CN104099545A - 一种镍基耐热合金无缝管的制造方法 - Google Patents

一种镍基耐热合金无缝管的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镍基耐热合金无缝管的制造方法，它包括下述依次的步骤Ⅰ热挤压、Ⅱ 冷轧+软化退火与Ⅲ 固溶+时效热处理，其特征是：在步骤步骤Ⅰ热挤压 首先将打好通心孔的管坯放入环形炉内加热，加热总时间不小于120min，不大于180min，出环形炉温度为900～950℃；管坯一次感应加热温度为1160～1180℃，扩孔；二次感应加热温度为1160～1200℃，而后进行出炉挤压，挤压比不大于8，挤压速度150～180mm/s，挤压结束后成荒管立即30秒内入水冷却。本镍基耐热合金无缝管的制造方法制的无缝管质量高、性能高。

Description

一种镍基耐热合金无缝管的制造方法
技术领域
本发明涉及一种镍基耐热合金无缝管的制造方法。
背景技术
镍基耐热合金具有优良的耐腐蚀、抗氧化及良好的机械性能，应用于航空、航天、能源及石油化工领域。含有镍、铬、钴的镍基耐热合金具有特别优异的抗烟气腐蚀性能及持久性能，也被选为新一代电站锅炉主要候选材料。但是，镍基耐热合金由于具有合金化元素含量高、变形抗力大、挤压易开裂、管材组织难以控制、可加工温度区间窄、冷变形抗力高、热处理工艺复杂等一系列特点，制管生产一直是其重大难题。现有的镍基耐热合金无缝管的制造方法尤其在冷轧生产过程中，由于减壁量、减径量不合理匹配，质量与室温力学性能（20℃）差，极易产生“炸裂”及“橘皮”缺陷。因此，在管材制备过程中如何能够有效实现热挤压、控制管材质量，确保组织性能是急需解决的问题。
发明内容
为了克服现有镍基耐热合金无缝管的制造方法的上述不足，提供一种质量高、性能高的镍基耐热合金无缝管的制造方法。
本发明的镍基耐热合金无缝管的合金名义成分为Ni-25Cr-20Co。
本镍基耐热合金无缝管的制造方法包括下述依次的步骤Ⅰ热挤压、Ⅱ  冷轧+软化退火与Ⅲ  固溶+时效热处理，其特征是：
在步骤Ⅰ热挤压
首先将打好通心孔的管坯放入环形炉内加热，加热总时间不小于120 min，不大于180min，出环形炉温度为900～950℃。管坯一次感应加热温度为1160～1180℃，扩孔。二次感应加热温度为1160～1200℃，而后进行出炉挤压。为确保挤压顺利进行，挤压比控制在8以下，挤压速度150～180mm/s，挤压结束后成管材立即（30秒内）入水冷却。
上述的镍基耐热合金无缝管的制造方法，其特征是：
在步骤Ⅱ  冷轧+软化退火
冷轧及软化退火工艺对管材总体质量以及性能会产生重大影响。冷轧参数主要包括：减壁量，减径量，送进量，轧制速度。软化退火参数主要包括：软化退火温度，冷却方式。
管材冷轧时要求在轧机能力允许范围之内（控制道次减壁量低于45%），并且减壁量/减径量比值控制在0.8～1.0之间。
因为比值过大易造成冷轧管材“炸裂”缺陷，比值过小易造成管材内壁“橘皮”缺陷。并且将比值控制在0.8～1.0之间时，管材经软化退火后组织最为均匀。 
冷轧送进量要求在3～5mm，轧制速度控制在30～40次/分。道次间软化退火温度在1100～1120℃，保温时间为20～30min，软化退火后水冷。
上述的镍基耐热合金无缝管的制造方法，其特征是：
在步骤Ⅲ  固溶+时效热处理
经最后冷轧道次之后制成的管材需进行固溶热处理，固溶温度为1130～1150℃，保温时间40～60min，水冷。固溶处理后管材需进行时效热处理，时效制度为800～820℃，保温8～12h，空冷。
采用本发明方法得到的含有镍、铬、钴的镍基耐热合金无缝管，彻底消除了热挤压闷车、开裂，冷轧“炸裂”和“橘皮”等缺陷，所得管材性能满足标准要求。
室温力学性能（20℃）：
本发明：Rp0.2≥750MPa，Rm≥1150MPa，A≥35%，Z≥40%。
ASME标准：Rp0.2≥620MPa，Rm≥1035MPa，A≥20%。
高温力学性能（750℃）：
本发明：Rp0.2≥600MPa，Rm≥900MPa，A≥20%，Z≥30%。
ASME标准：Rp0.2≥508MPa，Rm≥771MPa。
具体实施方式   
    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方式不局限于下述的实施例。
实施一
本实施例的制造方法包括下述依次的步骤：
Ⅰ  热挤压
将打好通心孔的管坯放入环形炉内加热，加热总时间为150min，出环形炉温度为900℃。管坯一次感应加热温度为1170℃，扩孔。二次感应加热温度为1194℃，出炉挤压。挤压比为6.7，挤压速度150mm/s，挤压结束后管材在25秒内入水冷却。挤压成规格为φ114×18mm的管材。
Ⅱ  冷轧+软化退火
管材规格为φ114×18mm。第一道次管材冷轧减壁量/减径量比值为0.85；送进量4mm；冷轧速度33次/分。冷轧后软化退火温度为1100℃保温20min，水冷。第二道次管材冷轧减壁量/减径量比值为0.93，送进量3mm；冷轧速度35次/分。
Ⅲ  固溶+时效热处理
第二道次冷轧后管材固溶温度为1150℃，保温40min，水冷。管材最终时效热处理工艺为800℃保温8h，空冷。
本实施例所得成品管材规格为φ50.8×8mm。无“炸裂”和“橘皮”缺陷，成品管性能满足标准要求。
室温力学性能（20℃）：
本发明：Rp0.2=813 MPa，Rm=1220 MPa，A=38%，Z=41%。
高温力学性能（750℃）：
本发明：Rp0.2=680MPa，Rm=1016MPa，A=24%，Z=32%。
实施例二
    本实施例的制造方法包括下述依次的步骤：
Ⅰ  热挤压
将打好通心孔的管坯放入环形炉内加热，加热总时间为170min，出环形炉温度为930℃。管坯一次感应加热温度为1174℃，扩孔。二次感应加热温度为1184℃，出炉挤压。挤压比为5.5，挤压速度160mm/s，挤压结束后管材在20秒内入水冷却。挤压成规格为φ140×22mm的管材。
Ⅱ  冷轧+软化退火
管材规格为φ140×22mm。第一道次管材冷轧减壁量/减径量比值为0.86；送进量4mm；冷轧速度35次/分。管材软化退火温度为1110℃保温20min，水冷。第二道次管材冷轧减壁量/减径量比值为0.93，送进量5mm，冷轧速度35次/分，管材退火温度为1120℃保温30min，水冷。第三道次管材冷轧减壁量/减径量比值为0.92，送进量3mm，冷轧速度40次/分。
Ⅲ  固溶+时效热处理
管材固溶温度为1140℃，保温45min，水冷。管材最终时效热处理工艺为820℃保温8h，空冷。
所得成品管规格为φ51×8mm。无“炸裂”和“橘皮”缺陷，成品管性能满足标准要求。
室温力学性能（20℃）：
本发明：Rp0.2=882 MPa，Rm=1232 MPa，A=39%，Z=42%。
高温力学性能（750℃）：
本发明：Rp0.2=721MPa，Rm=1108MPa，A=22%，Z=34%。
实施例三
本实施例的制造方法包括下述依次的步骤：
Ⅰ  热挤压
将打好通心孔的管坯放入环形炉内加热，加热总时间为165min，出环形炉温度为950℃。管坯一次感应加热温度为1171℃，扩孔。二次感应加热温度为1177℃，出炉挤压。挤压比为5.5，挤压速度170mm/s，挤压结束后管材在28秒内入水冷却。挤压成规格为φ140×22mm的管材。
Ⅱ  冷轧+软化退火
管材规格为φ140×22mm。第一道次管材冷轧减壁量/减径量比值为0.88；送进量3mm；冷轧速度32次/分。管材软化退火温度为1100℃保温25min，水冷。第二道次管材冷轧减壁量/减径量比值为0.84，送进量4mm，冷轧速度35次/分，管材退火温度为1120℃保温25min，水冷。第三道次管材冷轧减壁量/减径量比值为0.92，送进量3mm，冷轧速度35次/分。
Ⅲ  固溶+时效热处理
管材固溶温度为1150℃，保温45min，水冷。管材最终时效热处理工艺为800℃保温12h，空冷。
所得成品管材规格为φ44.5×8mm。无“炸裂”和“橘皮”缺陷，成品管材性能满足标准要求。
室温力学性能（20℃）：
本发明：Rp0.2=886 MPa，Rm=1235 MPa，A=40%，Z=41%。
高温力学性能（750℃）：
本发明：Rp0.2=732MPa，Rm=982MPa，A=23%，Z=33%。

Claims (3)

1.一种镍基耐热合金无缝管的制造方法，它包括下述依次的步骤Ⅰ热挤压、Ⅱ  冷轧+软化退火与Ⅲ  固溶+时效热处理，其特征是：
在步骤步骤Ⅰ热挤压
首先将打好通心孔的管坯放入环形炉内加热，加热总时间不小于120 min，不大于180min，出环形炉温度为900～950℃；
管坯一次感应加热温度为1160～1180℃，扩孔；二次感应加热温度为1160～1200℃，而后进行出炉挤压，挤压比不大于8，挤压速度150～180mm/s，挤压结束后成管材立即30秒内入水冷却。
2.根据权利要求1所述的镍基耐热合金无缝管的制造方法，其特征是：
在步骤Ⅱ  冷轧+软化退火
冷轧时管材减壁量/减径量比值控制在0.8～1.0之间，冷轧送进量要求在3～5mm，轧制速度控制在30～40次/分；道次间软化退火温度在1100～1120℃，保温时间为20～30min，然后水冷。
3.根据权利要求1或2所述的镍基耐热合金无缝管的制造方法，其特征是：
在步骤Ⅲ  固溶+时效热处理
经最后冷轧道次之后制成的管材进行固溶热处理，固溶温度为1130～1150℃，保温时间40～60min，水冷；固溶处理后管材进行时效热处理，时效温度为800～820℃，保温8～12h，空冷。
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