CN103599957B - 一种加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的挤压成型方法 - Google Patents
一种加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的挤压成型方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的挤压成型方法，它包括下述的步骤：<b>Ⅰ</b>？管坯准备：管坯规格为Φ250～450mm，中心通孔Φ40～100mm；<b>Ⅱ</b>？管坯预热：管坯入炉口炉温750±10℃；环形炉目标温度：1000±10℃；均热时间：25～30min；管坯出炉表面温度1000±10℃；<b>Ⅲ</b>？一次感应加热：感应目标温度1150±10℃，加热与保温总时间3～5min；<b>Ⅳ</b>？扩孔：玻璃粉润滑后管坯进入扩孔机，使用扩孔锥完成扩孔；<b>Ⅴ</b>？二次感应加热：管坯进入二次感应炉，目标温度1200±10℃，均热时间1~2min；<b>Ⅵ</b>？挤压：挤压筒进行预热至300℃以上，管坯经玻璃粉润滑后入挤压机，挤压完毕水冷。本发明的不锈钢无缝管的挤压成型方法成型时热塑性好、热加工中不容易出现裂纹。
Description
技术领域
本发明涉及一种加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的挤压成型方法，具体讲本发明涉及的是外径Φ168mm～Φ325mm，壁厚不小于12mm的加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的挤压成型方法。
背景技术
随着中国在石化行业的迅猛发展，加氢裂化装置的能力不断增大。而由于原油杂质含量越来越多，氢和硫化氢腐蚀越来越严重，并且加氢装置炉管使用温度高，炉管的工况条件越来越严苛，这就要求炉管具有高的高温强度以及优良的抗腐蚀性能。奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀及抗高温高压性能，在常压炉及减压炉等加氢裂化炉炉管领域得到了广泛应用。
加氢裂化炉用奥氏体不锈钢为高合金钢，主要元素Cr（其含量≥16.0wt.%），Ni（其含量≥10.0wt.%），另外添加Mo元素（≥2.0wt.%），合金化程度高，变形抗力加大、热加工温度范围窄、脆性大、塑性差，导致其加工难度大，在压力加工过程中容易开裂。目前，国内较大口径（直径≥160mm）奥氏体不锈钢无缝管仍以斜轧穿孔或压力穿孔作为主要手段来制备空心管坯（荒管），并结合轧制、热处理等步骤来生产，但是采用这种现有的生产工艺生产大口径加氢裂化炉用奥氏体不锈钢管材，受限于热穿孔，穿孔过程中极易在其中心部位形成孔腔，产生所谓的“曼内斯曼效应”，进而产生内折叠、分层等各种表面和内在缺陷，这些缺陷对于管材的后续轧制是致命性的，从而造成成材率低。另外，现有的生产工艺路线长，生产效率低，而加氢装置炉管使用温度高，介质恶劣，尤其要求避免金属离子及氯离子污染，故通常要求短工艺道次完成。
发明内容
为了克服现有加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的成型方法的上述不足，本发明提供一种挤压成型时热塑性好、热加工中不容易出现裂纹的加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的挤压成型方法。
本发明的机理是根据热挤压成形过程中，金属承受三向压应力的理想加工应力状态，可改善合金的塑性流动能力，而挤压温度、挤压速度和挤压比关键参数对合金组织影响很大，需合理选择。如果挤压温度过高，合金易过烧，温度过低则合金塑性差；挤压速度过大，温升高，易开裂，速度小，易出现橘皮等缺陷；挤压比小，晶粒度粗，耐蚀性差，挤压比大，晶粒度细，挤压力过大，易出现闷车等情况。因此，根据合金特性以及使用要求，匹配合理的挤压工艺参数，对于保证合金的热塑性，同时达到组织、性能要求尤为重要。
本加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管成分的质量百分配比为：
C0.015～0.035Si0.35～0.75%Mn1.0～1.5%P≤0.020%
S≤0.010%Cr16.0~17.0%Ni10.1~11.3%Mo2.0~2.5%
其余为Fe与不可避免的杂质。
本加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的制备方法的工艺流程为：.
管坯入厂→管坯检验→管坯准备→环型炉加热→一次感应加热→扩孔→二次感应加热→挤压→水冷→矫直→定尺→水压→酸洗→（修磨、喷丸）→表检→超声→包装→入库。
本发明针对制备中的挤压过程中的管坯准备、环型炉加热、一次感应加热、扩孔、二次感应加热与挤压，进行说明。
本加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的挤压成型方法包括下述依次的步骤：
Ⅰ管坯准备
管坯是通过径锻完成，管坯规格为Φ250～450mm，公差±5mm；中心通孔Φ40～100mm，公差±2mm；长度600～1000mm。
管坯一般是采用电炉+AOD+LF炉冶炼后，通过径锻完成。
Ⅱ管坯预热
将管坯入环形炉进行预热，入炉口炉温750±10℃；
环形炉目标温度：1000±10℃，以避开碳化物析出区间；加热时间：250～450min；均热时间：25～30min。管坯出环形炉时的表面温度1000±10℃。
Ⅲ一次感应加热
管坯入感应加热炉，感应加热目标温度1150±10℃，加热段功率650～750KW，均热段功率150～190KW，保证坯料内外加热均匀，加热与保温总时间控制在3～5min。
Ⅳ扩孔
一次感应加热完毕，玻璃粉润滑后管坯进入扩孔机，使用扩孔锥完成扩孔，扩孔系数控制在1.3～1.5。
Ⅴ二次感应加热
扩孔后的管坯出扩孔机进入二次感应炉，二次感应目标温度1200±10℃，均热时间1~2min，加热段功率750～850KW，均热段功率不大于200KW。感应加热完毕，出炉。
Ⅵ挤压
根据挤压比配置挤压模具，并对挤压筒进行预热至300℃以上，避免扩孔后的管坯温降过大。扩孔后的管坯经玻璃粉润滑后入挤压机，挤压速度：100~120mm/s，挤压比：5~8.4，面缩率：80.0~88.1%，挤压完毕后立即（时间控制在15s内）水冷。
挤压温度、挤压速度和挤压比等关键参数对钢管的组织及性影响较大。因此，需要根据不同钢管规格尺寸对挤压工艺参数进行合理匹配。
本发明通过匹配合适的挤压温度、挤压速度和挤压比，制得的外径Φ168mm～Φ325mm（厚度一般12—20mm）加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的晶粒度为6级以上，组织均匀，无混晶，组织、性能均满足使用要求。用本工艺生产加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管，生产工艺流程短，生产效率高。挤压成型时热塑性好、热加工中不容易出现裂纹。
具体实施案例
下面结合实施例详细说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施不局限于下述的实施例。
实施例1
本实施例所制造的加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的化学成分的质量百分比为：
C0.02Si0.45Mn1.20P0.012S0.002Cr16.50
Ni11.20Mo2.10；其余为Fe与不可避免的杂质。
规格：Φ168×12mm
尺寸公差要求：外径公差：±3mm；壁厚公差：±3mm
力学性能要求：屈服强度Rp0.2≥170MPa，抗拉强度Rm≥485MPa，伸长率A≥35%。
钢管内外表面不得有裂纹、折叠、结疤、轧折和分层缺陷。
本实施例包括下述依次的步骤：
Ⅰ管坯准备
采用Φ277mm锻造管坯，中心通孔直径Φ50mm；长度930mm。
Ⅱ管坯预热
管坯入环形炉，入炉口温度750±10℃，目标温度：1000±10℃，加热时间：344min，均热时间：27min。管坯出环形炉时的表面温度995℃。
Ⅲ一次感应加热
管坯入感应加热炉，一次感应加热的目标温度：1160℃，保温时间：1.5min，加热功率630KW，保温功率180KW。加热与保温总时间控制在4min。
Ⅳ扩孔
一次感应加热完毕，玻璃粉润滑后管坯夹在扩孔机上，使用Φ160mm的扩孔锥完成扩孔，扩延系数为1.32。
Ⅴ二次感应加热
扩孔后的管坯出扩孔机后进入二次感应炉加热，二次感应炉加热的目标温度：1210℃，均热时间：1min，加热段功率760KW，均热段功率185KW。感应加热完毕，出炉。
Ⅵ挤压
二次感应加热完毕出炉，扩孔后的管坯完成润滑后入挤压机，挤压前挤压筒已预热至320℃，挤压速度100~110mm/s，挤压在6s内完成，挤压比为8.4，面缩率为88.1%，挤压完毕立即水冷成钢管，钢管表面及尺寸良好。挤压模具规格：挤压筒直径Φ290mm，挤压针直径Φ150mm。
挤压成的无缝钢管的外径为Φ168mm，壁厚12mm，测得的屈服强度Rp0.2为255MPa，抗拉强度Rm为570MPa，伸长率A为52%，满足力学性能要求，晶粒度为8级，压扁、扩口和晶间腐蚀均合格。挤压力峰值5300吨，未达到设备极限挤压力，可批量生产。本实施例的挤压比不大于8.4，面缩率不大于88.1%。
实施例2
本实施例所制造的加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的化学成分的质量百分比为：
C0.018Si0.42Mn1.32P0.013S0.001Cr16.60Ni11.15Mo2.22；其余为Fe与不可避免的杂质。
规格：Φ325×20mm
尺寸公差要求：外径公差：±3mm；壁厚公差：±3mm
力学性能要求：屈服强度Rp0.2≥170MPa，抗拉强度Rm≥485MPa，伸长率A≥35%。
钢管内外表面不得有裂纹、折叠、结疤、轧折和分层缺陷。
本实施例包括下述依次的步骤：
Ⅰ管坯准备
采用Φ432mm锻造管坯，中心通孔直径Φ80mm；长度900mm。
Ⅱ管坯预热
管坯入环形炉，入炉口温度750±10℃，目标温度：1000±10℃，加热时间：432min，均热时间：25min。管坯出环形炉时的表面温度为998℃。
Ⅲ一次感应加热
管坯入感应加热炉；一次感应加热的目标温度：1160℃，保温时间：2min，加热功率700KW，保温功率170KW。加热与保温总时间控制在5min。
Ⅳ扩孔
一次感应加热完毕，玻璃粉润滑后管坯夹在扩孔机上，使用Φ280mm的扩孔锥完成扩孔，扩延系数为1.49。
Ⅴ二次感应加热
扩孔后的管坯出扩孔机后进入二次感应炉加热，二次感应炉加热的目标温度：1190℃，均热时间：1min，加热段功率800KW，均热段功率180KW。感应加热完毕，出炉。
Ⅵ挤压
二次感应加热完毕出炉，扩孔后的管坯完成润滑后入挤压机，挤压前挤压筒已预热至320℃，挤压速度110~120mm/s，挤压在5s内完成，挤压比为5，面缩率为80%，挤压完毕立即水冷成钢管，钢管表面及尺寸良好。挤压模具规格：挤压筒直径Φ450mm，挤压针直径Φ291mm。
挤压成的无缝钢管的外径为Φ325mm，壁厚20mm，测得的屈服强度Rp0.2为195MPa，抗拉强度Rm为515MPa，伸长率A为42%，满足力学性能要求，晶粒度为6级，压扁、扩口和晶间腐蚀均合格。挤压力峰值5800吨，未达到设备极限挤压力，可批量生产。本实施例的挤压比不小于5，面缩率不小于80.0%。
Claims (1)
1.一种加氢裂化炉用奥氏体不锈钢无缝管的挤压成型方法，它包括下述依次的步骤：
Ⅰ管坯准备
管坯是通过径锻完成，管坯规格为Φ250～450mm，公差±5mm；中心通孔Φ40～100mm，公差±2mm；长度600～1000mm；
Ⅱ管坯预热
将管坯入环形炉进行预热，入炉口炉温750±10℃；
环形炉目标温度：1000±10℃，以避开碳化物析出区间；加热时间：250～450min；均热时间：25～30min；管坯出环形炉时的表面温度1000±10℃；
Ⅲ一次感应加热
管坯入感应加热炉，感应加热目标温度1150±10℃，加热段功率650～750KW，均热段功率150～190KW，保证坯料内外加热均匀，加热与保温总时间控制在3～5min；
Ⅳ扩孔
一次感应加热完毕，玻璃粉润滑后管坯进入扩孔机，使用扩孔锥完成扩孔，扩孔系数控制在1.3～1.5；
Ⅴ二次感应加热
扩孔后的管坯出扩孔机进入二次感应炉，二次感应目标温度1200±10℃，均热时间1~2min，加热段功率750～850KW，均热段功率不大于200KW；感应加热完毕，出炉；
Ⅵ挤压
根据挤压比配置挤压模具，并对挤压筒进行预热至300℃以上，扩孔后的管坯经玻璃粉润滑后入挤压机，挤压速度：100~120mm/s，挤压比：5~8.4，面缩率：80.0~88.1%，挤压完毕后立即水冷。
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