CN109136748A - 一种稳定化型不锈钢无缝管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种稳定化型不锈钢无缝管及其制造方法,属于不锈钢管及其制造工艺技术领域。不锈钢无缝管由C、Cr、Ni、Mo、Ti、Si、O、S、N和余量的铁构成;制造方法包括①重熔冶炼、②均匀化退火、③镦粗和拔长、④热挤压成型等步骤。该稳定化型不锈钢无缝管具有纯净度高、高温力学强度高、塑形好的特点,能够满足核电、航空等领域的使用需求。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢管及其制造工艺技术领域,具体涉及一种稳定化型不锈钢无缝管及其制造方法。
背景技术
随着我国对能源需求的不断增加和化石燃料消费所带来气候变化以及资源短缺,中国加快了核能发电的发展步伐,截止2018年5月24日,中国大陆在役电站39座,装机容量约3800万千瓦,在全国电力供应中的占比约4%左右,在建机组18台,装机容量约2000万千瓦。根据国家《核电中长期发展规划2011-2020年》,到2020年中国核电装机容量将达到在运5800万千瓦。为此,到2020年每年至少建设6-8台机组,才能达到西方发达国家核电占比水平。特别是在2018年4月底, AP1000全球首堆三门1号核电机组获得国家核安全局的装料许可,2018年6月底并网发电,意味着我国核电开工建设重新迎来新的黄金时期,核电设备用不锈钢将迎来很好的发展机遇。
压水堆是目前国内核电机组的主力机型,其核岛和常规岛中对不锈钢管的需求量很大,如一回路辅助系统管道用不锈钢管。通常来讲,一回路是防止核反应裂变产物外泄的重要屏障。通常采用18-8型奥氏体不锈钢,并在此基础上不断优化设计成分和生产工艺,如降低碳含量(≤0.03%),添加钛或铌,从而形成了含钛或铌的稳定化型不锈钢。该类不锈钢虽然通过添加稳定化元素,使得不锈钢管道的耐晶间腐蚀能力得到提高。但是由于低碳含量的严格控制,导致强度不足。同时由于稳定化元素,如钛和铌的加入导致夹杂物过多,塑形降低,影响材料的后期加工和焊接及使用性能。
热力学模拟计算结果表明,冶炼过程中由于稳定化元素(如Ti元素)的加入,在1460℃左右的液相金属中, Ti首先与N元素结合,形成TiN化合物。同时在稍低的温度约1440℃左右的液相金属中,Ti和C、N等元素结合形成TiCN化合物。此外,在液相金属凝固过程中,由于溶质元素再分配,Ti、Nb等元素容易在枝晶间富集,在随后冷却形成的固液两相区以及固相区形成TiCN化合物。因此,在二次重熔冶炼工艺中,熔池液面以及固液两相区如有扰动时,则很容易形成封闭形的凝固区间,从而形成条带状、聚集状的沉淀型非金属夹杂物。特别是,熔池较深时,形成的封闭形凝固区间越大。由于这些沉淀型非金属夹杂物析出温度很高,在后期管材生产的常规固溶热处理工艺中是无法消除的。当这些沉淀型非金属夹杂物颗粒较粗大时,管材在服役过程中容易形成内生裂纹源,降低材料的塑形。
因此,如何控制这类稳定化型不锈钢,特别是高含碳和钛的稳定化型不锈钢中的非金属夹杂的含量与形态,从而获得高纯净度、高强度、塑形好的技术指标,是高含碳和钛稳定化型不锈钢在核电行业得到广泛和可靠应用的关键所在。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种稳定化型不锈钢无缝管具有纯净度高、高温力学强度高、塑形好的特点,能够满足核电、航空等领域的使用需求。
本发明解决上述问题的技术方案如下:
一种稳定化型不锈钢无缝管,按照质量百分数由下述物质构成:C≤0.10、Cr-14.0~19.0、Ni-9.0~16.0、Mo-0.0~3.0、Ti-4(C+N)~0.70、Si≤1.0、O≤0.03、S≤0.03、N≤0.10、Fe余量。
其中,Ti-4(C+N)~0.70的意思是:Ti 的含量下限值为C与N元素之和的4倍,上限值为0.70%。
作为上述技术方案的优选,按照质量百分数含量,O≤0.0020、S≤0.0020。
作为上述技术方案的优选,按照GB/T 10561-2005中的评级方法,非金属夹杂物的级别为:A类<0.5级、B类<0.5级、C类<0.5级、D类≤0.5级。
作为上述技术方案的优选,碳氮化合物类呈点状弥散的分布在管材中。
作为上述技术方案的优选,按照GB/T 10561-2005中的评级方法,碳氮化合物类的级别≤2.5级,对不锈钢无缝管材中的沉淀型非金属夹杂物含量进行了测试,碳氮化合物类,即TiC(N)类非金属夹杂物呈点状弥散型分布,无团聚和条带现象。
一种稳定化型不锈钢无缝管的制造方法,包括如下步骤:
① 重熔冶炼:至少采用二次重熔冶炼工艺对钢锭进行冶炼;
② 均匀化退火:重熔后的钢锭经均匀化退火处理,退火温度不低于1200℃,保温时间不低于10h,通过长时高温均匀化退火,原子扩散运动充分进行,沉淀型非金属夹杂物颗粒粒径逐渐缩小,含量逐渐降低;
③ 镦粗和拔长:退火后的钢锭经过至少一次镦粗和一次拔长变形,制备棒坯,沉淀型非金属夹杂物颗粒在横纵向交替变形中充分分散,呈弥散分布;
④ 热挤压成型:对棒坯采用热挤压工艺成形,获得热挤压不锈钢管,在热挤压过程中,沉淀型非金属夹杂物颗粒进一步弥散分布,颗粒粒径变小。
作为上述技术方案的优选,步骤①所述的重熔冶炼工艺为真空自耗重熔工艺或者电渣重熔工艺,电渣重熔工艺中,采用恒熔速(≤8kg/min)控制工艺,同时控制冷却速度,预防电极短路。
电渣重熔工艺的主要目的是提纯金属并获得洁净组织均匀致密的钢锭。经电渣重熔的钢棒,纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、洁净均匀致密、金相组织和化学成分均匀。
真空自耗重熔工艺具有去除氮和氢等气体、有害元素、减少氧化物夹杂、实现重熔锭底部至顶端的定向凝固、减轻合金锭中偏析等优点。
作为上述技术方案的优选,步骤①重熔冶炼时确保熔池形态为浅V型,不向深V型熔池反转,熔池液面呈层状移动。
作为上述技术方案的优选,步骤③中镦粗变形比介于10%~40%之间,拔长变形比介于2.0~9.0之间。
作为上述技术方案的优选,步骤④中对热挤压不锈钢管进行深加工,获得更小规格的不锈钢无缝管。
综上所述,本发明实施例具有以下有益效果:
①本发明实施例所述固溶态不锈钢无缝管材的高温强度高、塑形好;
②本发明实施例所述不锈钢无缝管材常规金属夹杂物含量级别很低,纯净度很高;
③本发明实施例所述不锈钢无缝管材沉淀型非金属夹杂物呈弥散型分布,具有强化效果。
附图说明
图1为实施例1所述不锈钢无缝管的沉淀型非金属夹杂物分布状况;
图2为对比例所述不锈钢无缝管的沉淀型非金属夹杂物分布状况。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
下面结合附图以实施例对本发明进行详细说明。
实施例1:一种稳定化型不锈钢无缝管及其制造方法,管材规格为108mm×10mm(外径×壁厚)。其化学成分(质量百分数,%)为:C-0.051、Cr-18.45、Ni-9.87、Mo-0.03、Ti-0.33、Si-0.46、O-0.0014、S-0.0009、N-0.018、Fe余量 。
主要制造工艺步骤如下:
步骤一,采用电炉加电渣重熔工艺进行钢锭冶炼,采用恒熔速控制工艺(4.5kg/min),同时控制冷却速度,电极重熔时熔池形态为浅V型,且熔池稳定。
步骤二、重熔锭锻造前进行均匀化退火,退火温度1250℃,保温时间12h。
步骤三、对重熔退火锭经过一次镦粗和一次拔长变形,制备棒坯。镦粗变形比介于25%,拔长变形比约5.0。
步骤四、对棒坯采用热挤压工艺成形,获得热挤压不锈钢管,然后经过一道次冷变形加工,获得规格为108mm×10mm的不锈钢无缝管。
对上述不锈钢无缝管材中的四类常规非金属夹杂物含量进行了测试,A类 0级、B类 0级、C类 0级、D类 0.5级,评级方法为GB/T 10561-2005。
对上述不锈钢无缝管材中的沉淀型非金属夹杂物含量进行了测试,碳氮化合物类,即TiC(N)类非金属夹杂物呈点状弥散型分布且,TiC(N)级别为1.0级,评级方法参考GB/T 10561-2005。如图1所示。
对上述固溶态不锈钢无缝管材在350℃下的高温拉伸性能进行了测试,屈服强度为225Pa,断后伸长率为54.5%。
实施例2:一种稳定化型不锈钢无缝管及其制造方法,管材规格为108mm×10mm(外径×壁厚)。其化学成分(质量百分数,%)为:C-0.10、Cr-14.0、Ni-16.0、Mo-0.0、Ti-0.70、Si-1.0、O-0.03、S-0.0020、N-0.10、Fe余量 。
主要制造工艺步骤如下:
步骤一,采用电炉加真空自耗重熔工艺进行钢锭冶炼,采用恒熔速控制工艺(8kg/min),同时控制冷却速度,电极重熔时熔池形态为浅V型,且熔池稳定。
步骤二、重熔锭锻造前进行均匀化退火,退火温度1300℃,保温时间11h。
步骤三、对重熔退火锭经过一次镦粗和一次拔长变形,制备棒坯。镦粗变形比介于10%,拔长变形比约2.0。
步骤四、对棒坯采用热挤压工艺成形,获得规格108mm×10mm的热挤压不锈钢管。
对上述不锈钢无缝管材中的四类常规非金属夹杂物含量进行了测试,A类 0级、B类 0级、C类 0级、D类 0.5级,评级方法为GB/T 10561-2005。
对上述不锈钢无缝管材中的沉淀型非金属夹杂物含量进行了测试,碳氮化合物类,即TiC(N)类非金属夹杂物呈点状弥散型分布且,TiC(N)级别为2.5级,评级方法参考GB/T 10561-2005。
对上述固溶态不锈钢无缝管材在350℃下的高温拉伸性能进行了测试,屈服强度为217Pa,断后伸长率为52.3%。
实施例3:一种稳定化型不锈钢无缝管及其制造方法,管材规格为108mm×10mm(外径×壁厚)。其化学成分(质量百分数,%)为:C-0.07、Cr-19.0、Ni-9.0、Mo-3.0、Ti-0.43、Si-0.76、O-0.0020、S-0.03、N-0.05、Fe余量 。
主要制造工艺步骤如下:
步骤一,采用电炉加电渣重熔工艺进行钢锭冶炼,采用恒熔速控制工艺(5.5kg/min),同时控制冷却速度,电极重熔时熔池形态为浅V型,且熔池稳定。
步骤二、重熔锭锻造前进行均匀化退火,退火温度1250℃,保温时间12h。
步骤三、对重熔退火锭经过一次镦粗和一次拔长变形,制备棒坯。镦粗变形比介于40%,拔长变形比约9.0。
步骤四、对棒坯采用热挤压工艺成形,获得规格108mm×10mm的热挤压不锈钢管。
对上述不锈钢无缝管材中的四类常规非金属夹杂物含量进行了测试,A类 0级、B类 0级、C类 0级、D类 0.5级,评级方法为GB/T 10561-2005。
对上述不锈钢无缝管材中的沉淀型非金属夹杂物含量进行了测试,碳氮化合物类,即TiC(N)类非金属夹杂物呈点状弥散型分布且,TiC(N)级别为1.5级,评级方法参考GB/T 10561-2005。
对上述固溶态不锈钢无缝管材在350℃下的高温拉伸性能进行了测试,屈服强度为209Pa,断后伸长率为53.1%。
对比例:一种稳定化型不锈钢无缝管及其制造方法,管材规格为108mm×10mm(外径×壁厚)。其化学成分(质量百分数,%)为:C-0.049、Cr-17.9、Ni-10.3、Ti-0.30、Si-0.63、Mn-0.78、P-0.02、O-0.0015、S-0.0013、N-0.018、Fe 余量 。
主要制造工艺步骤如下:
步骤一,采用电炉加AOD炉外精炼工艺进行钢锭冶炼。
步骤二、钢锭未经过均匀化退火。
步骤三、钢锭采用一次拔长变形,制备棒坯。拔长变形比约5.5。
步骤四、对棒坯采用热挤压工艺成形,获得热挤压不锈钢管,然后经过一道次冷变形加工,获得规格为108mm×10mm的不锈钢无缝管。
对上述不锈钢无缝管材中的四类常规非金属夹杂物含量进行了测试,A类 0级、B类 0.5级、C类 0级、D类 0.5级,评级方法为GB/T 10561-2005。
对上述不锈钢无缝管材中的沉淀型非金属夹杂物含量进行了测试,碳氮化合物类,即TiC(N)类非金属夹杂物呈聚集态分布且TiC(N)级别大于3.0级,评级方法参考GB/T10561-2005。如图2所示。
对上述固溶态不锈钢无缝管材在350℃下的高温拉伸性能进行了测试,屈服强度为176Pa,断后伸长率为38.6%。
Claims (9)
1.一种稳定化型不锈钢无缝管,其特征在于,按照质量百分数由下述物质构成:C≤0.10、Cr-14.0~19.0、Ni-9.0~16.0、Mo-0.0~3.0、Ti-4(C+N)~0.70、Si≤1.0、O≤0.03、S≤0.03、N≤0.10、Fe余量。
2.根据权利要求1所述的稳定化型不锈钢无缝管,其特征在于:按照质量百分数含量,O≤0.0020、S≤0.0020。
3.根据权利要求1或2所述的稳定化型不锈钢无缝管,其特征在于:按照GB/T 10561-2005中的评级方法,非金属夹杂物的级别为:A类<0.5级、B类<0.5级、C类<0.5级、D类≤0.5级。
4.根据权利要求1或2所述的稳定化型不锈钢无缝管,其特征在于:碳氮化合物类呈点状弥散的分布在管材中,无团聚或条带现象。
5.根据权利要求1或2所述的稳定化型不锈钢无缝管,其特征在于:按照GB/T 10561-2005中的评级方法,碳氮化合物类的级别≤2.5级。
6.一种稳定化型不锈钢无缝管的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:
重熔冶炼:至少采用二次重熔冶炼工艺对钢锭进行冶炼;
均匀化退火:重熔后的钢锭经均匀化退火处理,退火温度不低于1200℃,保温时间不低于10h;
镦粗和拔长:退火后的钢锭至少经过一次镦粗和一次拔长变形,制备棒坯;
挤压成型:对棒坯采用热挤压工艺成形,获得热挤压不锈钢管。
7.根据权利要求6所述的稳定化型不锈钢无缝管,其特征在于:步骤①所述的重熔冶炼工艺为真空自耗重熔工艺或者电渣重熔工艺。
8.根据权利要求6所述的稳定化型不锈钢无缝管,其特征在于:步骤③中镦粗变形比介于10%~40%之间,拔长变形比介于2.0~9.0之间。
9.根据权利要求6所述的稳定化型不锈钢无缝管,其特征在于:步骤④中对热挤压不锈钢管进行深加工,获得更小规格的不锈钢无缝管。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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