CN104826890B - 一种超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法 - Google Patents

一种超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,属于奥氏体不锈钢制备技术领域。本发明研究了超级奥氏体不锈钢冶炼、浇注、电渣重熔、均质化退火、管坯锻造及无缝管的热加工、冷加工、热处理工艺,针对UNS N08904和UNS S31254超级奥氏体不锈钢无缝管成品规格分配冷、热加工变形工艺和制定设备参数,解决了钢管在冷、热轧制变形区开裂问题;研究了超级奥氏体不锈钢组织转变规律,解决了超级奥氏体不锈钢无缝管热处理金属间析出相问题。

Description

一种超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法
技术领域
本发明涉及一种超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,属于奥氏体不锈钢制备技术领域。
背景技术
随现代工业的发展,对材料的需求日趋苛刻,传统的300系不锈钢(304、316)已经无法满足生产需求。为此,在300系不锈钢基础上提高钢中的Cr、Ni、Mo含量,同时加入其他元素,发展了许多高合金的新牌号。通过加入Cu、Si等元素,形成了UNS N08904(00Cr20Ni25Mo4.5Cu);通过加入Cu、N等元素,形成了UNS S31254(00Cr20Ni18Mo6CuN);以上两种都是应用广泛的超级奥氏体不锈钢品种。
UNS N08904合金含量接近50%,冷、热塑性较300系不锈钢差,且冷、热加工区间窄,变形抗力大,在加工过程中容易造成开裂。同时,σ相的沉淀是该钢种生产的另一难题,σ相会导致塑性降低,同时造成耐蚀性能下降。因此,UNS N08904超级奥氏体不锈钢无缝管通常依赖进口。
UNS S31254是6Mo不锈钢中的典型品种,Mo元素的加入使得钢的变形抗力增大,热塑性减低,因此高Mo不锈钢热塑性较差。N元素同样会对该品种的冷、热加工性能产生较大影响,特别是热加工过程。同时,σ相的沉淀是该钢种生产的另一难题,σ相会导致塑性降低,同时造成耐蚀性能下降。因此,UNS S31254超级奥氏体不锈钢无缝管通常依赖进口。
发明内容
本发明旨在提供一种超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,制定了UNS N08904和UNS S31254超级奥氏体不锈钢冶炼、电渣重熔、均质化退火、管坯锻造、钢管热挤压、冷加工变形工艺参数,解决了钢管在冷、热轧制变形区开裂问题;研究了超级奥氏体不锈钢组织转变规律,解决了超级奥氏体不锈钢无缝管热处理金属间析出相问题。
本发明研究了超级奥氏体不锈钢冶炼、浇注、管坯锻造、钢管热挤压、钢管冷加工、热处理工艺,关键工艺参数如下:
冶炼 化学成分控制
电渣重熔 重熔方式
均质化退火 退火温度、退火时间
管坯锻造 锻造温度
热加工 挤压温度、挤压比、挤压速度
冷加工 变形量、轧制速度、送进量或冷轧、冷拔
热处理 温度、保温时间、冷却方式
通过研究上述工艺的关键参数,最终解决了UNS N08904和UNS S31254超级奥氏体不锈钢无缝管全线生产工艺难题,完成了品种的系列化生产,产品范围覆盖外径25~426mm,标准满足无缝管标准要求。
本发明提供了一种超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,包括下述依次的步骤:
(1)冶炼
预处理后的铁水经过转炉或电炉冶炼与AOD或VOD精炼后,出钢,精炼完毕模铸成钢坯;
(2)电渣重熔
采用氩气保护电渣重熔炉及适合的锭型,重熔后快速冷却;
(3)均质化退火
为消除成分偏析进行长时间的均质化退火,退火温度控制在1150~1250℃,退火时间20~40h;
(4)管坯锻造
①加热
将钢坯加热,均热温度为1100-1200℃,加热时间根据钢坯厚度计算,取1-2min/mm,均热时间为30-60min,确保钢坯烧透、均匀;
②轧制或锻造实心管坯
轧制或锻造实心管坯时,开轧或开锻的温度为1100~1200℃,最低终轧或终锻温度为1000℃。轧制或锻造完成后快速冷却至室温;
(5)坯料准备
将坯料分段锯切至600~850mm,深孔钻加工Φ40~Φ100mm中心通孔;
(6)热挤压
①坯料预热:坯料在环形炉中预热,环形炉温度设置为690~1010℃,驻炉时间为1min/mm,随外径增加驻炉时间相应增加;
②一次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,感应加热温度设定为1100±10℃,保温时间为1~3min,加热功率为600~650kW,保温功率≤200kW;
③玻璃粉润滑:坯料内、外壁使用高温下熔融态的玻璃粉进行润滑;
④扩孔:使用扩孔锥进行扩孔;
⑤二次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,感应加热温度设定为1150±10℃,保温时间为1~3min,加热功率为600~650kW,保温功率≤200kW;
⑥热挤压:采用热挤压模具,断面收缩率为50%~100%,挤压后30±5s内完成固溶;
挤压过程示意见图1,挤压比由坯料尺寸、挤压针尺寸、挤压模尺寸决定;需根据成品管材的尺寸要求,选择坯料规格及工模具尺寸。
热挤压后依次经矫直、锯切、酸洗转入冷加工工序;
(7)冷加工
冷加工方式有两种:冷轧、冷拔;
①冷轧工艺参数设置:减径率:10~40%;减壁率:30~60%;送进量4~6mm/次;
②冷拔分扩径和减径两种:扩径为20~30mm/道次,壁厚减薄0.2~0.5mm;减径为5~10mm/道次,壁厚减薄1~1.5mm。
(8)热处理
冷加工后的钢管经脱脂后进行热处理,热处理分为半成品与成品两种热处理工艺;热处理后20s内完成固溶;
热处理后依次经矫直、锯切、酸洗转入成品工序或下道次冷加工工序。
上述方案中,所述坯料为UNS N08904或UNS S31254超级奥氏体不锈钢,步骤(1)中钢水成分百分数达到下述要求即可出钢:
UNS N08904的成分为:C≤0.02%,Si≤1.00%,Mn≤2.00%,P≤0.045%,S≤0.035%,19.0%≤Cr≤23.0%,23.0%≤Ni≤28.0%,4.0%≤Mo≤5.0%,1.0%≤Cu≤2.00%,其余为铁及微量其它杂质元素;
UNS S31254的成分为:C≤0.02%,Si≤0.80%,Mn≤1.00%,P≤0.030%,S≤0.010%,19.5%≤Cr≤20.5%,17.5%≤Ni≤18.5%,6.0%≤Mo≤6.5%,0.5%≤Cu≤1.0%,0.18%≤N≤0.20%,其余为铁及微量其它杂质元素。
上述方案中,步骤(1)模铸成专用的电渣圆锭,圆锭直径为400~1000mm。
上述方案中,步骤(2)将电渣圆锭进行电渣重熔,规格为Φ300~800mm。
上述方案中,步骤(4)管坯锻造的规格为Φ219~400mm,保证锻造比2以上。
上述方案中,步骤(6)热挤压过程中,所述熔融态的玻璃粉的温度为1100~1250℃。
上述方案中,步骤(6)热挤压过程中,对于UNS N08904,坯料预热时,设置环形炉温度为:700±10℃;采用的扩孔锥为:Φ80~260mm;采用的热挤压模具为:Φ89×7~Φ325×40mm,断面收缩率不小于50%,不超过90%;热挤压后钢管的外径范围为Φ89~325mm,公差为±2mm;壁厚范围为7~40mm,壁厚公差±1mm。
上述方案中,步骤(6)热挤压过程中,对于UNS S31254,坯料预热时,设置环形炉温度为:1000±10℃;采用的扩孔锥为:Φ80~200mm;采用的热挤压模具为:Φ114×10~Φ250×20mm,断面收缩率不小于50%,不超过90%;热挤压后钢管的外径范围为Φ114~250mm,公差为±2mm;壁厚范围为10~20mm,壁厚公差±1mm。
上述方案中,步骤(7)冷加工过程中,对于UNS N08904,冷轧工艺参数为:减径率:20~40%;减壁率:40~60%;送进量4~6mm/次。
上述方案中,步骤(7)冷加工过程中,对于UNS S31254,冷轧工艺参数为:减径率:10~40%;减壁率:30~60%,同时不大于5mm;送进量4~6mm/次;轧制次数30~40次/min。
上述方案中,步骤(8)热处理过程中,对于UNS N08904,半成品的热处理温度为1130~1150℃,保温时间3min/mm;成品热处理温度为1100~1120℃,保温时间2min/mm。
上述方案中,步骤(8)热处理过程中,对于UNS S31254,半成品的热处理温度为1160~1180℃,保温时间3min/mm;成品热处理温度为1150~1170℃,保温时间2min/mm。
本发明提供的一种超级奥氏体不锈钢无缝管的生产方法,带来的有益效果:
(1)加工工艺:制定了冶炼+浇注+电渣重熔+均质化退火+锻造+挤压+冷轧(拔)+固溶的全线无缝生产工艺,可以生产出超级奥氏体不锈钢UNS N08904和UNS S31254无缝钢管;
(2)固溶温度:采用了高温固溶工艺,可以控制晶粒度在4~7级且晶界无σ相析出,同时力学性能指标较标准要求高出20~40%。
附图说明
图1为热挤压模具的结构及使用状态示意图。
图中1为挤压杆,2为挤压筒,3为坯料,4为挤压模,5为挤压针,6为模垫,7为模座,8为管材。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明,但不局限于以下实施例。
实施例1:
针对成品规格Φ38×2mm设计工艺流程如下:
冶炼→浇注→电渣重熔→均质化退火→管坯锻造→管坯准备(Φ219mm)→热挤压(Φ89×7mm)→矫直→锯切→酸洗→冷轧(Φ57×4mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→冷轧(Φ38×2mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→探伤→入库
具体工艺流程如下:
(1)冶炼
坯料采用电炉+AOD+LF炉冶炼,原料成分如下表。
冶炼完毕模铸成Φ500mm电渣锭。
(2)电渣重熔
用氩气保护电渣重熔炉电渣重熔,电渣熔融后锭型规格为Φ400mm。
(3)均质化退火
退火温度控制在1220~1240℃,退火时间30h。
(4)锻造
①加热
钢坯加热至1180℃,加热时间400min,均热时间为45min,确保钢坯烧透、均匀。
②锻造实心管坯
开锻的温度为1155℃,终锻温度为1021℃。锻造完成后快速冷却至室温。锻造规格为Φ230mm,锻造比3.02。锻造完毕车光外圆至Φ219mm。
(5)坯料准备
将锻造后管坯锯切成850mm/支的坯料,中心通孔为Φ40mm。
(6)热挤压
①坯料预热:坯料在环形炉中预热,环形炉出炉温度704℃,驻炉时间219min;
②一次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率为620kW,保温功率130kW,保温时间2min,红外测温仪显示坯料外表温度1103℃,内表温度1105℃;
③玻璃粉润滑:坯料内、外壁使用1100~1250℃熔融态玻璃粉进行润滑;
④扩孔:使用Φ85mm的扩孔锥进行扩孔;
⑤二次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率为610kW,保温功率100kW,保温时间1min,红外测温仪显示坯料外表温度1155℃,内表温度1148℃;
⑥热挤压:热挤压采用Φ89×7mm的热挤压模具,形状及示意图见图1,断面收缩率95%,挤压后20s完成固溶;
图1示出了工模具的配备及使用状态,挤压模4位于挤压筒2出口,坯料3在挤压模4的作用下断面收缩,形成管材8半成品。挤压模4通过模垫6固定在模座7上。
热挤压后钢管的外径尺寸为89.2mm,壁厚为7.10mm。挤压后依次经矫直、酸洗、修磨。
(7)半成品冷轧
根据成品规格要求,半成品的冷轧工艺为:外径Φ89mm轧制到Φ57mm,公差要求±0.3mm;壁厚通过冷轧芯棒控制,外径尺寸为57.22mm,壁厚尺寸为4.10mm;减径率35.96%,减壁率42.86%,送进量4mm/次。
冷轧后的钢管,经脱脂进行热处理;
(8)半成品热处理
半成品热处理温度控制在1140±10℃,保温时间控制在12min,实测炉温为1145~1148℃之间;
热处理后15s入水固溶;
经矫直、酸洗、修磨进行成品道次冷轧。
(9)成品冷轧
冷轧工艺为:外径Φ57mm轧制到Φ38mm,公差要求±0.2mm;壁厚通过冷轧芯棒控制,外径尺寸为32.12mm,壁厚尺寸为2.05mm;减径率33.33%,减壁率50%,送进量4mm/次。
冷轧后的钢管,经脱脂进行热处理;
(10)成品热处理
成品热处理温度控制在1110±10℃,保温时间控制在4min,实测炉温为1108~1115℃之间;
热处理后13s入水固溶;
经矫直、锯切、酸洗即为成品。
(11)无损探伤
按ASME E213《金属公称管和管子超声波检验的实用规程》进行超声波探伤,Ⅱ级合格。
(12)性能检验
成品钢管取两支进行性能检验,结果如下:
性能检验完全满足标准ASME SB677及用户要求。
实施例2
针对成品规格Φ426×9mm设计工艺流程如下:
冶炼→浇注→电渣重熔→均质化退火→管坯锻造→原料准备(Φ383mm)→热挤压(Φ273×15mm)→矫直→锯切→酸洗→修磨→润滑→冷扩(Φ300×14.5mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷扩(Φ330×14mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷扩(Φ360×13.5mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷扩(Φ390×13mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷扩(Φ420×12.5mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷扩(Φ450×12mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷拔(Φ440×11mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷拔(Φ432×10mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷拔(Φ426×9mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→探伤→入库
具体工艺流程如下:
(1)冶炼
坯料采用电炉+AOD+LF炉冶炼,原料成分如下。
冶炼完毕模铸成Φ800mm电渣锭。
(2)电渣重熔
用氩气保护电渣重熔炉电渣重熔,电渣熔融后锭型规格为Φ600mm。
(3)均质化退火
退火温度控制在1220~1240℃,退火时间40h。
(4)锻造
①加热
钢坯加热至1181℃,加热时间600min,均热时间为60min,确保钢坯烧透、均匀。
②锻造实心管坯
开锻的温度为1166℃,终锻温度为1013℃。锻造完成后快速冷却至室温。锻造规格为Φ400mm,锻造比2.25。锻造完毕车光外圆至Φ383mm。
(5)坯料准备
将锻造后管坯锯切成650mm/支的坯料,中心通孔为Φ80mm。
(6)热挤压
①坯料预热:坯料在环形炉中预热,环形炉出炉温度701℃,驻炉时间383min;
②一次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率为635kW,保温功率110kW,保温时间1.5min,红外测温仪显示坯料外表温度1105℃,内表温度1107℃;
③玻璃粉润滑:坯料内、外壁使用1100~1250℃熔融态玻璃粉进行润滑;
④扩孔:使用Φ255mm的扩孔锥进行扩孔;
⑤二次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率为630kW,保温功率90kW,保温时间1min,红外测温仪显示坯料外表温度1153℃,内表温度1150℃;
⑥热挤压:热挤压采用Φ273×15mm的热挤压模具,形状及示意图见图1,断面收缩率89.5%,挤压后20s完成固溶;
图1示出了工模具的配备及使用状态,挤压模4位于挤压筒2出口,坯料3在挤压模4的作用下断面收缩,形成管材8半成品。挤压模4通过模垫6固定在模座7上。
热挤压后钢管的外径尺寸为272.68mm,壁厚为14.80mm。挤压后依次经矫直、酸洗、修磨、润滑后进行冷扩孔。
(7)冷扩孔
使用规格为Φ273mm的内模进行冷扩孔,内模材质为YG8,扩径后外径为302.1mm,壁厚为14.42mm。
依次经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗、修磨、润滑后进行第二次扩径,内模规格为303mm,材质为YG8,扩径后外径为331.2mm,壁厚为13.90mm。热处理保温时间42min,实测炉温1145~1148℃之间,热处理后15s入水固溶。
依次经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗、修磨、润滑后进行第三次扩径,内模规格为333mm,材质为YG8,扩径后外径为360.1mm,壁厚为13.4mm。热处理保温时间40.5min,实测炉温1143~1147℃之间,热处理后15s入水固溶。
依次经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗、修磨、润滑后进行第四次扩径,内模规格为363mm,材质为YG8,扩径后外径为389.9mm,壁厚为12.9mm。热处理保温时间39min,实测炉温1144~1146℃之间,热处理后15s入水固溶。
依次经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗、修磨、润滑后进行第五次扩径,内模规格为393mm,材质为YG8,扩径后外径为418.0mm,壁厚为12.5mm。热处理保温时间37.5min,实测炉温1145~1149℃之间,热处理后15s入水固溶。
依次经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗、修磨、润滑后进行第六次扩径,内模规格为423mm,材质为YG8,扩径后外径为447.1mm,壁厚为12.1mm。热处理保温时间36min,实测炉温1143~1145℃之间,热处理后15s入水固溶。
(8)冷拔
依次经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗、修磨、润滑、焊头后进行第一次冷拔,外模规格为440mm,内模规格为418,材质均为YG8,冷拔后外径为440.0mm,壁厚为11.01mm。热处理保温时间33min,实测炉温1142~1145℃之间,热处理后15s入水固溶。
依次经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗、修磨、润滑后进行第二次冷拔,外模规格为432mm,内模规格为412,材质均为YG8,冷拔后外径为432.0mm,壁厚为10.05mm。热处理保温时间30min,实测炉温1145~1146℃之间,热处理后15s入水固溶。
依次经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗、修磨、润滑后进行第三次冷拔(成品道次),外模规格为426mm,内模规格为408mm,材质均为YG8,冷拔后外径为426.0mm,壁厚为9.02mm。
冷拔后经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗即为成品。执行成品热处理工艺,保温时间18min,实测炉温1111~1115℃,热处理后15s入水固溶。
(9)无损探伤
按ASME E213《金属公称管和管子超声波检验的实用规程》进行超声波探伤,Ⅱ级合格。
(10)性能检验
成品钢管取两支进行性能检验,结果如下:
性能检验完全满足标准ASME SB677及用户要求。
实施例3:
针对成品规格Φ25×1mm设计工艺流程如下:
冶炼→浇注→电渣重熔→均质化退火→管坯锻造→原料准备(Φ219mm)→热挤压(Φ114×10mm)→矫直→锯切→酸洗→冷轧(Φ89×7mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→冷轧(Φ57×4mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→冷轧(Φ38×2mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→冷轧(Φ25×1mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→探伤→入库
具体工艺流程如下:
(1)坯料准备
坯料采用电炉+AOD+LF炉冶炼,原料成分如下表,径锻后车光至Φ219mm;
冶炼完毕模铸成Φ500mm电渣锭。
(2)电渣重熔
用氩气保护电渣重熔炉电渣重熔,电渣熔融后锭型规格为Φ400mm。
(3)均质化退火
退火温度控制在1220~1240℃,退火时间30h。
(4)锻造
①加热
钢坯加热至1150℃,加热时间400min,均热时间为45min,确保钢坯烧透、均匀。
②锻造实心管坯
开锻的温度为1155℃,终锻温度为1021℃。锻造完成后快速冷却至室温。锻造规格为Φ230mm,锻造比3.02。锻造完毕车光外圆至Φ219mm。
(5)管坯准备
坯料锯切长度650mm/支,中心通孔为Φ40mm。
(6)热挤压
①坯料预热:坯料在环形炉中预热,环形炉出炉温度1004℃,驻炉时间219min;
②一次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率为620kW,保温功率130kW,保温时间2min,红外测温仪显示坯料外表温度1103℃,内表温度1105℃;
③玻璃粉润滑:坯料内、外壁使用1100~1250℃熔融态玻璃粉进行润滑;
④扩孔:使用Φ105mm的扩孔锥进行扩孔;
⑤二次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率为610kW,保温功率100kW,保温时间1min,红外测温仪显示坯料外表温度1152℃,内表温度1144℃;
⑥热挤压:热挤压采用Φ114×10mm的热挤压模具,形状及示意图见图1,断面收缩率90.57%,挤压后20s完成固溶;
图1示出了工模具的配备及使用状态,挤压模4位于挤压筒2出口,坯料3在挤压模4的作用下断面收缩,形成管材8半成品。挤压模4通过模垫6固定在模座7上。
热挤压后钢管的外径尺寸为114.6mm,壁厚为10.3mm。挤压后依次经矫直、酸洗、修磨。
(7)半成品冷轧
根据成品规格要求,半成品的冷轧工艺为:外径Φ114mm轧制到Φ89mm,公差要求±0.3mm;壁厚通过冷轧芯棒控制,外径尺寸为89.2mm,壁厚尺寸为7.20mm;减径率21.93%,减壁率30%,送进量4mm/次,轧制次数35次/min。
冷轧后的钢管,经脱脂进行热处理;
(8)半成品热处理
半成品热处理温度控制在1170±10℃,保温时间控制在21min,实测炉温为1171~1178℃之间;
热处理后15s入水固溶;
经矫直、酸洗、修磨进行下道次半成品道次冷轧。
(9)二次半成品冷轧
根据成品规格要求,半成品的冷轧工艺为:外径Φ89mm轧制到Φ57mm,公差要求±0.3mm;壁厚通过冷轧芯棒控制,外径尺寸为57.1mm,壁厚尺寸为4.04mm;减径率35.95%,减壁率42.86%,送进量4mm/次,轧制次数30次/min。
冷轧后的钢管,经脱脂进行热处理;
(10)二次半成品热处理
半成品热处理温度控制在1170±10℃,保温时间控制在12min,实测炉温为1171~1175℃之间;
热处理后15s入水固溶;
经矫直、酸洗、修磨进行下道次半成品道次冷轧。
(11)三次半成品冷轧
根据成品规格要求,半成品的冷轧工艺为:外径Φ57mm轧制到Φ38mm,公差要求±0.2mm;壁厚通过冷轧芯棒控制,外径尺寸为38.0mm,壁厚尺寸为2.01mm;减径率33.33%,减壁率50%,送进量4mm/次,轧制次数30次/min。
冷轧后的钢管,经脱脂进行热处理;
(12)三次半成品热处理
半成品热处理温度控制在1170±10℃,保温时间控制在6min,实测炉温为1171~1174℃之间;
热处理后10s入水固溶;
经矫直、酸洗、修磨进行下道次半成品道次冷轧。
(13)成品冷轧
冷轧工艺为:外径Φ38mm轧制到Φ25mm,公差要求±0.1mm;壁厚通过冷轧芯棒控制,外径尺寸为25.04mm,壁厚尺寸为1.05mm;减径率34.21%,减壁率50%,送进量4mm/次,轧制次数30次/min。
冷轧后的钢管,经脱脂进行热处理;
(14)成品热处理
成品热处理温度控制在1160±10℃,保温时间控制在2min,实测炉温为1155~1165℃之间;
热处理后10s入水固溶;
经矫直、锯切、酸洗即为成品。
(15)无损探伤
按ASME E213《金属公称管和管子超声波检验的实用规程》进行超声波探伤,Ⅱ级合格。
(16)性能检验
成品钢管取两支进行性能检验,结果如下:
性能检验完全满足标准ASME SA312及用户要求。
实施例4
针对成品规格Φ219×6mm设计工艺流程如下:
冶炼→浇注→电渣重熔→均质化退火→管坯锻造→原料准备(Φ383mm)→热挤压(Φ250×15mm)→矫直→锯切→酸洗→修磨→润滑→冷扩(Φ280×14.5mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷拔(Φ272×13.5mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷拔(Φ265×12.5mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷拔(Φ258×11.5mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷拔(Φ250×10.5mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→润滑→冷轧(Φ219×6mm)→脱脂→热处理→矫直→锯切→酸洗→探伤→入库
具体工艺流程如下:
(1)坯料准备
坯料采用电炉+AOD+LF炉冶炼,原料成分如下表。
冶炼完毕模铸成Φ800mm电渣锭。
(2)电渣重熔
用氩气保护电渣重熔炉电渣重熔,电渣熔融后锭型规格为Φ600mm。
(3)均质化退火
退火温度控制在1220~1240℃,退火时间40h。
(4)锻造
①加热
钢坯加热至1151℃,加热时间600min,均热时间为60min,确保钢坯烧透、均匀。
②锻造实心管坯
开锻的温度为1156℃,终锻温度为1005℃。锻造完成后快速冷却至室温。锻造规格为Φ400mm,锻造比2.25。锻造完毕车光外圆至Φ383mm。
(5)坯料准备
将锻造后管坯锯切成650mm/支的坯料,中心通孔为Φ80mm。
(6)热挤压
①坯料预热:坯料在环形炉中预热,环形炉出炉温度1001℃,驻炉时间383min;
②一次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率为635kW,保温功率110kW,保温时间1.5min,红外测温仪显示坯料外表温度1105℃,内表温度1107℃;
③玻璃粉润滑:坯料内、外壁使用1100~1250℃熔融态玻璃粉进行润滑;
④扩孔:使用Φ235mm的扩孔锥进行扩孔;
⑤二次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率为630kW,保温功率90kW,保温时间1min,红外测温仪显示坯料外表温度1153℃,内表温度1150℃;
⑥热挤压:热挤压采用Φ250×15mm的热挤压模具,形状及示意图见图1,挤压比为10.5,挤压后20s完成固溶;
图1示出了工模具的配备及使用状态,挤压模4位于挤压筒2出口,坯料3在挤压模4的作用下断面收缩,形成管材8半成品。挤压模4通过模垫6固定在模座7上。
热挤压后钢管的外径尺寸为251.5mm,壁厚为14.90mm。挤压后依次经矫直、酸洗、修磨、润滑后进行冷扩孔。
(7)冷扩孔
使用规格为Φ250mm的内模进行冷扩孔,内模材质为YG8,扩径后外径为281.4mm,壁厚为14.42mm。
(8)冷拔
依次经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗、修磨、润滑、焊头后进行第一次冷拔,外模规格为272mm,内模规格为245mm,材质均为YG8,冷拔后外径为272.0mm,壁厚为13.51mm。热处理保温时间40.5min,实测炉温1172~1175℃之间,热处理后15s入水固溶。
依次经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗、修磨、润滑后进行第二次冷拔,外模规格为265mm,内模规格为240mm,材质均为YG8,冷拔后外径为265.0mm,壁厚为12.55mm。热处理保温时间37.5min,实测炉温1175~1178℃之间,热处理后15s入水固溶。
依次经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗、修磨、润滑后进行第三次冷拔,外模规格为258mm,内模规格为235mm,材质均为YG8,冷拔后外径为258.0mm,壁厚为11.52mm。热处理保温时间34.5min,实测炉温1171~1175℃,热处理后15s入水固溶。
依次经过脱脂、热处理、矫直、锯切、酸洗、修磨、润滑后进行第四次冷拔,外模规格为250mm,内模规格为229mm,材质均为YG8,冷拔后外径为250.0mm,壁厚为10.50mm。热处理保温时间315min,实测炉温1168~1175℃,热处理后15s入水固溶。
(9)成品冷轧
冷轧工艺为:外径Φ250mm轧制到Φ219mm,公差要求±0.5mm;壁厚通过冷轧芯棒控制,外径尺寸为219.3mm,壁厚尺寸为6.06mm;减径率12.4%,减壁率42.9%,送进量4mm/次,轧制次数30次/min。
冷轧后的钢管,经脱脂进行热处理;
(10)成品热处理
成品热处理温度控制在1160±10℃,保温时间控制在12min,实测炉温为1158~1163℃之间;
热处理后10s入水固溶;
经矫直、锯切、酸洗即为成品。
(11)无损探伤
按ASME E213《金属公称管和管子超声波检验的实用规程》进行超声波探伤,Ⅱ级合格。
(12)性能检验
成品钢管取两支进行性能检验,结果如下:
性能检验完全满足标准ASME SA312及用户要求。

Claims (10)

1.一种超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,其特征在于:包括下述依次的步骤:
(1)冶炼
预处理后的铁水经过转炉或电炉冶炼与AOD或VOD精炼后,出钢,精炼完毕模铸成钢坯;
(2)电渣重熔
采用氩气保护电渣重熔炉及适合的锭型,重熔后快速冷却;
(3)均质化退火
为消除成分偏析进行长时间的均质化退火,退火温度控制在1150~1250℃,退火时间20~40h;
(4)管坯锻造
①加热
将钢坯加热,均热温度为1100-1200℃,加热时间根据钢坯厚度计算,取1-2min/mm,均热时间为30-60min,确保钢坯烧透、均匀;
②轧制或锻造实心管坯
轧制或锻造实心管坯时,开轧或开锻的温度为1100~1200℃,最低终轧或终锻温度为1000℃;
轧制或锻造完成后快速冷却至室温;
(5)坯料准备
将坯料分段锯切至600~850mm,深孔钻加工Φ40~Φ100mm中心通孔;
(6)热挤压
①坯料预热:坯料在环形炉中预热,环形炉温度设置为690~1010℃,驻炉时间为1min/mm,随外径增加驻炉时间相应增加;
②一次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,感应加热温度设定为1100±10℃,保温时间为1~3min,加热功率为600~650kW,保温功率≤200kW;
③玻璃粉润滑:坯料内、外壁使用高温下熔融态的玻璃粉进行润滑;
④扩孔:使用扩孔锥进行扩孔;
⑤二次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,感应加热温度设定为1150±10℃,保温时间为1~3min,加热功率为600~650kW,保温功率≤200kW;
⑥热挤压:采用热挤压模具,断面收缩率为50%~100%,挤压后30±5s内完成固溶;
热挤压后依次经矫直、锯切、酸洗转入冷加工工序;
(7)冷加工
冷加工方式有两种:冷轧、冷拔;
①冷轧工艺参数设置:减径率:10~40%;减壁率:30~60%;送进量4~6mm/次;
②冷拔分扩径和减径两种:扩径为20~30mm/道次,壁厚减薄0.2~0.5mm;减径为5~10mm/道次,壁厚减薄1~1.5mm;
(8)热处理
冷加工后的钢管经脱脂后进行热处理,热处理分为半成品与成品两种热处理工艺;热处理后20s内完成固溶;
热处理后依次经矫直、锯切、酸洗转入成品工序或下道次冷加工工序。
2.根据权利要求1所述的超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,其特征在于:所述坯料为UNS N08904或UNS S31254超级奥氏体不锈钢,步骤(1)中钢水成分百分数达到下述要求即可出钢:
UNS N08904的成分为:C≤0.02%,Si≤1.00%,Mn≤2.00%,P≤0.045%,S≤0.035%,19.0%≤Cr≤23.0%,23.0%≤Ni≤28.0%,4.0%≤Mo≤5.0%,1.0%≤Cu≤2.00%,其余为铁及微量其它杂质元素;
UNS S31254的成分为:C≤0.02%,Si≤0.80%,Mn≤1.00%,P≤0.030%,S≤0.010%,19.5%≤Cr≤20.5%,17.5%≤Ni≤18.5%,6.0%≤Mo≤6.5%,0.5%≤Cu≤1.0%,0.18%≤N≤0.20%,其余为铁及微量其它杂质元素。
3.根据权利要求1所述的超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,其特征在于:步骤(1)冶炼中,模铸成专用的电渣圆锭,圆锭直径为400~1000mm;电渣圆锭经步骤(2)进行电渣重熔,规格为Φ300~800mm。
4.根据权利要求1所述的超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,其特征在于:步骤(4)管坯锻造中,规格为Φ219~400mm,保证锻造比为2以上。
5.根据权利要求1所述的超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,其特征在于:步骤(6)热挤压过程中,所述熔融态的玻璃粉的温度为1100~1250℃。
6.根据权利要求1所述的超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,其特征在于:步骤(6)热挤压过程中,对于UNS N08904,坯料预热时,设置环形炉温度为:700±10℃;采用的扩孔锥为:Φ80~260mm;采用的热挤压模具为:Φ89×7~Φ325×40mm,断面收缩率不小于50%;热挤压后钢管的外径范围为Φ89~325mm,公差为±2mm;壁厚范围为7~40mm,壁厚公差±1mm。
7.根据权利要求1所述的超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,其特征在于:步骤(6)热挤压过程中,对于UNS S31254,坯料预热时,设置环形炉温度为:1000±10℃;采用的扩孔锥为:Φ80~250mm;采用的热挤压模具为:Φ114×10~Φ250×20mm,挤压比不超过15;热挤压后钢管的外径范围为Φ114~250mm,公差为±2mm;壁厚范围为10~20mm,壁厚公差±1mm。
8.根据权利要求1所述的超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,其特征在于:步骤(7)冷加工过程中,对于UNS N08904,冷轧工艺参数为:减径率:20~40%;减壁率:40~60%;送进量4~6mm/次;对于UNS S31254,冷轧工艺参数为:减径率:10~40%;减壁率:30~60%,同时不大于5mm;送进量4~6mm/次;轧制次数30~40次/min。
9.根据权利要求1所述的超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,其特征在于:步骤(8)热处理过程中,对于UNS N08904,半成品的热处理温度为1130~1150℃,保温时间3min/mm;成品热处理温度为1100~1120℃,保温时间2min/mm。
10.根据权利要求1所述的超级奥氏体不锈钢无缝管的制造方法,其特征在于:步骤(8)热处理过程中,对于UNS S31254,半成品的热处理温度为1160~1180℃,保温时间3min/mm;成品热处理温度为1150~1170℃,保温时间2min/mm。
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