CN101733303A - 17-7ph厚壁无缝管制管方法 - Google Patents
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Abstract
17-7PH厚壁无缝管制管方法，其包括，1)冷变形，采用冷轧+冷拔联合生产工艺，外径缩小率控制在25～32％，壁厚减薄率控制在16～20％，变形量控制在38～50％；2)外径拔制后即进行低温烘烤，烘烤温度200～300℃，烘烤时间20～30min；3)热处理，中间热处理采用连续式辊底炉，固溶温度1050～1080℃，保温时间控制在35～60min；成品热处理采用连续式辊底炉，热处理工艺为固溶+时效处理，固溶温度1040～1060℃，保温时间20～30min；4)酸洗，酸洗温度控制在40～60℃，酸洗时间控制在15～20min；5)矫直，去油、脱脂、切管、锤头。本发明减少冷加工道次；防止管材纵向开裂、满足成品磁导率要求、提供表面质量、控制成品尺寸。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业沉淀硬化不锈钢无缝管的制管方法，尤其是指厚壁管的冷轧、尺寸公差和磁性能的控制方法。
背景技术
不锈钢是比较常见的合金钢，包括铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。
0Cr17Ni7Al是沉淀硬化不锈钢的典型牌号，具有较好的抗点蚀能力和良好的抗晶间腐蚀性能，具有比奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti更为优越的抗磨蚀性能。除良好的耐蚀性能外，具有较高的强度、硬度及良好的塑性，具有较好的综合力学性能。
此类不锈钢主要牌号有0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)、0Cr17Ni7Al(17-7PH)、0Cr15Ni5Cu2Ti(15-5PH)等。其中典型牌号0Cr17Ni7Al不锈钢标准化学成分质量百分比：C≤0.09、Si≤1.00、Mn≤1.00、S≤0.030、P≤0.035、Cr16.00～18.00、Ni6.50～7.75、Al≤0.75、Cu≤0.50。
0Cr17Ni7Al(17-7PH)为低碳钢，17-7PH厚壁无缝管，其力学性能要求：Rm≥1140MPa、Rp0.2≥965MPa；磁性能要求：磁导率μ＝100～124MH/m。
现有17-7PH厚壁无缝管的制造方法为：
1、冷变形，采用全冷拔工艺，冷拔变形量小(≤20％)；2、热处理，中间热处理采用连续式辊底炉固溶处理，成品热处理采用固溶+时效处理；3、酸洗，采用合金钢酸洗工艺H2SO4酸洗，或采用不锈钢酸洗工艺HF+HNO3酸洗；4、成品尺寸偏差控制。
上述现有制造方法存在如下问题：
1、冷变形，采用全冷拔工艺，包括芯径拔制、外径拔制，冷拔变形量小(≤20％)，生产道次较多，在拔制过程中产生内外表面拉毛(直道)现象，经多道次拔制后，表面质量较差。外径拔制时出现管体纵向开裂。
2、热处理，成品热处理后磁导率部分不合格，成品热处理工艺不能完全保证磁导率满足技术要求。
3、酸洗，采用合金钢酸洗工艺H2SO4酸洗，氧化皮较难清除。采用不锈钢酸洗工艺HF+HNO3酸洗，表面呈灰黑色，酸洗时间稍长，表面产生腐蚀(表面无光泽并起沙)，酸洗表面质量较差。
4、成品尺寸偏差控制，拔制控制按公差中间值控制。因接近成品规格时内孔较小，内孔润滑较为困难，生产到成品时，尺寸发生了较大变化，外径拔制时壁厚减小量超出预期，超出下偏差。成品经固溶+时效处理和酸洗后，外径也出现较大收缩量，经成品检验超出下偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种17-7PH厚壁无缝管制管方法，减少冷加工道次；防止管材纵向开裂、满足成品磁导率要求、提供表面质量、控制成品尺寸。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，
17-7PH厚壁无缝管制管方法，其包括如下步骤，
1)冷变形，采用冷轧+冷拔联合生产工艺，外径缩小率控制在25～32％，壁厚减薄率控制在16～20％，变形量控制在38～50％；其中，冷轧时，轧制壁厚(外径拔制前钢管壁厚)＝成品壁厚+外径拔制后壁厚减小量(3～5％×成品壁厚)；冷拔时，外径缩小率控制在10～15％，变形量控制在13～20％，拔制速度控制在3～5m/min；成品拔制外径＝最终成品外径+固溶和酸洗后外径减小量(0.30～0.40mm)
2)外径拔制后即进行低温烘烤，烘烤温度200～300℃，烘烤时间20～30min，可避免管材纵向开裂；
3)热处理，
中间热处理采用连续式辊底炉，固溶温度1050～1080℃，保温时间控制在35～60min；
成品热处理采用连续式辊底炉，热处理工艺为固溶+时效处理，固溶温度1040～1060℃，保温时间20～30min；
4)酸洗，酸洗温度控制在40～60℃，酸洗时间控制在15～20min；
5)矫直，去油、脱脂、切管、锤头。
进一步，冷轧时，管料内径与轧机芯棒之间的间隙值控制在2～4mm。
又，酸洗采用混酸酸洗工艺，酸洗溶液配比为HF浓度3～5％，HNO3浓度15～18％，以质量百分比计。
本发明冷加工生产工艺流程：
锤头-酸洗-润滑-冷拔-去油-锤头-热处理-矫直-酸洗-润滑-冷拔(循环至成品)-去油-热处理-矫直-切管-酸洗-成品检验-包装入库。
在本发明中，
冷变形采用冷轧+冷拔联合生产工艺代替原有全冷拔工艺，提高冷变形量，减少冷加工道次。
采用轧机轧制代替芯径拔制。因属厚壁管轧制，轧制时有一定难度，在轧制过程中，由于管料重，串动严重，出现“冲”和“管料转动不足”等现象，造成产品质量不合格。(冲——是厚壁管在轧制过程中产生的现象，原因是在变形区内变形过分集中、轧制力大，造成轧辊弹跳过大，且机头在前后极限运动时产生较大的冲击力而造成被轧钢管向前猛进。转动不足——是厚壁管比一般规格管重且轧制时如长度较长，更增加了单支重量，在轧制过程中更容易产生转动不够，造成耳子、棱角等缺陷。)
厚壁管冷轧技术操作要点：减小管料内径与轧机芯棒之间的间隙，间隙值控制在2～4mm，轧制时减小了芯棒弹性弯曲，有效控制了芯棒工作锥的轴向窜动，避免管料″冲”现象；修磨孔型前后回转开口，在原宽度尺寸上放大0.10～0.20mm，使管坯在前后旋转时减少切向阻力，有效解决了“管料转动不足”现象。外径缩小率控制在25～32％，壁厚减薄率控制在16～20％，变形量控制在38～50％(冷轧变形量过大会造成钢管头部喇叭形开裂)，冷轧管机车速控制在45～50次/min；
采用外径拔制方式(外模控制外径减小，无内模控制壁厚变化)拔制成品和成品前一规格，因最后二道冷变形规格内孔较小，轧制极困难，故采用外径拔制方式。在外径拔制后出现纵向开裂，出现开裂时间为一小时至数小时。产生原因：17-7PH厚壁管外径拔制变形不渗透，产生较大内应力，从而造成纵向开裂。外径拔制低温烘烤法操作要点：外径拔制后即进行低温烘烤，烘烤温度200～300℃，烘烤时间20～30min，可避免管材纵向开裂。外径缩小率控制在10～15％，变形量控制在13～20％(冷拔变形量过大更易造成钢管纵向开裂)，拔制速度控制在3～5m/min。
3、成品尺寸偏差控制
成品壁厚偏差控制法：接近成品规格时，因管材内孔较小，轧制极为困难，采用外径拔制方式(外模控制外径减小，无内模控制壁厚变化)，在外径拔制过程中壁厚会变化(减薄)，厚壁管拔制壁厚减薄量较大(常规规格壁厚变化较小)，多道次外径拔制时壁厚变化量对成品尺寸偏差是否符合技术要求极为重要。壁厚偏差控制要点：轧制壁厚(外径拔制前钢管壁厚)＝成品壁厚+外径拔制后壁厚减小量(3～5％×成品壁厚)。
成品外径偏差控制法：外径拔制成品规格后，管材固溶处理外径尺寸收缩较大(普通奥氏体不锈钢外径变化极小)，同时热处理保温时间较普通奥氏体不锈钢长，氧化皮也较厚，酸洗后外径也有一定减小，固溶处理和酸洗对外径缩小量对成品尺寸偏差是否符合技术要求有较大影响。外径偏差控制要点：成品拔制外径＝最终成品外径+固溶和酸洗后外径减小量(0.30～0.40mm)。
4、热处理方法
中间热处理采用连续式辊底炉，在轧制时管端出现开裂，主要原因固溶规格壁厚较厚，造成固溶不充分。对中间热处理工艺进行调整，固溶温度1050～1080℃，需增加保温时间，保温时间控制在35～50min左右。
成品热处理采用连续式辊底炉，热处理工艺为固溶+时效处理，固溶温度1040～1060℃，保温时间30～40min，经时效处理后力学性能稳定，但磁导率波动较大，不符合技术要求，经试验分析，磁导率与晶粒度有关，而晶粒度与固溶温度、保温时间有关，为防止晶粒长大，满足磁导率要求，需减少保温时间，保温时间控制在20～30min，晶粒度≥8级，能有效控制成品晶粒度，满足磁导率技术要求。
5、酸液配比
改进酸洗配比，采用混酸酸洗工艺，酸洗溶液配比为HF浓度3～5％，HNO3浓度15～18％，避免了因酸洗时间偏短而氧化皮清除不清和酸洗时间过长而产生腐蚀(表面无光泽并起沙)，解决了酸洗质量问题。酸洗温度控制在40～60℃，酸洗时间控制在15～20min。
6、其它
矫直：成品最终时效处理后，强度极高(Rp0.2≥965MPa)，无法矫直，产品弯曲度不到技术要求。时效处理采用井式炉，利用管材自重避免产生弯曲，时效处理后不再矫直，成品直线度较好。去油(脱脂)、切管、锤头等工序参照奥氏体不锈钢生产工艺。上述各工序为不锈钢生产正常工序，对环保和安全无影响。
本发明的有益效果
1、采用厚壁管冷轧技术替代芯径拔制，增加了变形量，减少了冷加工道次，缩短了生产周期，同时节省了芯径拔制头子，提高了产品成材率。
2、采用外径拔制低温烘烤法解决了管材纵向开裂问题，通过控制成品晶粒度，满足了磁导率技术要求。
3、改进酸洗溶液配比，解决氧化皮清除不清和表面阴色问题，提高了管材表面质量。
4、成品尺寸偏差控制法，掌握成品热处理和酸洗后外径减小量、外径拔制厚壁管时壁厚变化量，使成品外径、壁厚尺寸偏差得到有效控制。
5、调整中间热处理工艺，满足冷轧大变形量要求；控制成品晶粒度满足成品磁导率要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
1、冷变形
按表1进行冷变形，使用的轧机为LG110H、LG80，对冷轧后的表面质量进行检验并进行局部磨修。使用的拔机为LB65，对外径拔制后管材立即进行低温烘烤，拔制较为顺利，见表2。
表1冷变形工艺
| 变形方式 | 变形规格 | 中间工序 |
| 114×17.00 | 平头、酸洗、润滑 | |
| 轧机轧制 | 76×14.00 | 去油、热处理、矫直、切管、酸洗、润滑 |
| 轧机轧制 | 57×11.75 | 去油、锤头、热处理、矫直、酸洗、润滑 |
| 外径拔制 | 51×11.75 | 去油、锤头、热处理、矫直、酸洗、润滑 |
| 外径拔制 | 43×11.00 | 去油、热处理、矫直、切管、酸洗、检验 |
表2 43×11冷变形工艺
| 变形设备 | 变形规格mm | 相对变形量％ | 说明 |
| 114×17.00 | 检验磨修 | ||
| LG110H | 76×14.00 | 47.4 | 表面检验 |
| LG80 | 57×11.75 | 38.7 | 表面检验 |
| LB65 | 51×11.75 | 13.2 | 拔后烘烤 |
| 变形设备 | 变形规格mm | 相对变形量％ | 说明 |
| LB65 | 43×11.20 | 22.8 | 拔后烘烤 |
2、成品壁厚控制
根据表1轧制外径57mm时，壁厚控制为11.77mm，经过二道外径拔制及后道工序后壁厚减薄量较大，最终成品壁厚由11.77mm减薄为11.20mm，累计减薄量为0.55mm(见表3)，成品壁厚偏差符合要求。
表3外径拔制及后道工序壁厚变化值单位mm
| 外径规格 | 拔制前壁厚 | 拔制后壁厚 | 固溶后壁厚 | 酸洗后壁厚 |
| 51 | 11.77 | 11.81 | 11.77 | 11.70 |
| 43 | 11.70 | 11.31 | 11.28 | 11.20 |
3、成品外径控制
外径拔制控制在43.30～43.40mm，管材固溶处理后外径尺寸收缩较大，同时热处理后氧化皮也较厚，酸洗后外径也有一定减小，对固溶和酸洗后管材外径进行了测量，最终成品外径为43.00～43.10mm左右，较为理想，见下表4。
表4外径变化值单位mm
| 产品规格 | 拔制后外径 | 固溶后外径 | 酸洗后外径 | 结论 |
| 43×11 | 43.35 | 43.15 | 43.05 | 合格 |
4、热处理
热处理采用连续式辊底炉，中间规格76×14mm，固溶处理控制温度1060℃，辊道速度0.20m/min(保温时间40min)，按表3轧制57×11.75mm时未出现管端开裂现象，轧制较为顺利。
成品固溶处理控制温度1050℃，辊道速度0.40m/min(保温时间20min)，成品经时效处理后力学性能、磁导率符合技术要求，见表5。
表5成品磁导率、力学性能
| 生产批号 | 晶粒度(级) | 磁导率(MH/m) | Rm(MPa) | Rp0.2(MPa) | A(％) |
| E5325 | 8.5 | 112.7 | 1320 | 1210 | 17 |
| E5326 | 8.5 | 107.4 | 1350 | 1290 | 18 |
| 生产批号 | 晶粒度(级) | 磁导率(MH/m) | Rm(MPa) | Rp0.2(MPa) | A(％) |
| E5332 | 8.0 | 104.5 | 1250 | 1190 | 14 |
| E5333 | 8.0 | 106.9 | 1280 | 1220 | 16 |
5、酸洗
采用混酸酸洗工艺，HF浓度为3～5％，HNO3浓度为15～18％，酸洗温度在40～60℃，酸洗时间约15min，酸洗完毕后进行高压水冲洗，表面为银灰色，酸洗质量较为理想。
通过本发明方法制造17-7PH(0Cr17Ni7Al沉淀硬化不锈钢)无缝钢管，成品管外径、壁厚和力学性能、磁导率符合技术要求，其表面质量和力学性能也有较大改善。
Claims (3)
1.17-7PH厚壁无缝管制管方法，其包括如下步骤，
1)冷变形，采用冷轧+冷拔联合生产工艺，外径缩小率控制在25～32％，壁厚减薄率控制在16～20％，变形量控制在38～50％；
其中，冷轧时，轧制壁厚(外径拔制前钢管壁厚)＝成品壁厚+外径拔制后壁厚减小量(3～5％×成品壁厚)；冷拔时，外径缩小率控制在10～15％，变形量控制在13～20％，拔制速度控制在3～5m/min；成品拔制外径＝最终成品外径+固溶和酸洗后外径减小量(0.30～0.40mm)
2)外径拔制后即进行低温烘烤，烘烤温度200～300℃，烘烤时间20～30min，可避免管材纵向开裂；
3)热处理，
中间热处理采用连续式辊底炉，固溶温度1050～1080℃，保温时间控制在35～60min；
成品热处理采用连续式辊底炉，热处理工艺为固溶+时效处理，固溶温度1040～1060℃，保温时间20～30rmin；
4)酸洗，酸洗温度控制在40～60℃，酸洗时间控制在15～20min；
5)矫直，去油、脱脂、切管、锤头。
2.如权利要求1所述的17-7PH厚壁无缝管制管方法，其特征是，冷轧时，管料内径与轧机芯棒之间的间隙值控制在2～4mm。
3.如权利要求1所述的17-7PH厚壁无缝管制管方法，其特征是，酸洗采用混酸酸洗工艺，酸洗溶液配比为HF浓度3～5％，HNO3浓度15～18％，以质量百分比计。
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