CN101543873A - 热成形不锈钢复合钢板制对焊管帽的制造方法 - Google Patents
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Abstract
不锈钢复合钢板成型制备对焊管帽的方法，根据管帽的规格尺寸选择不锈钢复合钢板下料成坯料；管帽坯料在压制毛坯前，进行超声波探伤及表面渗透探伤；将毛坯冷压至管帽曲面深度的33±10％，将复合板层表面清洁；在复合板层表面均匀涂上厚度为0.2～0.3mm的抗氧化涂料；然后以压机将毛坯在模具内进行热压成型条件是：初始温度按920～940℃，终压温度(即脱模时的温度)不得低于850℃；为避免复合钢板的复层与基层结合强度及复层耐腐蚀性能的下降，炉内保温时间控制在20min以内，且重新加热次数不得超过2次，工件在538～850℃要迅速升温或冷却。
Description
一、技术领域
本发明涉及不锈钢复合钢板成型制对焊管帽的制造方法。
二、背景技术
为解决石油、化工等设备的耐腐蚀问题，不锈钢是常被选用的材料。但由于不锈钢昂贵，对一些大型管道来说，往往改用复合钢板来制作。不锈钢复合钢板就是常用的材料。已经有许多合金制备的复合板出现，如CN200720034357的锆钢复合板。
不锈钢复合钢板是由较薄的复层及较厚的基层通过轧制或爆炸等方法复合而成。其中复层满足了耐腐蚀性的要求，而基层是利用相对复层成本低得多的碳素钢或低合金钢来满足强度方面的要求。由于其良好的经济性而被广泛用于石油、化工等行业的压力管道制造。
CN00133513.8焊缝对称型钢板制对焊弯头及其制造工艺，该弯头两条合成焊缝对称于弯头中心轴线两侧，壳体由非对称大小两块弧形瓦状体构成。其制造方法是将钢板用平行套裁紧密排料法经切割下料先卷制成半圆形瓦块状，然后高温加热，再进行旋压辗轧成大小两块弧形瓦状体，调质热处理后用等离子气体保护焊机焊接成全径弯头。
压力管道用不锈钢复合钢板管帽压制分为冷压和热压。根据材料性能特点及设备条件，对于基层厚度大于10mm的不锈钢复合钢板管帽的压制，更好的方案是采用热压成型。
当然不锈钢复合钢板是性价比高的材料。本发明所述的不锈钢复合钢板也包括其它合金钢复合板。
不锈钢复合钢板制对焊管帽是采用不锈钢复合钢板，焊制后经不同模具压制成型而成的一种新型材料管件。它具有两种材料特性优势，既具有不锈钢的耐腐蚀、耐磨性、抗磁性；又具有碳钢良好的可焊性、成型性、拉延性和导热性；合金材料高强、耐高温等诸多性能。它可广泛运用于石油、化工等行业的耐腐、耐酸、高强等苛刻工况恶劣环境。
三、发明内容
本发明目的是：提出一种不锈钢复合钢板制备对焊管帽的方法，尤其是采用不锈钢复合钢板，焊制后经不同模具压制成型的一种新型材料的管帽。
本发明的技术方案是：不锈钢复合钢板成型制备对焊管帽的方法，根据管帽的尺寸选择不锈钢复合钢板下料成坯料；管帽坯料在压制毛坯前，进行超声波探伤及表面渗透探伤；将毛坯冷压至管帽曲面深度的33±10％，将复合板层表面油污及其它附着物清除干净；为避免管帽加热时复层表面发生氧化，尤其是可在复合板层表面均匀涂上厚度为0.2～0.3mm的抗氧化涂料；然后以压机将毛坯在模具内进行热压成型：热压成型的条件是：初始温度按920～940℃，终压温度(即脱模时的温度)不得低于850℃；为避免复合钢板的复层与基层结合强度及复层耐腐蚀性能的下降，应尽量缩短加热时间，炉内保温时间控制在20min以内，且重新加热次数不得超过2次，工件在538～850℃要迅速升温或冷却。
热压复合钢板管帽的始压温度定在920～940℃，并严格控制终压温度，使之脱胎时不低于850℃。为了防止复合层产生敏化，应严格控制冲压过程中处于敏化温度的时间。为此，脱模后用3根风带的压缩空气均匀地吹风，使其急速风冷。当温度降到538℃时，停止吹风。这样既保证了复合层的耐蚀能力，又保证了基层组织处于正火状态，因此，热成型后的复合钢板管帽不必再热处理。
由于奥氏体不锈钢在538～850℃缓慢冷却时，晶界有高铬的碳化物Cr23C6析出，造成碳化物邻近部分贫铬，引起晶间腐蚀的倾向。因此，压制过程中工件跨越这一温度范围时必须加以控制，否则一旦产生晶间腐蚀倾向，将会在腐蚀介质的使用场合加速管道内壁的腐蚀，从而使管道的使用寿命大为缩短。鉴于此，管帽的热压必须在850℃以上完成，对大型薄壁管帽而言，由于零件表面积大、散热快，达到这一要求具有一定的难度，以022Cr17Ni12Mo2(奥氏体型不锈钢)+Q245R，外径1500mm，壁厚(3+14)mm的管帽热压工艺为例予以说明。
本发明的有益效果是：在充分掌握奥氏体不锈钢性能的基础上，进行加工，使不锈钢复合板制备管帽有较好的质量，成品率高。
四、附图说明
图1是本发明冷压预弯结构示意图
图2是本发明热压的工艺示意图
五、具体实施方式
复合钢板管帽热压成型，目前尚无成熟的经验，其关键在于加热温度很难掌握。既要保证基层的力学性能，又要保证复层的耐腐蚀能力。基层的加热温度必须使其处于原始正火状态，而且加热过程中又要防止复层产生敏化现象，因为敏化后的材料易于产生晶间腐蚀。热压管帽的加热温度既要高于复合层的敏化温度(538～850℃)，又不能过高地超过基层的正火温度(900～950℃)。鉴于此，本发明将热压复合钢板管帽的始压温度定在920～940℃，并严格控制终压温度，使之脱胎时不低于850℃。为了防止复合层产生敏化，应严格控制冲压过程中处于敏化温度的时间。为此，脱胎后用3根风带的压缩空气均匀地吹风，使其急速风冷。当温度降到538℃时，停止吹风。这样既保证了复合层的耐蚀能力，又保证了基层组织处于正火状态，因此，热成型后的复合钢板管帽不必再热处理。
1 热压准备
(1)压制毛坯前，对焊接接头进行100超声波探伤(基层)及表面渗透探伤(复层)，合格方能采用。
(2)用凸模配1与凹模圈2进行预压球凸(冷压)，并用压边圈3控制好周边，防止起皱和脱层，将管帽坯料先在室温条件下冷压预弯至1/3曲面深度左右。见图1。
(3)将复层表面油污及其它附着物清除干净。
(4)为避免管帽加热时复层表面发生氧化，在复层均匀涂上厚度为0.2～0.3mm的抗氧化涂料。
常用的抗氧化涂料的品名：1309D，Cr18Ni9Ti等材料在800～1300℃时可抗氧化、防脱碳。
管帽加热温度不得超过基层和复层所允许的最高加热温度，并力求减少重复加热次数和缩短保温时间。不锈钢复合钢板加热和热处理规范各国不完全相同。复层为奥氏体时，其加热温度为850~1000℃，最高不超过1150℃.如16MnR+OCr18Ni9Ti复合钢板，加热温度为900~950℃。终压温度高于800℃且快速空冷时，可以不热处理。基层为铬钼钢时，复层以选马氏体或铁索体钢为宜。因铬钼钢往往需正火加回火处理，复层若为奥氏体钢时，它是不宜在此回火温度下缓冷的，否则会因敏化而使耐晶间腐蚀性能降低。又如15CrMoR+OCr13复合钢板，热成形加热温度为900~950℃，若终压温度低于850℃，则需作900～950℃的正火处理，然后于670～700℃回火。
2 热压
2.1 工艺要求
对于022Cr17Ni14Mo2+Q245R管帽的热压，初始温度按Q245R的热压温度，即920～940℃，终压温度(即脱模时的温度)不得低于850℃，如果温度降至接近850℃仍未能压制成型，则应迅速回炉内加热后再压制。为避免复合钢板的复层与基层结合强度及复层耐腐蚀性能的下降，应尽量缩短加热时间，炉内保温时间控制在20min以内，且重新加热次数不得超过2次，工件在538～850℃要迅速升温或冷却。在图2的保温区间进行热压。
2.2 热处理工序
(1)为加快工件升温速度且保证受热均匀，工件须待炉膛加热至800℃以后方可入炉加热，炉内不应同时加热其他工件，为了避免硫和碳含量的增加，用中性火焰加热为宜，并通过适当调节喷油量，要求加热均匀，避免局部过热，使工件在15min之内达到920～940℃。用远红外线测温仪及热电偶严格控制炉温。
(2)在加热工件的同时，将凹模预热至450～550℃。
(3)工件出炉时，先将已预热的凹模置于压床就位，复层上需涂上润滑剂，然后迅速将工件送至凹模进行压制，利用凹模热量减缓工件的降温速度。工件从出炉至压制完成(工件脱模)，控制在3min之内，以保证终压温度高于850℃。
(4)按图2所示炉温曲线控制工件的加热，以及在保温时进行热压。入炉温度>800℃，升温速率230～280℃/h，终压温度(脱胎)≥850℃，然后快速风冷至538℃以下，再进行室温冷却。
(5)为避免复层材料产生晶间腐蚀倾向，工件压制成型后，可用两台600～800mm的大风扇同时对工件吹风，使其在3min之内降至550℃以下。
3 检验
管帽在加热及压制过程中焊接接头是否产生超标缺陷，为此应对拼接接头进行100％超声波探伤及20X射线探伤，并对复层表面进行100渗透探伤检查。同时，为了确认复层材料在加热过程中有无产生晶间腐蚀倾向，在管帽直边余料处沿板材轧制方向取出2个规格为100nm×25mm的复层作为试样毛坯，按GB/T4334.5—2000《不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法》进行试验。
检验结果表明，管帽热压后所有焊接接头均没有产生裂纹等缺陷，复层亦无晶间腐蚀倾向。经用户使用，工作状况良好。可见，对大型薄壁奥氏体不锈钢复合钢板管帽的热压成型，上述工艺是可行的。关键在于掌握好工件在538～850℃时的快速升温或冷却，以及压制工件的保温，缩短压制时间，保证工件在850℃以上压制成型。
根据材料性能特点及设备条件，对于基层厚度大于10mm的不锈钢复合钢板管帽热压成型。由于奥氏体不锈钢在538～850℃缓慢冷却时，晶界有高铬的碳化物Cr23C6析出，造成碳化物邻近部分贫铬，引起晶间腐蚀的倾向。因此，压制过程中工件跨越这一温度范围时必须加以控制，否则一旦产生晶间腐蚀倾向，将会在腐蚀介质的使用场合加速管道内壁的腐蚀，从而使管道的使用寿命大为缩短。鉴于此，管帽的热压必须在850℃以上完成。
对大型薄壁管帽而言，由于零件表面积大、散热快，达到这一要求具有一定的难度。本发明以022Cr17Ni12Mo2(奥氏体型不锈钢)+Q245R，外径1500mm，壁厚(3+14)mm的管帽热压工艺进行了成功的加工。
Claims (3)
1、不锈钢复合钢板成型制备对焊管帽的方法，其特征是根据管帽的规格尺寸选择不锈钢复合钢板下料成坯料；管帽坯料在压制毛坯前，进行超声波探伤及表面渗透探伤；将毛坯冷压至管帽曲面深度的33±10％，将复合板层表面油污及其它附着物清除干净；为避免管帽加热时复层表面发生氧化，在复合板层表面均匀涂上厚度为0.2～0.3mm的抗氧化涂料；然后以压机将毛坯在模具内进行热压成型的条件：初始温度按920～940℃，终压温度不低于850℃；为避免复合钢板的复层与基层结合强度及复层耐腐蚀性能的下降，应尽量缩短加热时间，炉内保温时间控制在20min以内，且重新加热次数不得超过2次，工件在538～850℃要迅速升温或冷却。
2、根据权利要求1所述的不锈钢复合钢板成型制备对焊管帽的方法，其特征是坯料入炉温度>800℃，升温速230～280℃/h，终压温度(脱模)≥850℃，脱模后快速风冷至538℃以下。
3、根据权利要求2所述的不锈钢复合钢板成型制备对焊管帽的方法，其特征是工件压制成型后，用两台600～800mm的大风扇同时对工件吹风，使其在3min之内降至538℃以下。
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