CN101440428A - 高压锅炉用无缝不锈钢管的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压锅炉用无缝不锈钢管的生产方法。其方法为：将型号为TP347H的无缝不锈钢荒管原料中的所含碳元素的重量比调整为0.06－0.10％；然后，将所述荒管原料先后经荒管平头、酸洗、抛光、固溶热处理、矫直、冷轧、脱脂、固溶热处理、冷拔、高温蠕变应力调质、矫直切管和酸洗。其中，所述高温蠕变应力调质的工艺温度先后经四组。本发明在TP347H不锈钢的基础上大幅提高了晶粒度级数，其晶粒度级数达到了7－10级；同时通过碳元素的调整，提高了本发明的钢管在高温、高压环境使用时的耐腐蚀性和耐蒸汽氧化性能，使本发明的无缝不锈钢管能适应大容量、高参数超临界蒸汽锅炉的应用。

Description

高压锅炉用无缝不锈钢管的生产方法
技术领域
本发明涉及一种高压锅炉用无缝不锈钢管的生产方法。
背景技术
TP347H(1Cr19Ni11Nb)属于高碳含铌Cr-Ni奥氏体不锈钢，由于含稳定化元素Nb，其耐晶间腐蚀和耐多硫酸晶间应力腐蚀性能良好，在酸、碱、盐等腐蚀介质中其耐蚀行与含Ti的18-8奥氏体不锈钢相近，因此广泛用于锅炉、发电、石油、化工、合成纤维、食品、造纸等工业。由于Nb较Ti不易烧损，此钢种又可用作焊接铬镍奥氏体不锈钢的焊芯。该钢种比316系具有更高的高温强度和更好抗高温氧化性能，所以又常作为热强钢使用。
TP347H不锈钢材在高压锅炉、高压换热器及受压高温管道等场合有着广泛的应用。但现有的TP347H不锈钢材的晶粒度级数较低(GS.N04～5)，由此降低了TP347H不锈钢材在高温环境中的耐腐蚀性和耐蒸汽氧化性，同时降低了抗高温蠕变应力的特有性能，成品在上述应用领域中，因受高温高压的环境影响，制件的管部内壁将会有不同程度的氧化剥离，耐蒸汽氧化性和抗高温蠕变应力将减退，随着管壁的氧化剥离程度的加剧，不仅使制件受压抗蠕变性能下降，且氧化层往往随蒸汽压力气力的流动使其逐渐积滤于制件管部的折弯处，使管道堵塞并引发设备故障。另外，其氧化脱落层同样会随蒸汽气体的流动，将其带进汽轮机内部机件，引发生产安全事故，从而导致较大经济损失。
现有的不锈钢无缝钢管的生产工艺较多，例如：
中国专利文献CN101220443A公开了一种舰用不锈钢无缝钢管的生产工艺，具有如下生产步骤：a.圆钢准备；b.加热；c.热轧穿孔；d.切头；e.酸洗；f.修磨；g.润滑；h.冷轧加工；i.脱脂；j.固溶热处理；k.矫直；1.切管；m.酸洗；n.成品检验。
中国专利文献CN100395479A公开了一种不锈钢无缝钢管的加工工艺，具有如下工艺流程：圆钢准备、圆钢加热、热轧穿孔、切头、酸洗、修磨、润滑、冷轧、脱脂、固溶热处理、矫直、切管、白化、包装入库。
中国专利文献CN1237213A公开了一种超细晶粒钢管及其制造方法，其方法为：将C、Si、Mn和Al限定在适宜的范围内、必要时添加Cu、Ni、Cr和/或Mo或者Nb、Ti、V和/或B等的、铁素体平均晶粒直径di(μm)的原料钢管加热至Ac3相变点温度以下，在400-Ac3相变点的温度范围内进行平均轧制温度θm(℃)、合计缩径率Tred(％)的减径轧制，并且di、θm和Tred的关系满足规定的关系式，从而可以制成具有超细晶粒的钢管。
中国专利文献CN1039621A公开了一种用于低碳低合金钢钢材(包括钢棒、丝、管、带等)进行连续的或整体的双相区淬火热处理，以得到有铁素体和马氏体双相组织的细晶粒双相钢钢材。
上述现有技术的不足之处在于：无法提高TP347H不锈钢材的晶粒度，也无法提高其抗蠕变应力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、适于批量气压试验的高压锅炉用无缝不锈钢管的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高压锅炉用无缝不锈钢管的生产方法，其特点是包括如下生产步骤：
将型号为TP347H的无缝不锈钢荒管先后经荒管平头、酸洗、抛光、第一次固溶热处理、矫直、冷轧、脱脂、第二次固溶热处理、冷拔、高温蠕变应力调质、矫直、切管和酸洗；
其中，所述高温蠕变应力调质的步骤中，无缝不锈钢管先后经过四组调质装置，经过各组调质装置时的温度和线速度如下：
经过第一组调质装置时的淬火温度为1050℃-1080℃，时间为20-30分钟；回火温度为680℃-740℃，时间为40-60分钟，调质线速度为0.4米/分钟；
经过第二组调质装置时的淬火温度为1180℃-1190℃，时间为20-30分钟；回火温度为720℃-820℃，时间为40-60分钟，调质线速度为0.5米/分钟；
经过第三组调质装置时的淬火温度为950℃-1000℃，时间为20-30分钟；回火温度为600℃-680℃，时间为40-60分钟，调质线速度为1.0米/分钟；
经过第四组调质装置时的淬火温度为1160℃-1180℃，时间为20-30分钟；回火温度为700℃-800℃，时间为40-60分钟，调质线速度为1.1米/分钟。
进一步，所述无缝不锈钢荒管中所含碳元素的重量比为0.06％-0.10％
进一步，所述第一次和第二次固溶热处理的条件相同，其处理温度为1050℃～1100℃，速度为0.5米/分。
本发明具有积极的效果：本发明的高压锅炉用无缝不锈钢管的生产方法所生产的无缝不锈钢管，其在TP347H不锈钢的基础上大幅提高了晶粒度级数，其晶粒度级数由4～5级提高到7-10级；同时通过选择一定含碳量的无缝不锈钢荒管，提高了本发明的钢管在高温、高压环境使用时的耐腐蚀性和耐蒸汽氧化性能，使本发明的无缝不锈钢管能适应大容量、高参数超临界蒸汽锅炉(气压为10-12Mpa，温度为650℃-700℃)的应用，本发明的无缝不锈钢管的高温许应力超过常规TP347H不锈钢的30％以上。
具体实施方式
(实施例1)
本实施例的高压锅炉用无缝不锈钢管的生产方法，其包括如下生产步骤：
将型号为TP347H的无缝不锈钢荒管原料中的所含碳元素的重量比调整为0.06％-0.10％；然后，将所述荒管原料先后经荒管平头、酸洗、抛光、第一次固溶热处理、矫直、冷轧、脱脂、第二次固溶热处理、冷拔、高温蠕变应力调质、矫直切管和酸洗。
其中，所述高温蠕变应力调质的步骤中，无缝不锈钢管先后经过四组调质装置，经过各组调质装置时的温度和线速度如下：
经过第一组调质装置时的淬火温度为1050℃-1080℃，时间为20-30分钟；回火温度为680℃-740℃，时间为40-60分钟，调质线速度为0.4米/分钟；
经过第二组调质装置时的淬火温度为1180℃-1190℃，时间为20-30分钟；回火温度为720℃-820℃，时间为40-60分钟，调质线速度为0.5米/分钟；
经过第三组调质装置时的淬火温度为950℃-1000℃，时间为20-30分钟；回火温度为600℃-680℃，时间为40-60分钟，调质线速度为1.0米/分钟；
经过第四组调质装置时的淬火温度为1160℃-1180℃，时间为20-30分钟；回火温度为700℃-800℃，时间为40-60分钟，调质线速度为1.1米/分钟。
每组的调质用于淬火前的加热时间和温度、淬火的时间、回火温度和时间都要视管子的壁厚来定。
所述第一次和第二次固溶热处理的条件相同，其处理温度为1050℃～1100℃，速度为0.5米/分。
本实施例的上述生产步骤生产的无缝不锈钢管的化学成份的重量百分比见下表：
 
C Si Mn p S Ni Cr Nb
0.06-0.10 ≤0.75 ≤2.00 ≤0.04 ≤0.03 9.00-13.00 17.00-20.00 8xc-1.0
本发明提高了TP347H的无缝不锈钢管的的晶粒度，并调整了碳元素，由此提高了钢材作在高压、高温的环境中具有较好的抗蠕变应许力，提高了力学性能。争强了拉伸强度和高温耐腐蚀性能与耐温氧化特性，故而适用于高压锅炉中。
本实施例的上述生产步骤生产的无缝不锈钢管的力学性能见下表：
酸洗：指利用酸溶液去除钢铁表面上的氧化皮和锈蚀物的方法。氧化皮、铁锈等铁的氧化物(Fe3O4，Fe2O3，FeO等)与酸溶液发生化学反应，形成盐类溶于酸溶液中而被除去。酸洗用酸有硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、铬酸、氢氟酸和混合酸等。最常用的是硫酸和盐酸。酸洗工艺主要有浸渍酸洗法、喷射酸洗法和酸膏除锈法。一般多用浸渍酸洗法，大批量生产中可采用喷射法。钢铁零件一般在10％～20％(体积)硫酸溶液中酸洗，温度为40℃。当溶液中含铁量超过80g/L，硫酸亚铁超过215g/L时，应更换酸洗液。常温下，用20％～80％(体积)的盐酸溶液对钢铁进行酸洗，不易发生过腐蚀和氢脆现象。由于酸对金属的腐蚀作用很大，需要添加缓蚀剂。清洗后金属表面成银白色，同时钝化表面，提高不锈钢抗腐蚀能力。
固溶热处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。固溶热处理的目的：改善钢和合金的塑性和韧性，使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能。
所述脱脂的步骤主要用于除油和其他杂质。
冷轧是指在常温下，经过冷拉、冷弯、冷拔等冷加工把钢板或钢带加工成各种型式的钢材。冷轧可以使钢材产生很大的塑性变形，从而提高了钢材的屈服点。本实施例中的冷轧的技术要求：其管子外径和壁厚公差要符合标准要求或订货合同要求；其内外表面要光洁，不能有轧毛、轧折和开裂现象。
冷拔：指在材料的一端施加拔力，使材料通过一个模具孔而拔出的方法，模具的孔径要较材料的直径小些。冷拔加工使材料除了有拉伸变形外还有挤压变形，冷拔加工一般要在专门的冷拔机上进行。本实施例中的冷拔的技术要求：其管子外径和壁厚公差要符合标准要求或订货合同要求；其内外表面要光洁，不能有拉毛、折叠和开裂现象。
长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变。
当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力。
工程上通常把淬火+高温回火这样的热处理组合称为调质处理，主要目的获得的强度、硬度、塑性和韧性匹配良好的综合机械性能，可以作为最终热处理，也可以作为预先热处理；钢在调质后的组织是：回火索氏体组织。

Claims (3)

1、一种高压锅炉用无缝不锈钢管的生产方法，其特征在于包括如下生产步骤：
将型号为TP347H的无缝不锈钢荒管先后经荒管平头、酸洗、抛光、第一次固溶热处理、矫直、冷轧、脱脂、第二次固溶热处理、冷拔、高温蠕变应力调质、矫直、切管和酸洗；
其中，所述高温蠕变应力调质的步骤中，无缝不锈钢管先后经过四组调质装置，经过各组调质装置时的温度和线速度如下：
经过第一组调质装置时的淬火温度为1050℃-1080℃，时间为20-30分钟；回火温度为680℃-740℃，时间为40-60分钟，调质线速度为0.4米/分钟；
经过第二组调质装置时的淬火温度为1180℃-1190℃，时间为20-30分钟；回火温度为720℃-820℃，时间为40-60分钟，调质线速度为0.5米/分钟；
经过第三组调质装置时的淬火温度为950℃-1000℃，时间为20-30分钟；回火温度为600℃-680℃，时间为40-60分钟，调质线速度为1.0米/分钟；
经过第四组调质装置时的淬火温度为1160℃-1180℃，时间为20-30分钟；回火温度为700℃-800℃，时间为40-60分钟，调质线速度为1.1米/分钟。
2、根据权利要求1所述的高压锅炉用无缝不锈钢管的生产方法，其特征在于：所述无缝不锈钢荒管中所含碳元素的重量比为0.06％-0.10％。
3、根据权利要求1所述的高压锅炉用无缝不锈钢管的生产方法，其特征在于：所述第一次和第二次固溶热处理的条件相同，其处理温度为1050℃～1100℃，速度为0.5米/分。
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