％、磷0.007％、铬19.60％、Ni 12.40％、稀土元素Re0.005％、银0.004％、余量为铁和杂质的奥氏体不锈钢在1200℃温度下热轧成Φ20mm圆钢，圆钢剥皮后通过连续挤压机在挤压机仪表显示温度为920℃条件下以20米/小时的速度连续挤压成Φ18mm、璧厚1.52mm的光亮圆管，并根据工艺要求进行定尺锯切；在定尺圆管外表面均匀涂上由4.8％的牛油、47％的二硫化钼、7.8％的PS6040拉伸油及余量熟石灰按质量百分比组成的复合润滑剂，然后将定尺圆管采用无芯棒拉制成短轴14mm、长轴19mm的椭圆管，再在椭圆管内外表面均匀涂上由4.9％的牛油、45％的二硫化钼、6.6％的PS6040拉伸油及余量熟石灰按质量百分比组成的复合润滑剂，然后采用短芯棒衬芯拉制成宽度a为18mm、厚度b为8mm、壁厚c为1.5mm的矩形管，短芯棒衬芯拉制成的矩形管在1105℃温度下以16米/小时的行进速度在连续辊底式光亮退火炉中进行固溶退火成成品。按此工艺生产的18×8×1.5mm成品的综合性能见表1。

表1各种规格的矩形通水管的技术性能

项目名称	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							产品规格a×b×c(mm)	10×4×0.8	12×4.5×0.9	14×4×0.9	15×5.5×1.1	16×6×1.3	18×8×1.5
实测尺寸(mm)	10.01×4.02×0.84	12.03×4.53×0.95	14.03×4.01×0.94	15.01×5.54×1.12	16.02×6.02×1.31	18.03×8.02×1.53
							屈服强度Rp0.2(MPa)	262	263	260	258	253	255
抗拉强度Rm(MPa)	652	649	641	645	627	635
							延伸率A5，(％)	61	66	69	68	67	68
相对导磁率	1.004	1.007	1.003	1.005	1.002	1.002
							晶界腐蚀	合格	合格	合格	合格	合格	合格
涡流探伤	合格	合格	合格	合格	合格	合格
							直线度(mm/m)	≤1.5	≤1.5	≤1.5	≤1.5	≤1	≤1
扭曲度(°)	≤3	≤3	≤3	≤3	≤3	≤2

Claims (3)

1、一种汽轮发电机用奥氏体无缝不锈钢矩形通水管的加工方法，其特征在于它包括如下工艺步骤：

(1)热轧圆钢：将原料钢坯在1160～1300℃温度下通过热轧成Φ13～20mm圆钢；

(2)连续挤压圆管：将热轧成的Φ13～20mm圆钢剥皮后通过连续挤压机在挤压机仪表显示温度为880℃～920℃条件下以20～60米/小时的挤出速度连续光亮挤压成Φ10～18mm、壁厚0.8～1.6mm的圆管，并根据工艺要求进行定尺锯切；

(3)无芯棒拉制椭圆管：将Φ10～18mm、壁厚0.8～1.6mm的定尺圆管采用复合润滑剂无芯棒拉制成短轴7～14mm、长轴12～19mm的椭圆管，无芯棒拉制椭圆管的加工率控制在5～13％；

(4)短芯棒衬芯拉制矩形管：将椭圆管采用复合润滑剂短芯棒衬芯拉制成宽度10～18mm、厚度4～8mm、壁厚0.8～1.5mm的小截面矩形管，衬芯拉制矩形管的加工率控制在2～10％；

(5)固溶退火成品矩形管：将拉制好的矩形管采用连续辊底式光亮退火炉进行固溶退火，退火温度控制在1090～1150℃，矩形管在退火炉中的行进速度控制在15～25米/小时。

2、根据权利要求1所述的汽轮发电机用奥氏体无缝不锈钢矩形通水管的加工方法，其特征在于原料钢坯的组分及各组分的质量百分含量为：碳≤0.03％、硅≤1.0％、锰≤2.0％、硫≤0.030％、磷≤0.035％、铬18.0～20.0％、镍9.0～13.0％、稀土元素RE0.002～0.008％、银0.001～0.005％，余量由铁和杂质构成，其中稀土元素RE为铈、镧、钇组成的混合物，三者质量百分含量为：铈40～45％、镧40～45％、钇余量。

3、根据权利要求1所述的汽轮发电机用奥氏体无缝不锈钢矩形通水管的加工方法，其特征在于无芯棒拉制椭圆管和短芯棒衬芯拉制矩形管所采用的复合润滑剂的组分及各组分的质量百分含量为：牛油3～5％、二硫化钼30～50％、PS6040拉伸油5～10％、熟石灰余量。

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