CN103753146B - 一种高压锅炉用镍基合金管生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种合金管生产工艺，尤其涉及一种高压锅炉用镍基合金管生产工艺。本发明工艺依次包括离心铸造管坯、管坯剪断、酸洗、第一道冷轧、中间退火、第二道冷轧、成品热处理、理化检验、矫直、精整、涡流探伤（替代水压试验）、管体检验、超声波探伤、喷标打包入库等步骤，本发明生产流程短，可大幅度降低镍基合金管的生产周期，提高生产效率，降低生产成本，且管坯采用离心铸造方法生产管坯，材料利用率高，避免材料的浪费；离心铸造管坯内表面粗糙度高，因此离心铸造后采用酸洗的方法降低离心铸造管坯内表面粗糙度，且两次变形均采用冷轧的方法进行，可省略热挤压过程，及热挤压设备的增设，降低生产成本。

Description

一种高压锅炉用镍基合金管生产工艺
技术领域
本发明涉及一种合金管生产工艺，尤其涉及一种高压锅炉用镍基合金管生产工艺。
背景技术
高压锅炉用合金管特别是超超临界高压锅炉用合金管材要求材料具有很高的高温强度、抗蠕变断裂及耐蚀性能。镍基合金作为一种理想的高温合金材料近年来得到了广泛的研究。由于镍基合金具有较高的热变形抗力和较差的热塑性，因此镍基合金管的生产具有较高的难度。
对现有技术文献的检索发现，中国发明专利[申请号:200410100466.5]公开了一种锻造棒热穿孔+冷加工(冷轧或冷拔)工艺加工Incone1690合金管材，由于镍基合金具有较高的热变形抗力，因此用热穿孔对镍基合金加工的难度大而且废品率高，管坯的质量难以保证，该专利主要用于热变形抗力较小的镍基合金（如Incone1690合金）管材的加工。中国发明专利[申请号:02144977.5〕公开了一种棒材+机加工+冷旋压+冷轧工艺生产高温合金管材的方法。该工艺需要先将棒材加工成旋压坯料即用机加工的方法打孔，这种工艺材料利用率低，造成生产成本大幅提高。中国发明专利[申请号:201010538426.0]公开了一种锻造棒热挤压+强力冷旋压减薄加工大口径镍基合金管材。该工艺热挤压设备和强力冷旋压设备造价较高，不适用于一般中小企业。中国发明专利[申请号:201010538461.6]公开了一种离心铸造+热挤压+冷轧或冷拔的方法加工小口径薄壁镍基合金管的方法，该工艺同样也存在热挤压设备和强力冷旋压设备造价较高，不适用于一般中小企业的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种生产成本低，设备投资少的高压锅炉用镍基合金管生产工艺。
实现本发明目的的技术方案是：一种高压锅炉用镍基合金管生产工艺；其特征在于：所述镍基合金管制备方法包括如下步骤：
（1）采用卧式离心铸造机铸造镍基合金管坯，所述管坯的外径为20～300mm，壁厚为3～50mm；
（2）将管坯锯断至所需长度，并对管坯内外壁进行酸洗处理；酸洗处理后用清水冲洗，干燥待用；
（3）将步骤（2）中酸洗处理后的管坯进行第一道冷轧，冷轧变形量为20～35%；
（4）将步骤（3）所得的管材进行中间退火，所述中间退火温度为1070～1200℃；
（5）将步骤（4）所得的管材进行第二道冷轧，所述第二道冷轧变形量20～35%；
（6）将步骤（5）所得的管材进行成品热处理，所述成品热处理包括固溶处理、中间热处理和两次时效处理；
（7）将步骤（6）所得的成品管材依次进行理化检验、矫直、精整、涡流探伤、管体检验、超声波探伤后进行喷标打包入库。
上述技术方案，所步骤（1）中离心铸造浇注速度为20～30kg/s；开始浇注时至15s内逐渐增加离心铸造机型筒转速，直至浇注完毕；浇注结束后，以与加速时同样的规律降低型筒转速，直至管坯铸件完全凝固。
上述技术方案，所述步骤（2）中酸洗所用溶液为HF+HNO3，所述HF质量分数为10%-15%，HNO3质量分数为30%-50%。
上述技术方案，所述步骤（4）中的中间退火温度为1150℃。
上述技术方案，所述步骤（6）中所述固溶处理温度为1150～1250℃，固溶处理时间为1～2h，固溶处理后水雾冷却；中间处理温度为980～1080℃，时间为3～5h，空冷；一次时效处理温度为843℃，一次时效处理时间为24h，空冷；二次时效处理温度为760℃，二次时效处理时间为16h，空冷。
上述技术方案，所述步骤（7）中的成品镍基合金管的外径10～114mm，壁厚为2～20mm。
上述技术方案，所述镍基合金为Inconel617合金，成分为铬（Cr）：20～25%，铜（Cu）：0.2～0.7%，碳（C）:0.01～0.2%，钼（Mo）：8.0～10.0%，钴（Co）：10～15%，铝（Al）：0.5～1.5%，钛（Ti）：0.2～0.6%，硼（B）：0.01～0.02%，钨（W）：0.01～0.3%，钽（Ta）：0.01～0.3%，钕（Nd）和/或钇（Y）：0.02～0.6%，余量为镍（Ni）及其它不可避免的微量杂质元素。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
（1）本发明生产流程短，可大幅度降低镍基合金管的生产周期，提高生产效率，降低生产成本，且管坯采用离心铸造方法生产管坯，材料利用率高，避免材料的浪费；离心铸造管坯内表面粗糙度高，因此离心铸造后采用酸洗的方法降低离心铸造管坯内表面粗糙度，且两次变形均采用冷轧的方法进行，可省略热挤压过程，及热挤压设备的增设，降低生产成本；
（2）本发明离心铸造时速度选则在20～30%之间，且铸造过程及凝固过程均采用一定的加速度对离心铸造机型筒进行加速和减速，可保证离心铸造后管坯能够获得全部细小的织等轴晶组织，且离心管坯密度高，组织均匀致密，气孔、疏松等缺陷少，强度高；
（3）本发明采用1070～1200℃的中间退火温度，优选1150℃的中间退火温度可使组织发生完全再结晶且分布均匀，进一步提高材料的组织均匀性；
（4）本发明采用比传统镍基合金较高的固溶处理温度，从而可缩短固溶处理时间，缩短工艺周期，提高加工效率；且较高温度的固溶处理还可获得优良的固溶效果，对后续时效提供良好的基础，达到弥散强化的显著效果；
（5）本发明在传统的Inconel617合金中还添加了W、B、Ta及稀土元素，其中W主要起固溶强化的作用；B具有较低环境敏感性，优先占据晶界位置，起到净化晶界的作用，且B在晶界的隔离能比自由表面低，更有利于B偏聚在晶界，进一步提高晶界结合强度，稀土元素的添加不仅可以起到固溶强化的作用，还可提高基体的电极电位，从而大大提高镍基合金管的耐蚀性。
具体实施方式
本发明为针对离心铸造后管件的特点，在镍基合金管冷轧前加入一道酸洗工艺，通过反复提拉管材，使酸液可以在管件内部充分流动的酸洗方式降低铸件内表面粗糙度，所述酸洗溶液为HF+HNO3，HF质量分数为10%-15%，HNO3质量分数为30%-50%；此外，冷轧工艺还可以有效改善管件内部偏析的情况，并通过成品热处理彻底消除偏析，并获得理想的组织。本发明具体工艺路线如下：管坯离心铸造→管坯剪断→酸洗→第一道冷轧→退火→第二道冷轧→成品热处理→理化检验→矫直→精整→涡流探伤（替代水压试验）→管体检验→超声波探伤→喷标打包入库。
（实施例1）
本发明高压锅炉用镍基合金管生产工艺包括以下步骤:
（1）采用卧式离心铸造机铸造镍基合金管坯，所述管坯的外径为92mm，壁厚为8mm；离心铸造浇注速度为20kg/s；开始浇注时至15s内逐渐增加离心铸造机型筒转速，直至浇注完毕；浇注结束后，以与加速时同样的规律降低型筒转速，直至管坯铸件完全凝固；
（2）将管坯锯断至4600mm长度，并对管坯内外壁进行酸洗处理；酸洗处理后用清水冲洗，干燥待用；
（3）将步骤（2）中酸洗处理后的管坯进行第一道冷轧，冷轧变形量为20～35%，轧制后所得中间管外径为76mm，壁厚为6mm；
（4）将步骤（3）所得的管材进行中间退火，所述中间退火温度为1200℃；
（5）将步骤（4）所得的管材进行第二道冷轧，所述第二道冷轧变形量20～35%，轧制后得到成品管外径为57mm，壁厚为4.5mm，长度为12000mm；
（6）将步骤（5）所得的管材进行成品热处理，所述成品热处理包括固溶处理、中间热处理和两次时效处理；固溶处理温度为1250℃，固溶处理时间为2h，固溶处理后水雾冷却；中间处理温度为1080℃，时间为3h，空冷；一次时效处理温度为843℃，一次时效处理时间为24h，空冷；二次时效处理温度为760℃，二次时效处理时间为16h，空冷。
（7）将步骤（6）所得的成品管材依次进行理化检验、矫直、精整、涡流探伤、管体检验、超声波探伤后进行喷标打包入库。
本实施例镍基合金管材料为Inconel617，合金材料成分（重量百分比）为：铬（Cr）：20～25%，铜（Cu）：0.2～0.7%，碳（C）:0.01～0.2%，钼（Mo）：8.0～10.0%，钴（Co）：10～15%，铝（Al）：0.5～1.5%，钛（Ti）：0.2～0.6%，硼（B）：0.01～0.02%，钨（W）：0.01～0.3%，钽（Ta）：0.01～0.3%，钕（Nd）：0.02～0.6%，余量为镍（Ni）及其它不可避免的微量杂质元素。
（实施例2）
本发明高压锅炉用镍基合金管生产工艺包括以下步骤:
（1）采用卧式离心铸造机铸造镍基合金管坯，所述管坯的外径为20mm，壁厚为3mm；离心铸造浇注速度为25kg/s；开始浇注时至15s内逐渐增加离心铸造机型筒转速，直至浇注完毕；浇注结束后，以与加速时同样的规律降低型筒转速，直至管坯铸件完全凝固；
（2）将管坯锯断至1550mm长度，并对管坯内外壁进行酸洗处理；酸洗处理后用清水冲洗，干燥待用；
（3）将步骤（2）中酸洗处理后的管坯进行第一道冷轧，冷轧变形量为20～35%，轧制后所得中间管外径为15mm，壁厚为2.4mm；
（4）将步骤（3）所得的管材进行中间退火，所述中间退火温度为1150℃；
（5）将步骤（4）所得的管材进行第二道冷轧，所述第二道冷轧变形量20～35%，轧制后得到成品管外径为10mm，壁厚为2mm，长度为6000mm；
（6）将步骤（5）所得的管材进行成品热处理，所述成品热处理包括固溶处理、中间热处理和两次时效处理；固溶处理温度为1200℃，固溶处理时间为1h，固溶处理后水雾冷却；中间处理温度为1020℃，时间为5h，空冷；一次时效处理温度为843℃，一次时效处理时间为24h，空冷；二次时效处理温度为760℃，二次时效处理时间为16h，空冷。
（7）将步骤（6）所得的成品管材依次进行理化检验、矫直、精整、涡流探伤、管体检验、超声波探伤后进行喷标打包入库。
本实施例镍基合金管材料为Inconel617，合金材料成分（重量百分比）为：铬（Cr）：20～25%，铜（Cu）：0.2～0.7%，碳（C）:0.01～0.2%，钼（Mo）：8.0～10.0%，钴（Co）：10～15%，铝（Al）：0.5～1.5%，钛（Ti）：0.2～0.6%，硼（B）：0.01～0.02%，钨（W）：0.01～0.3%，钽（Ta）：0.01～0.3%，钇（Y）：0.02～0.6%，余量为镍（Ni）及其它不可避免的微量杂质元素。
（实施例3）
本发明高压锅炉用镍基合金管生产工艺包括以下步骤:
（1）采用卧式离心铸造机铸造镍基合金管坯，所述管坯的外径为150mm，壁厚为28mm；离心铸造浇注速度为30kg/s；开始浇注时至15s内逐渐增加离心铸造机型筒转速，直至浇注完毕；浇注结束后，以与加速时同样的规律降低型筒转速，直至管坯铸件完全凝固；
（2）将管坯锯断至7180mm长度，并对管坯内外壁进行酸洗处理；酸洗处理后用清水冲洗，干燥待用；
（3）将步骤（2）中酸洗处理后的管坯进行第一道冷轧，冷轧变形量为20～35%，轧制后所得中间管外径为132mm，壁厚为24mm；
（4）将步骤（3）所得的管材进行中间退火，所述中间退火温度为1070℃；
（5）将步骤（4）所得的管材进行第二道冷轧，所述第二道冷轧变形量20～35%，轧制后得到成品管外径为114mm，壁厚为20mm，长度为12000mm；
（6）将步骤（5）所得的管材进行成品热处理，所述成品热处理包括固溶处理、中间热处理和两次时效处理；固溶处理温度为1150℃，固溶处理时间为1.5h，固溶处理后水雾冷却；中间处理温度为980℃，时间为5h，空冷；一次时效处理温度为843℃，一次时效处理时间为24h，空冷；二次时效处理温度为760℃，二次时效处理时间为16h，空冷。
（7）将步骤（6）所得的成品管材依次进行理化检验、矫直、精整、涡流探伤、管体检验、超声波探伤后进行喷标打包入库。
本实施例镍基合金管材料为Inconel617，合金材料成分（重量百分比）为：铬（Cr）：20～25%，铜（Cu）：0.2～0.7%，碳（C）:0.01～0.2%，钼（Mo）：8.0～10.0%，钴（Co）：10～15%，铝（Al）：0.5～1.5%，钛（Ti）：0.2～0.6%，硼（B）：0.01～0.02%，钨（W）：0.01～0.3%，钽（Ta）：0.01～0.3%，钕（Nd）和钇（Y）的混合物：0.02～0.6%，余量为镍（Ni）及其它不可避免的微量杂质元素。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高压锅炉用镍基合金管生产工艺；其特征在于：所述镍基合金管制备方法包括如下步骤：
(1)采用卧式离心铸造机铸造镍基合金管坯，所述管坯的外径为20～300mm，壁厚为3～50mm；
(2)将管坯锯断至所需长度，并对管坯内外壁进行酸洗处理；酸洗处理后用清水冲洗，干燥待用；
(3)将步骤(2)中酸洗处理后的管坯进行第一道冷轧，冷轧变形量为20～35％；
(4)将步骤(3)所得的管材进行中间退火，所述中间退火温度为1070～1200℃；
(5)将步骤(4)所得的管材进行第二道冷轧，所述第二道冷轧变形量20～35％；
(6)将步骤(5)所得的管材进行成品热处理，所述成品热处理包括固溶处理、中间热处理和两次时效处理；
(7)将步骤(6)所得的成品管材依次进行理化检验、矫直、精整、涡流探伤、管体检验、超声波探伤后进行喷标打包入库；
所述镍基合金为Inconel617合金，成分为铬(Cr)：20～25％，铜(Cu)：0.2～0.7％，碳(C):0.01～0.2％，钼(Mo)：8.0～10.0％，钴(Co)：10～15％，铝(Al)：0.5～1.5％，钛(Ti)：0.2～0.6％，硼(B)：0.01～0.02％，钨(W)：0.01～0.3％，钽(Ta)：0.01～0.3％，钕(Nd)和/或钇(Y)：0.02～0.6％，余量为镍(Ni)及其它不可避免的微量杂质元素。
2.根据权利要求1所述的高压锅炉用镍基合金管生产工艺，其特征在于：所步骤(1)中离心铸造浇注速度为20～30kg/s；开始浇注时至15s内逐渐增加离心铸造机型筒转速，直至浇注完毕；浇注结束后，以与加速时同样的规律降低型筒转速，直至管坯铸件完全凝固。
3.根据权利要求1所述的高压锅炉用镍基合金管生产工艺，其特征在于：所述步骤(2)中酸洗所用溶液为HF+HNO3，所述HF质量分数为10％-15％，HNO3质量分数为30％-50％。
4.根据权利要求1所述的高压锅炉用镍基合金管生产工艺，其特征在于：所述步骤(4)中的中间退火温度为1150℃。
5.根据权利要求1所述的高压锅炉用镍基合金管生产工艺，其特征在于：所述步骤(6)中所述固溶处理温度为1150～1250℃，固溶处理时间为1～2h，固溶处理后水雾冷却；中间处理温度为980～1080℃，时间为3～5h，空冷；一次时效处理温度为843℃，一次时效处理时间为24h，空冷；二次时效处理温度为760℃，二次时效处理时间为16h，空冷。
6.根据权利要求1所述的高压锅炉用镍基合金管生产工艺，其特征在于：所述步骤(7)中的成品镍基合金管的外径10～114mm，壁厚为2～20mm。
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