CN101265513A

CN101265513A - 奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺及其装置

Info

Publication number: CN101265513A
Application number: CNA2008100329649A
Authority: CN
Inventors: 陶贵钧; 马耀根
Original assignee: SHANGHAI XINYAXIN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI XINYAXIN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2008-09-17

Abstract

本发明涉及一种奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺及其装置，所述工艺中硬度≥45HRc的钢丸以高压气为载体经喷枪以P≥1.0MPa射击钢管内壁生成具组织和应力强化的硬化层，使距其内壁60μm处硬化层的硬度大于280HV或与基体相比较硬度差大于100HV，提高了钢管内壁抗高温蒸气氧化腐蚀的性能。所述装置包括移动式喷丸机及与之连接的喷枪、两钢丸回收仓及其下方的输送带、与该输送带末端相连的钢丸提升机及其顶端连接的筛选器，其中，两钢丸回收仓仓口与钢管两端外表面密封连接形成兼有喷丸室功能的钢丸回收密封仓，而喷丸机带动喷枪沿钢管长度方向移动，通过钢管两端的钢丸回收仓及其下方的输送带实现钢丸的循环使用。

Description

奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺及其装置

技术领域

本发明涉及一种奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺及其装置，尤指火力发电用超临界和超超临界压力锅炉过热器、再热器等高温段奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁抗高温蒸汽氧化腐蚀的喷丸强化工艺及其装置。

背景技术

我国火电发电已经进入超临界和超超临界压力的发展时代，电站锅炉的蒸汽出口压力已达28MPa，蒸汽出口温度高达605℃，在如此高的参数下，锅炉受热面管系高温段通常使用18Cr-8Ni型的TP304H、TP321H、TP347H等奥氏体不锈耐热钢管的内壁面临着高温蒸汽氧化腐蚀的威胁。

为了防止18Cr-8Ni奥氏体不锈耐热钢管内壁的高温蒸汽氧化腐蚀，现时，本发明人发明的“奥氏体不锈耐热无缝喷丸钢管”使超临界和超超临界锅炉受热面管系设计选用18Cr-8Ni奥氏体不锈耐热“喷丸钢管”成为可能，这种“喷丸钢管”是在钢管内壁实施喷丸强化加工，使其内壁表层获得组织和应力强化，用以提高18Cr-8Ni奥氏体不锈耐热钢管抗高温蒸汽氧化的性能。

为了使钢管内壁喷丸强化达到预期效果，需要有特定的喷丸强化工艺以及为实现喷丸强化工艺和适应工业化生产为目的的喷丸装置。但是，国内仍没有任何加工工艺或是适当的装置能够对奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁进行强化加工。为了实现钢管内壁喷丸强化加工，可借鉴的技术是用于清除金属表面氧化皮污垢或涂装前的表面预处理的喷丸工艺和设备，但是，利用该方法既不能在钢管内壁表层形成硬化层，也不能达到预期的抗高温蒸汽氧化腐蚀的效果，具体而言，其存在如下缺陷：

1.气源压力低，P≤0.8MPa，没有足够的气源能量射击钢管内壁生成硬化层；

2.喷嘴是散射结构，不能集聚足够气流能量射击钢管内壁；

3.喷杆为压力软管，既不能保证喷嘴对中360°均匀散射，也不能保证喷嘴沿长度方向匀速、可调行进；

4.如要实现工艺自动化需配置复杂喷枪对中旋转机构，并且长度只限于2M以内；

5.依该工艺及其装置作业时，操作工与喷丸工作室同处一室，且开放式回收钢丸具结构性缺陷，从而，不仅钢丸不能全数回收循环使用，而且钢丸及其粉尘给操作工的健康会带来极大伤害。

由此可见，将金属材料表面清理的喷丸工艺及其设备用于钢管内壁强化，不能形成达到主要技术指标的抗高温蒸汽氧化腐蚀的硬化层。

发明内容

本发明是在金属材料表面清理喷丸技术基础上自主创新的技术研发成功的，因为金属材料表面清理喷丸技术存在着前述先天性的设计缺陷，既不能达到喷丸钢管的技术要求，也不能出现硬化层，故而无法运用在无缝钢管内壁喷丸强化工艺上；本发明人乃针对无缝钢管内壁喷丸强化工艺所需的条件进行研究，经过大量的喷丸实证试验，发展出了本发明的适应工业化生产的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺及其装置。

本发明的主要目的为提供一种奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺及其装置，旨在通过此工艺及其装置，使钢管内壁硬化层的层深不小于75μm，在离钢管内表面60μm硬化层的硬度不小于280HV或与基体相比较硬度差不小于100HV，以提高上述钢管内壁抗高温蒸汽氧化腐蚀的性能。

为达到上述目的，本发明的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺是钢丸以高压空气为载体形成丸气混合流，经喷枪增速雾化对钢管内壁射击，以使钢管内壁表层达到组织和应力强化的目的；其中该钢丸是材料为18Cr-8Ni，直径为0.3mm≤D≤0.6mm的球钢丸，其硬度≥45HRc，喷枪的喷丸压力P≥1.0MPa。

前述的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺，其喷丸系统对钢管内壁进行喷丸强化时的喷枪加工移动速度v≤0.75M/min。

本发明的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化装置包括一移动式喷丸机、与移动式喷丸机连接的喷枪、两个钢丸回收仓、一设于两钢丸回收仓之间的工位座、一位于钢丸回收仓下方的输送带、一与输送带末端相连的钢丸提升机、一与钢丸提升机连接的筛选器。

工件是架设在两钢丸回收仓之间的工位座上，钢丸由两钢丸回收仓引入输送带，经提升机及筛选器灌入喷丸机与气源充分混合，并以高压气源为载体，经喷枪加速和雾化对受喷钢管内壁实施喷丸强化加工。由喷枪喷出的钢丸经两钢丸回收仓引入输送带而源源不断可循环地供喷丸作业使用。此外，上述装置的移动式喷丸机安置于一小车平台上而可沿钢管长度方向移动。

所述喷丸机装有4支喷枪，其容积达1.5M³，一次装丸量达7吨，可供至少5次喷丸作业。

所述两钢丸回收仓的仓口可与工件的两端外表面密封连接，组成兼有喷丸室功能的钢丸回收密封仓。

本发明的喷丸强化工艺及其装置具有以下优点：

1.喷丸压力高，P≥1.0MPa，单枪供气量≥10M³/min，有足够气源能量将钢丸射击长达12M的钢管内壁生成硬化层，且适应工业化生产。

2.单枪喷丸量(w)为1kg/min≤w≤20kg/min，喷枪加工移动速度0.1M/min≤v≤2.0M/min，由此能形成浓度适宜的钢丸射击钢管，从而可有效强化钢管内壁，使其具备抗高温蒸汽氧化腐蚀的性能。

3.喷丸机上设有喷丸量上、下报警装置及4支喷枪，喷丸机装丸量可达7吨，一次装丸即可供5次共计20根钢管内壁全程喷丸，生产效率高。

4.喷丸机上出丸阀耐磨、耐冲刷，并可在较大范围内调整出丸量，从而使单枪出丸量达1kg/min≤w≤20kg/min。

5.喷丸机置于小车上，其喷枪移动速度可调范围大，可使喷喷枪加工移动速度控制在v≤0.75M/min。

6.喷枪由法兰与喷丸机出丸阀相连接，随小车匀速移动时，钢丸以高压气源为载体，经喷枪增速沿钢管长度全程与钢管中心自动对正由喷枪的喷嘴360°射击钢管内壁，从而实现喷丸强化加工。

7.喷丸后钢管内壁达到的主要技术指标为：钢管内壁硬化层的层深大于75μm；距钢管内壁60μm处硬化层的硬度大于280HV，或与基体硬度相比较硬度差大于100HV。

8.喷丸强化装置的钢丸回收仓兼有密封和回收的双重功能，使操作工与喷丸工作室不同处一室，不仅钢丸能全数回收循环使用，而且防止了钢丸及其粉尘给操作工的健康带来伤害。

9.喷丸生产线中的物流(气源、钢丸源和钢管)、喷丸工艺的主要技术参数(如气源压力、喷丸速度)均采用PLC制电气自动控制，在节省人力的同时还能保证其精确度，从而实现喷丸自动化。

附图说明

图1为本发明工艺的主要流程图；

图2为本发明装置的工艺生产线示意图。

具体实施方式

在本发明奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺中，其选用内径(ID)24mm≤ID≤60mm、长度不大于12M的奥氏体不锈耐热无缝钢管来进行加工，而所选用的方法是以P≥1.0MPa的高压空气带动硬度为45HRc的钢丸经喷枪增速对钢管内壁射击，以应变强化物理方式进行加工，以使钢管内壁表层达到组织和应力强化的目的。

参照图1中本发明工艺的主要流程图，可看出本发明是将钢丸经由输送、提升、分选后送入移动式喷丸机之中。同时，气源由空气压缩机增压，经储气缸稳压及油水分离操作后也送入移动式喷丸机之中；接着，高压气源和钢丸源在移动式喷丸机混合形成丸气混合流，经喷枪增速对受喷钢管内壁实施喷丸强化加工，而由喷枪喷出的钢丸经回收仓回收送至初始输送位置，源源不断可循环地供钢管内壁喷丸强化加工使用。

配合图2参照图1可看出，本发明是将钢丸经由输送带150和钢丸提升机100输入钢丸筛选器400筛选分离小粒度钢丸和杂质，而将粒度直径(D)为0.3mm≤D≤0.6mm的钢丸送入移动式喷丸机200之中。同时，高压气源由最大压力为1.3MPa且产气量满足单枪不小于10M³/min的空气压缩机(图2中未示)增压，经储气缸(图2中未示)稳压及油水分离操作后也送入移动式喷丸机200之中；接着，高压气源和钢丸源在移动式喷丸机200内混合形成丸气混合流，使钢丸以高压气源为载体，经喷枪270增速对安放在两钢丸回收仓600之间的钢管300内壁实施喷丸强化加工，而由喷枪270喷出的钢丸经钢丸回收仓600引入输送带150源源不断可循环地供钢管300内壁喷丸强化加工使用。

喷丸后钢管300内壁达到的主要技术指标为：钢管300内壁硬化层的层深不小于75μm；距钢管内壁60μm处的硬度不小于280HV，或者与基体相比较两者硬度差不小于100HV。

在本发明的较佳实施例中：

该钢管的内直径(ID)为24mm≤ID≤60mm；

该钢管长度为L≤12M；

该钢丸的材料为18Cr-8Ni奥氏体不锈钢；

该钢丸的粒度(D)为0.3mm≤D≤0.6mm；

该钢丸的硬度不小于45HRc；

喷丸压力P≥1.0MPa；

单一喷枪的出丸量为1kg/min≤w≤20kg/min。

本发明奥氏体不锈耐热无缝钢管300内壁喷丸强化装置，请配合参看图1及图2，该装置主要是包括一移动式喷丸机200、一承载移动式喷丸机200的小车900、与移动式喷丸机200连接的喷枪270、两个钢丸回收仓600、一设于两钢丸回收仓600之间的工位座700、一位于两钢丸回收仓600之下的输送带150、一与输送带150末端相连的钢丸提升机100，以及一与钢丸提升机100顶端连接的钢丸筛选器400，其中，在移动式喷丸机200下方设有耐磨、耐冲刷的出丸阀(图中未标示)，而喷枪270由法兰与出丸阀相连接；进行加工时是将受喷钢管300以工位座700架设在两个钢丸回收仓600之间，且该受喷钢管300前后两端外表面分别与前、后置钢丸回收仓600通过其仓口可密封连接，形成兼有喷丸室功能的钢丸回收密封仓，钢丸由钢丸提升机100提升后经钢丸筛选器400筛选而装填入移动式喷丸机200中，并由空气压缩机(图中未示)向移动式喷丸机200提供高压气源将钢丸经由喷枪270送入受喷钢管300中，进行对受喷钢管300内壁的喷丸强化加工。

由图2来看，钢丸由钢丸提升机100提升后自上方送入钢丸筛选器400，由其筛选并分离出小粒度钢丸和杂质，而将粒度直径(D)为0.3mm≤D≤0.6mm的钢丸送入移动式喷丸机200上方的加丸仓110，通过进丸口220进入移动式喷丸机200之中，该移动式喷丸机200内可装钢丸的容积可达7吨，并在其下方可安装多支喷枪270(本实施例为四支)，由此，移动式喷丸机200内一次装丸容量可供4支喷枪270的5次共计20根钢管300内壁全程喷丸强化加工。而移动式喷丸机200中的钢丸可由出丸阀进入喷枪270中，该出丸阀可在较大范围内调整出丸量，从而可控制进入喷枪270的钢丸数量，使单枪出丸量达1kg/min≤w≤20kg/min，较佳地为10kg/min。另一方面，由图1可知，空气由压缩机增压后形成的高压气源，经储气缸稳压并经历油水分离操作后也送入移动式喷丸机200之中。

仍是配合图2参照图1，上述的高压气源与钢丸形成高压气丸混合流，从移动式喷丸机200进入喷枪270，其中高压气源的强压力P≥1.0MPa会对钢丸形成强推力，使钢丸在喷枪270内增速后经其送入安放在两钢丸回收仓600之间的受喷钢管300中；而喷枪270由法兰与喷丸机200的出丸阀相连接，使得喷丸时钢丸与钢管300内壁中心自动对正360°射击对其进行强化加工；同时，移动式喷丸机200安置于一小车平台900上并随其沿钢管300长度方向移动，从而带动喷枪270于钢管300内回抽移动并对其内壁进行全程喷丸强化加工，该小车平台900带动移动式喷丸机200及喷枪270加工移动的速度可于0.1～2.0M/min内调整，一般将此喷丸加工移动的速度控制在v≤0.75M/min。

请再次参照图2，由喷枪270中喷出而完成了钢管300内壁射击工作的钢丸经分设于钢管300前后端的钢丸回收仓600导入其下的输送带150上，由输送带150送至钢丸提升机100，该钢丸提升机100将钢丸再次提升后送入钢丸筛选器400，筛选并分离出其中不可再次供喷丸加工使用的小粒度钢丸及杂质，而将其中仍可供喷丸加工使用的钢丸送入加丸仓110中，以备再次进入移动式喷丸机200中供钢管300内壁喷丸强化工艺所用。由此，通过钢管300两端的钢丸回收仓600及其下方的输送带150及钢丸提升机100，便可将自喷枪270喷出的钢丸重新送回移动式喷丸机200中源源不断地供钢管300内壁喷丸强化加工所用，从而实现钢丸的循环使用。

本发明奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺及其装置中，喷丸生产线的物流(气源、钢丸源和钢管)、喷丸工艺的主要技术参数(如气源压力、喷丸速度)均采用PLC制电气自动控制，在节省人力的同时还能保证其精确度，从而实现了喷丸自动化。

本发明的范围由权利要求书而非前述说明书限定，同样，其中的具体实施方式是示意性的而非限定性的，因此，在权利要求书的等同物的含义和范围内的所有变化都可包含于本发明的权利要求内。在没有背离其精神与本质特征的情况下，可以其它特定方式实施本发明，而这些特定方式同样归属于本发明的范围。

Claims

1.一种奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺，其特征在于：所述工艺是以高压空气带动钢丸形成丸气混合流经喷枪增速对钢管内壁射击，受击内壁表面的应变硬化使钢管表层形成组织和应力强化；其中

所述钢丸的硬度≥45HRc，所述喷枪的喷丸压力P≥1.0MPa。

2.如权利要求1所述的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺，其特征在于：所述钢丸的材料为18Cr-8Ni。

3.如权利要求1或2所述的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺，其特征在于：所述钢丸是直径为0.3mm≤D≤0.6mm的球钢丸。

4.如权利要求3所述的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺，其特征在于：所述喷枪对钢管内壁进行喷丸强化时的加工移动速度v≤0.75M/min。

5.如权利要求4所述的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺，其特征在于：单一喷枪的高压空气供气量不小于10M³/min。

6.如权利要求5所述的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺，其特征在于：单一喷枪的出丸量为1kg/min≤w≤20kg/min。

7.如权利要求6所述的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺，其特征在于：所述工艺所加工钢管的钢种为奥氏体不锈耐热无缝钢管，其内径为24mm≤ID≤60mm，长度不大于12M。

8.一种奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化装置，其特征在于：所述装置包括一移动式喷丸机、与移动式喷丸机连接的喷枪、两个钢丸回收仓、一设于两钢丸回收仓之间的工位座、一位于钢丸回收仓下方的输送带、一与输送带末端相连的钢丸提升机、一与钢丸提升机连接的筛选器。

9.如权利要求8所述的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化装置，其特征在于：所述移动式喷丸机安置于一小车平台上，可沿钢管长度方向移动。

10.如权利要求9所述的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化装置，其特征在于：所述喷丸机装有4支喷枪，其容积达1.5M³，一次装丸量达7吨，可供至少5次喷丸作业。

11.如权利要求10所述的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化装置，其特征在于：所述两钢丸回收仓的仓口可与工件的两端外表面密封连接，组成兼有喷丸室功能的钢丸回收密封仓。