CN107803411A - 一种超级奥氏体不锈钢大直径无缝钢管的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种超级奥氏体不锈钢大直径无缝钢管的制造方法，涉及大直径无缝钢管的生产技术领域，先采用电渣重熔技术制得超级奥氏体不锈钢空心锭圆柱管坯料，再进行内外圆表面处理、加热、扩径穿孔、斜轧，再经中间热处理、冷轧、再次中间热处理和冷轧、成品热处理，最后精整。本发明利用电渣重熔技术制造空心坯，减少了中间铸造、锻造和机械打孔过程；利用空心坯穿孔攻克了超级奥氏体不锈钢在穿孔时坯料中心不能形成曼的斯曼效应的穿孔难题，得率高，成材率达85%以上，降低了生产成本，生产效率高。

Description

一种超级奥氏体不锈钢大直径无缝钢管的制造方法

技术领域

本发明涉及大直径无缝钢管的生产技术领域。

背景技术

已有的超级奥氏体不锈钢无缝钢管的传统制造方法是：利用电炉冶炼技术铸造出实心坯料，对铸坯料进行锻造加工成实心锻坯圆柱料，锻坯圆柱料作为管坯料，实心管坯料利用机械钻床打通心孔，空心管坯料进行加热，利用内外模具在热态进行冲压扩孔拉长，重复加热使用不同直径的内外模具进行扩孔拉长，再利用车床进行镗内孔车外圆的方法生产无缝钢管。

传统的超级奥氏体不锈钢的传统制造方法存在以下缺陷：

1、产品的金属收得率低，成材率40%；

2、生产成本高，要经过多次的加热扩孔，燃料消耗大，工模具成本高；

3、产品生产效率低，生产周期长；

4、产品的直径小、长度短，长度在4000mm左右，在长距离管道连接中增加焊接接头，存在安全隐患。

发明内容

为了克服以上现有技术缺陷，本发明目的提出一种超级奥氏体不锈钢大直径无缝钢管的制造方法。

本发明包括以下步骤：

1）采用电渣重熔技术制得超级奥氏体不锈钢空心锭圆柱管坯料；

2）对空心锭管坯料进行内外圆表面处理；以清除氧化皮，修磨表面凹坑翘皮等缺陷；

3）加热：利用步进式加热炉对空心锭管坯料先后进行预热、加热和保温，在预热、加热和保温各个过程中同步实现空心管坯料按步旋转；以消除管坯料的温度阴阳面，使圆周方向加热均匀；

4）扩径穿孔：利用菌式穿孔机，在左右锥形轧辊、上下导板、顶头形成的空间内，对高温下径向旋转、轴向前行的空心管坯料进行内挤外压，使空心锭管坯料的内孔径增大，壁厚变薄，长度变长；

5）斜轧：高温下，采用锥形轧辊，进行二次斜轧，以进一步增大轧制压缩比，提高产品的外圆和壁厚尺寸精度；

6）第一道中间热处理：在对热加工状态下析出的碳化物进行固溶处理；以降低材料的强度和硬度；

7）第一道冷轧：采用全液压驱动的960三辊变曲面冷轧机对经第一道中间热处理后的毛管进行中间冷轧；

8）第二道中间热处理：对第一道冷轧后的毛管进行软化处理；以消除冷轧硬化影响；

9）第二道冷轧：采用全液压驱动的960三辊变曲面冷轧机对经第二道中间热处理后的毛管进行成型冷轧；

10）成品热处理：对步骤9）取得的无缝钢管半制品经过加热、保温处理后，放入水中进行固溶处理；

11）精整：对钢管进行锯切头尾、矫直、无损探伤。

本发明的以上工艺的特点有以下几点：

1、 利用电渣重熔技术制造空心坯，减少了中间铸造、锻造和机械打孔过程；

2、 利用空心坯穿孔攻克了超级奥氏体不锈钢在穿孔时坯料中心不能形成曼的斯曼效应的穿孔难题。

3、产品的金属收得率高，成材率达85%以上；

4、穿孔轧制只需要一次加热，一次穿孔成型，减少多次重复的环节，节约了能耗和工模具的消耗，降低了生产成本；

5、生产效率高，生产周期短；

6、使用全液压驱动的960三辊变曲面冷轧机进行冷轧，可使冷轧后的产品组织致密性高，提高了产品抗腐蚀性能；

7、可加工钢管直径600mm以上，长达12500mm的超级奥氏体不锈钢大口径无缝钢管，在长距离管道连接中减少了焊接次数和焊接接头，提高了使用的安全性和稳定性；

8、本工艺适合加工运用于核电厂海水系统管道和管件的UNS N08367超级奥氏体不锈钢大直径600mm以上，长度12500mm无缝钢管。

进一步地，本发明所述步骤3）中，加热时升温速率为250℃/小时，保温时间为3～5分钟/1mm壁厚，且保温时间≥30分钟。较慢的升温速度和较长的保温时间是为了保证圆柱管坯料的整体温度均匀，在穿孔加工时金属变形均匀，保证壁厚均匀。

所述步骤6）、8）中，在1100℃的保温温度条件下，保温时间为1分钟/mm钢管壁厚，且时间≥30分钟。可使钢管整体受热均匀，固溶充分。

所述保温处理的温度条件为1140℃，保温时间1分钟/mm钢管壁厚，且时间≥30分钟；将保温处理后的半制品在20秒内浸入25℃的水池，并半制品以2转/分钟的旋转速度在水池中旋转，同时对半制品的内孔用高压水泵冲水的方式降温，降温速率280℃/分钟，待半制品的温度降至590℃以下后取出，然后自然冷却。目的是：高温的钢管半制品和水接触后，水立即汽化，在半制品外表面和内表面形成保护幕，隔离了水和钢管的接触，降低了半制品的降温速率，采用半制品全部浸入水中进行旋转，在内孔用高压水冲，是为了破坏保护幕的形成，增大半制品和水的接触面积，达到快速降温的目的。1140℃半制品在离开炉体后，温度会下降，为保证半制品在入水时温度保持1100℃，必须以快的速度移动，本发明规定时间为20秒。本具体工艺可保证碳氮化物的充分固溶，提高产品的抗晶间腐蚀能力。

具体实施方式

一、生产工艺：

1、利用双电源导电结晶器抽锭式空心锭专用电渣重熔炉，制造UNS N083687超级奥氏体不锈钢空心锭圆柱管坯料。

2、对空心锭管坯料进行内外圆表面处理，清除氧化皮，修磨表面凹坑翘皮等缺陷。

3、利用步进式加热炉对空心锭管坯料进行加热。

分预热、加热、保温三个阶段，在三个阶段的过程中同步实现空心管坯料按步旋转，以消除管坯料的温度阴阳面，使圆周方向加热均匀。

预热和加热时严格控制升温速率为：250℃/小时，保温时间3～5分钟/mm管坯壁厚。

4、穿孔：利用菌式穿孔机，在左右锥形轧辊、上下导板、顶头形成的空间内，对高温下径向旋转、轴向前行的空心管坯料进行剧烈内挤外压，使其坯料在保证质量不变的情况下，内孔径增大，壁厚变薄，长度变长。

5、斜轧：利用中径为1450mm的锥形轧辊，在穿孔后进行斜轧，进一步增大压缩比，提高产品的外圆和壁厚尺寸精度。

6、第一道中间热处理：保温温度：1100℃，保温时间：1分钟/mm钢管壁厚，最少不少于30分钟，在对热加工状态下析出的碳化物进行固溶处理，降低材料强度和硬度。

7、第一道冷轧：利用液压驱动的三辊变曲面960冷轧机对由以上工序加工的毛管进行中间冷轧。

8、第二道中间热处理：保温温度：1100℃，保温时间：1分钟/mm钢管壁厚，最少不少于30分钟，对冷轧过的毛管进行软化处理，消除冷轧硬化影响。

9、第二道冷轧：使用液压驱动的三辊变曲面960冷轧机对毛管进行二次成型冷轧。

10、成品热处理：在1140℃的保温温度下，保温时间：1分钟/mm钢管壁厚，且最小不小于30分钟保温时间。保温后，在20秒内将1140℃钢管放入25℃水溶液的池内，外表面浸入水中，且钢管在机械带动下实现2转/分钟速度旋转，同时内孔用高压水泵冲水的方法降温，实现降温速率280℃/分钟，钢管温度降至590℃以下后，将钢管取出水池，进行自然冷却，完成固溶热处理。

11、精整：对钢管进行锯切头尾、矫直、无损探伤。

12、成品入库。

二、制得的产品各项指标的检测结果：

利用本发明生产的产品经上海复旦大学材料科学系检验，参照上海核工程研究设计院制定的技术条件与相关ASTM标准，选取管道两端与中部三个取样点，对材料的腐蚀性能进行了全面检测。通过四大类6 项腐蚀试验，得出以下结论：

1、三个不同位置的管道材料（试样A，试样B，试样C）按ASTM G48 A法在50℃试验24 小时，未发现点蚀痕迹。三种材料按ASTM G48 E 法在50℃试验72 小时后，放大30 倍下目视无点蚀。送样材料通过点蚀试验。

2、三个不同位置的管道材料（试样A，试样B，试样C）按ASTM G48 F法试验，采用开槽的聚甲醛树脂垫圈制作缝隙，在29℃试验72 小时，未发现缝隙腐蚀的痕迹。送样材料通过缝隙腐蚀试验。

3、三个不同位置的管道材料（试样A，试样B，试样C）经敏化（675℃±5℃保温1 小时，水淬）后，按ASTM A262 中C 法进行的晶间腐蚀试验，未出现异常结果。三种材料按ASTMA262 中E 法进行晶间腐蚀试验后，经试验的试样按规定弯曲后，在10 倍放大镜下观察其弯曲外表面，无因晶间腐蚀而产生的裂纹。送样材料通过晶间腐蚀试验。

4、三个不同位置的管道材料（试样A，试样B，试样C）按ASTM E3 作金相试验，用ASTM A262 的A 法评定是否存在σ 和χ 相，未检测到σ 和χ 相存在。送样材料通过σ 和χ相检测。

综上所述，报告给出了三种材料在全部试验后的测试结果与具体数据，所有

腐蚀试验顺利通过。这一结果也为CAP 系列厂用水系统超级奥氏体不锈钢无缝

管道国产化研制提供了充分的数据支撑与理论依据。

Claims (5)

1.一种超级奥氏体不锈钢大直径无缝钢管的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1）采用电渣重熔技术制得超级奥氏体不锈钢空心锭圆柱管坯料；

2）对空心锭圆柱管坯料进行内外圆表面处理；

3）坯料加热：利用步进式加热炉对空心锭管坯料先后进行预热、加热和保温，在预热、加热和保温各个过程中同步实现空心管坯料按步旋转；

4）扩径穿孔：利用菌式穿孔机，在左右锥形轧辊、上下导板、顶头形成的空间内，对高温下径向旋转、轴向前行的空心圆柱管坯料进行内挤外压，使空心锭圆柱管坯料的内孔径增大，壁厚变薄，长度变长；

5）斜轧：高温下，采用锥形轧辊，进行二次斜轧；

6）第一道中间热处理：在对热加工状态下析出的碳化物进行固溶处理；

7）第一道冷轧：采用全液压驱动的960三辊变曲面冷轧机对经第一道中间热处理后的毛管进行中间道次冷轧；

8）第二道中间热处理：对第一道冷轧后的毛管进行软化处理；

9）第二道冷轧：采用全液压驱动的960三辊变曲面冷轧机对经第二道中间热处理后的毛管进行成型冷轧；

10）成品热处理：对步骤9）取得的无缝钢管半制品经过加热、保温处理后，放入水中进行固溶处理；

11）精整：对钢管进行锯切头尾、矫直、无损探伤。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤3）中，加热时升温速率为250℃/小时；保温时间为3～5分钟/mm壁厚，且保温时间≥30分钟。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤6）中，在1100℃的保温温度条件下，保温时间为1分钟/mm钢管壁厚，且时间≥30分钟。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤8）中，在1100℃的保温温度条件下，保温时间为1分钟/mm钢管壁厚，且时间≥30分钟。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤10）中，所述保温处理的温度条件为1140℃，保温时间1分钟/mm钢管壁厚，且时间≥30分钟；将保温处理后的半制品在20秒内浸入25℃的水池，并半制品以2转/分钟的旋转速度在水池中旋转，同时对半制品的内孔用高压水泵冲水的方式降温，降温速率280℃/分钟，待半制品的温度降至590℃以下后取出，然后自然冷却。