CN101007384A - 17-4ph钢管制造方法 - Google Patents

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詹才俊
杨张鸣
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Abstract

17-4PH钢管制造方法,其包括如下步骤:a.热加工,管坯热穿孔:加热温度1090~1150℃,保温时间为15~35分钟;b.软化热处理:温度650~700℃,保温时间4~5.5小时;c.冷加工:冷轧;d.软化热处理:温度650~700℃,保温时间4~5.5小时;e.酸洗;f.重复步骤c~e循环轧制,直至成品尺寸;g.成品热处理:固溶处理1020~1050℃+15~30分钟,沉淀硬化处理,450~630℃+3.5~4.5小时,成品得到高强度且耐腐蚀性极好的沉淀硬化型马氏体组织;h.成品酸洗。本发明一改以往用管坯经镗孔、车削得到所需外径和壁厚的管型件工艺,而是采用热穿孔,热穿孔后再经冷加工得到所需外径和壁厚的管型件的工艺,缩短生产周期、降低生产成本、提高产品金属收得率、提高经济效益。

Description

17-4PH钢管制造方法
技术领域
本发明涉及冶金行业不锈钢无缝钢管的压力加工(制管技术)的生产方法,尤其是17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢钢管的制管技术。
背景技术
不锈钢无缝钢管是一种用途广泛的金属制品,常用于化工、核电、食品、航空以及军事等领域,制管生产工艺有:(1)镗孔成荒管+车削加工至成品规格。(2)热加工(挤压、穿孔)+冷加工,将实心管坯加工成荒管,荒管经后续的冷加工及精整工序:打头→酸洗→润滑后再经冷加工(冷拔/冷轧)及去油→打头→热处理→矫直→酸洗→润滑→冷拔(循环冷加工至成品规格,成品的质量符合所需要求。
目前,国内外荒管的生产主要方法有:
1、热挤压
挤压荒管须在管坯上钻一个几乎穿透的孔,再经过特殊材料制成的内外模具在几千吨的压力下挤压成型。其优点:变形条件好,品种适应性强,可生产热塑性较差的高合金材料。缺点:挤压机的设备投资大,工模具相当庞大,国内极少应用。
2、热穿孔
热穿孔的优点:设备投资小,生产成本低。缺点:热穿孔变形条件差,品种适应性差。可生产一般的碳素钢、合金钢和不锈钢。
3、镗孔
镗孔成型荒管的优点:品种适应性强,可生产热塑性极差的高合金材料。缺点:荒管成材率低,不同的壁厚成材率在20%~40%,且加工费用高,周期长,不适于批量生产。
17-4PH是美国开发研制的马氏体沉淀硬化型不锈钢,其对应的中国牌号为0Cr17Ni4Cu4Nb,17-4PH含有Cu,Cu与Ni形成硬化中间相,并通过时效强化处理产生晶格沉淀强化,其最大的优点是具有高的强度和优良的耐腐蚀性能,与18-8铬镍奥氏体不锈钢相当,及具有更好的可焊性、强韧性,同时,切削性能也较好。17-4PH既具有18-8铬镍奥氏体不锈钢的高耐腐蚀性,又具有Cr12Mo类合金钢的高强度,它主要用于高强度、耐腐蚀性强的部件如:容器、结构、零件,也可用于高温零件,如汽轮机零件等。
17-4PH在我国已有三十多年的冶炼及加工历史,但主要以棒材为主,因无缝钢管的深度冷加工生产存在很大的难度,用户均以热轧棒材通过镗孔获得荒管,再精加工车削成所需成品,其金属收得率极低。
目前,国内17-4PH钢管型件的生产主要方法是镗孔,镗孔后再经车削得到所需外径和壁厚的管型件。
镗孔的不足之处:荒管成材率低,不同的壁厚成材率在20%~40%,且加工费用高,周期长,不适于批量生产。此外,有由镗孔后车削所得的无缝钢管,由于未经冷变形工序,其材料的晶粒度较粗,其力学性能相对较差。
镗孔工艺的品种适应性强,可生产热塑性较差的高合金材料。但管型件金属收得率低,不同厚度管型件的成材率为20%~40%,且加工费用高,加工周期长,不适于批量生产。
至目前为止,我国无一家钢铁企业通过热穿孔+冷加工工艺生产17-4PH钢的无缝钢管产品。
在冈毅民主编的《中国不锈钢腐蚀手册》第12页马氏体沉淀硬化不锈钢中明确指出:17-4PH钢较难进行深度冷成型。这充分说明17-4PH钢无缝钢管冷加工生产存在一定的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种17-4PH钢管制造方法,缩短生产周期、降低生产成本、提高产品金属收得率、提高经济效益。
本发明一改以往用管坯经镗孔,镗孔后再经车削得到所需外径和壁厚的管型件的工艺,而是采用热穿孔,热穿孔后再经冷加工得到所需外径和壁厚的管型件的工艺。
为达到上述目的,本发明的技术方案是,17-4PH钢管制造方法,其包括如下步骤:
a.热加工:管坯热穿孔,加热温度1090~1150℃,保温时间为15~35分钟;
b.软化热处理:温度650~700℃,保温时间4~5.5小时;
c.冷加工:冷轧、冷拔;
d.软化热处理:温度650~700℃,保温时间4~5.5小时;
e.酸洗,
f.重复步骤c~e循环轧制,直至成品尺寸;
g.成品热处理;
h.成品酸洗。
其中,如冷加工为冷拔,热穿孔后及时打头,打头温度1000~1030℃,空冷,然后软化热处理进行冷拔,热处理温度650~700℃,保温时间4~5.5小时;如冷加工为冷轧,则热穿孔后及时软化热处理,软化热处理温度650~700℃,保温时间4~5.5小时。
所述的酸洗浓度为8~12%HF+10~20%HNO3,酸液温度为40~70℃。
a.热加工
管坯热穿孔,加热温度在1090~1150℃,保温时间为15~35分钟,17-4PH中含有Cu元素,Cu元素能增强热加工的变形抗力,故希望提高管坯的加热温度以增强其热加工的加工塑性,但Cu是低熔点的元素,加热温度又不能太高;热穿孔参数:孔型椭园度为1.09~1.1,冷却方式为空冷;其余热穿孔的调整工艺参数同一般不锈钢;
b.软化热处理
热穿孔工序后要求马上进行软化热处理,以防止钢管表面产生裂纹以及为后续的冷加工作好塑性准备。热穿孔后的钢管呈过饱和固溶体状态,存在较强的内应力。所以,热穿孔后应马上进行消除应力热处理。同时,热穿孔经空冷后得到马氏体组织,不能满足后续冷加工所需的塑性,所以,热穿孔后荒管应马上进行软化热处理,既消内应力又为后续的冷加工作好组织准备;
c.冷加工-打头
打头温度为:1000~1030℃,空冷;由于17-4PH钢在热加工温度下组织状态为奥氏体组织,热加工性能极好;但加热温度又不能太高,防止晶粒过大而影响后续的冷加工性能。打头时要热装炉,且快速加热、快速打头,采用空冷;
d.软化热处理,既消内应力又为后续的冷加工作好组织准备;
e.酸洗
不同的状态采用不同的酸洗工艺,热穿孔状态荒管,管表面氧化皮较薄,表面状态极好,耐酸性好。以及成品时效处理状态钢管的耐酸性也极好,所以,对于耐酸性较好的产品,为了提高其表面质量,产品在浓度为8~12%HF+10~20%HNO3,温度为40~70℃的酸缸内进行。而对于中间制品即软化态钢管的酸洗,一般建议在浓度较低的酸缸内进行,单框且不脱钩酸洗,随时观察以防止过酸。
17-4PH钢在不同的状态下,其耐腐蚀性是截然不同的。本发明解决了17-4PH钢在加工过程中的酸洗不清和易过酸问题。原理:热穿孔状态荒管和时效态管均已经过固溶处理,组织内的碳化物充分固溶于固溶体基体内,具有很强的耐腐性。而软化态钢管在基体晶界处有大量的碳化物析出,降低了其耐腐性。
3、热处理工艺:
17-4PH钢软化处理制度为:室状炉,温度650~700℃,保温时间4~5.5小时,空冷得到回火索氏体组织,起到软化组织的作用,由于17-4PH钢较难进行深度冷成型,本发明就是采用了合理的软化热处理制度,使其顺利地进行后续的冷加工变形。软化处理后在板条状的马氏体组织中析出碳化物,得到回火索氏体组织,起到软化组织的作用。
冷轧成品热处理制度为:成品热处理,固溶处理1020~1050℃,保温15~30分钟,沉淀硬化处理,温度为450~630℃,保温3.5~4.5小时;通过采用(固溶处理+沉淀硬化处理)时效强化处理工艺后,成品得到了高强度且耐腐蚀性极好的沉淀硬化型马氏体组织,既具备了强的抗腐蚀性能,又具备了高的力学性能。
下表1为二种不同的强化工艺获得材料强度和抗腐蚀性能的比较。
表1
试样号 来料状态   指标   单位     检测结果   抗腐蚀性能
1 1030℃固溶处理+550℃×4小时沉淀硬化处理   ∑b    Mpa     1130
  σ0.2     pa     1060
  δ    %     16.0
2   ∑b    Mpa     1140
  σ0.2    Mpa     1060
  δ     %     15.0
3 冷态+550℃×4小时处理   σb    Mpa     1330 极差
  σ0.2    Mpa     1270
  δ     %     10.0
4   σb    Mpa     1320
  σ0.2    Mpa     1260
  δ    %     10.5
从上表两种不同的强化热处理制度所得性能可看出:1030℃水冷固溶处理+550℃×4小时时效处理与冷态+550℃×4小时时效处理均能起到力学性能的强化作用。但从酸洗工序中发现经1030℃水冷固溶处理+550℃×4小时时效处理的钢管抗腐蚀性能比冷态+550℃×4小时时效处理后的钢管要强得多,故成品热处理采用(固溶处理+沉淀硬化处理)时效强化处理工艺后既具备强的抗腐蚀性能,又具备高的力学性能。这就是17-4PH钢的独特优势。
固溶处理使碳化物充分固溶于固溶体基体内,得到过饱和的固溶体,使组织具备极强的耐腐性,并为后面的沉淀硬化处理作好组织准备。同时,550℃×4小时沉淀硬化处理主要是固溶体内的Cu-Ni沉淀相析出进行时效强化。最终成品得到高强度且耐腐蚀性极好的沉淀硬化型马氏体组织。冷态+550℃×4小时处理:因无固溶处理工序,所以产品就不具备高耐腐蚀的性能。
本发明的优点在于:
(1)由于17-4PH钢较难进行深度冷成型,本发明采用了合理的软化热处理制度,使其顺利地进行后续的冷加工变形;
(2)正确制定管坯加热制度和热穿孔参数以及打头工序的热加工工艺;
(3)17-4PH钢在不同的状态下,其耐腐蚀性是截然不同的,本发明解决了17-4PH钢在加工过程中的酸洗不清和易过酸问题;
(4)为了使成品得到高强度且耐腐蚀性极好的沉淀硬化型马氏体组织。成品热处理采用(固溶处理+沉淀硬化处理)时效强化处理工艺后既具备强的抗腐蚀性能,又具备高的力学性能。
实践证明本发明工艺合理,可操作性强,生产的17-4PH马氏体沉淀硬化型不锈钢无缝钢管质量稳定,生产成本低,制管成材率高达65%,大大高于现有技术——镗孔的成材率20%~40%,其成品的力学性能优于经镗孔后车削所得无缝钢管的力学性能;具有明显的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图;
图2为本发明一实施例——Φ85mm管坯的加热制度示意图。
具体实施方式
参见图1,本发明的工艺流程图。现以用Φ85mm管坯生产Φ21×6mm成品为例:
1、热加工
参见图2,85mm管坯的加热制度,1120~1140℃为管坯的加热温度,50~60′为管坯加热段时间,20~25′为管坯保持在1120~1140℃范围内的均热时间,而管坯从室温开始升温的预热速度因受不确定因素而不限。
随着管坯尺寸大小的变化,其加热温度和保温时间均要作适当调整。
热穿孔技术参数见表2:
表2
规格(mm) 电流(A)   轧辊转速 两辊间距(mm) 顶头(钼) 顶头伸出(mm) 导板距(mm) 冷却方式
90×6 800   380转/分  75 Ф70  72    81 空冷
2、冷加工
冷加工各工艺道次的工序见下表3:
表3
道次 设备型号   变形尺寸(mm) 工序
0 Ф90×6 热处理、酸洗、矫直、切管、打头、酸洗、润滑
1 65T   Ф86×5.75连拉外径80 冷拔、去油、检验、热处理、矫直、切管、酸洗、润滑
2 LG80 Ф57×4.3 冷轧、去油、检验、热处理、矫直、切管、酸洗、润滑
3 LG50 Ф38×2.75 冷轧、去油、检验、热处理、矫直、酸洗、润滑
4 LD60 Ф34×1.90 冷轧、去油、检验、热处理、矫直、切管、  (轧头)、酸洗、(润滑)、检验
5 LB10t   Ф26连拉Ф21 冷拔、去油、热处理、矫直、切管、检验、切管、酸洗、检验
3、打头
打头温度为:1000~1030℃,空冷,打头后应马上进行热处理;
4、酸洗
对于中间制品即软化态钢管的酸洗,一般建议在浓度较低的酸缸内进行,单框且不脱钩酸洗,随时观察以防止过酸,酸洗时间一般不超过10秒,而对于荒管和成品即时效态管,为了提高其表面质量,建议在浓度为8%HF+15%HNO3,温度为40~70℃的酸缸内进行;
5、中间制品软化处理制度为:室状炉,温度650℃,保温时间4小时,空冷;
6、成品强化热处理制度采用:1030℃固溶处理+550℃×4小时沉淀硬化处理工艺;
7、空拔增壁量:此钢如采用冷拔出产品,在控制壁厚时因注意其壁厚变化量,其变化量与一般奥氏体不锈钢相当;
8、其余加工工艺同一般马氏体不锈钢的加工工艺。

Claims (5)

1.17-4PH钢管制造方法,其包括如下步骤:
a.热加工:管坯热穿孔,加热温度1090~1150℃,保温时间为15~35分钟;
b.软化热处理:温度650~700℃,保温时间4~5.5小时;
c.冷加工:冷轧或冷拔;
d.软化热处理:温度650~700℃,保温时间4~5.5小时;
e.酸洗,
f.重复步骤c~e循环轧制,直至成品尺寸;
g.成品热处理;
h.成品酸洗。
2.如权利要求1所述的17-4PH钢管制造方法,其特征是,如冷加工为冷拔,热穿孔后及时打头,打头温度1000~1030℃,空冷,然后软化热处理进行冷拔,软化热处理温度650~700℃,保温时间4~5.5小时。
3.如权利要求1所述的17-4PH钢管制造方法,其特征是,所述的酸洗浓度为8~12%HF+10~20%HNO3,温度为40~70℃。
4.如权利要求1所述的17-4PH钢管制造方法,其特征是,管坯热穿孔,加热温度在1090~1150℃,保温时间为15~35分钟,热穿孔参数:
孔型椭园度为1.09~1.1,冷却方式为空冷。
5.如权利要求1所述的17-4PH钢管制造方法,其特征是,成品热处理,固溶处理1020~1050℃+15~30分钟,沉淀硬化处理,450~630℃+3.5~4.5小时,成品得到高强度且耐腐蚀性极好的沉淀硬化型马氏体组织。
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