CN110538890B - 一种uns s32906无缝管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种尿素级特超级双相不锈钢UNS S32906应用领域。一种UNS S32906无缝管的制造方法，工艺流程按照：圆形锻坯UNS S32906→管坯加工→管坯预热→管坯一次感应加热→管坯热扩孔→管坯二次感应加热→无缝管热挤压→无缝管退火→无缝管酸洗→无缝管冷轧→理化检验的流程进行，圆形锻坯UNS S32906使用通用径锻设备由方坯锻造而成，锻造比不小于4，管坯预热采用环形炉预热至600±40℃或者1000±40℃保温。
Description
技术领域
本发明涉及一种尿素级特超级双相不锈钢UNS S32906应用领域。
背景技术
UNS S32906是一种尿素级特超级双相不锈钢，瑞典牌号称为SAF2906，主要用于极恶劣腐蚀工况，相比于UNS S32205和UNS S32750，具有更好的强度和韧性以及耐化学腐蚀性，主要应用于苛性钠和氯化铝生产管线和热交换设备，如蒸发器、热交换器的传热管，另外还可用于深海探测设备。
UNS S32906是性能与普通双相不锈钢存在差异，因其特殊的性能在应用过程中需要进行一些特殊的处理。国网福建省电力有限公司电力科学研究院的黄伟林于2013年在《材料热处理学报》发表了题目为“时效时间对UNS S32906超级双相不锈钢组织及性能的影响”，主要研究了时效处理对UNS S32906的组织和性能的影响，于2015年在《腐蚀与防护》又发表了题目为“深冷时间对2906超级双相不锈铸钢组织及性能的影响”，主要研究了深冷处理对UNS S32906铸钢组织和性能的影响。福建船政交通职业学院的王钦娟于2015年在《机电技术》期刊发表了题目为“时效温度对特级双相不锈钢组织的影响”文章，主要介绍了铸造SAF 2906的时效处理。北京科技大学的方远平于2015年在《塑性工程学报》期刊发表了题目为“SAF 2906双相不锈钢超塑性研究”文章，采用高温拉伸和冷压试验方法结合光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等方法研究了片状SAF 2906双相钢的性能和组织。卡萨勒有限公司于2014年申请了专利“双相不锈钢在氨汽提或自汽提尿素设备的汽提塔中的应用以及改造该尿素设备的方法”。关于UNS S32906的应用，ASTM A789/A789M中提出了UNS 32906无缝管和焊管的化学成分（表1）、热处理温度范围（1020℃~1150℃退火后快速水冷）、理化检验项目、尺寸和表面技术要求。
表1
但是以上公开材料都未直接涉及到具体UNS S32906无缝管应该如何制造。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种UNS S32906无缝管的具体制造方法。
本发明所采用的技术方案是：一种UNS S32906无缝管的制造方法，工艺流程按照：圆形锻坯UNS S32906→管坯加工→管坯预热→管坯一次感应加热→管坯热扩孔→管坯二次感应加热→无缝管热挤压→无缝管退火→无缝管酸洗→无缝管冷轧→理化检验的流程进行，圆形锻坯UNS S32906使用通用径锻设备由方坯锻造而成，锻造比不小于4，管坯预热采用环形炉预热至600±40℃或者1000±40℃保温，管坯一次感应加热选择1170±10℃，管坯二次感应加热选择1180±10℃，无缝管热挤压过程，在60MN的挤压载荷极限下，挤压Φ194mm以下的UNS S32906无缝管时，挤压比应控制在20以下，无缝管退火时，半成品退火温度为1100±10℃，成品管退火温度1060±10℃，无缝管酸洗过程，采用HF和H2SO4混合溶液，其中，HF浓度为20~35g/l，H2SO4浓度为280~320g/l，酸洗温度55~65℃。
本发明的有益效果是：采用本发明的热挤压、退火、酸洗和冷轧相结合的制造方法，将UNS S32906实心管坯制造为无缝管，满足能够ASTM A789/A789M技术标准要求和行业应用要求。
具体实施方式
UNS S32906圆坯可使用通用径锻设备由方坯锻造而成，锻造比不小于4，热挤压使用的管坯是使用通用带锯机从锻坯上按规定定尺切取短段，然后采用深孔钻和车床加工出设计的管坯形状。采用环形炉预热至目标温度，然后使用电磁感应加热方式加热至目标温度，采用扩孔方式将管坯的内孔由深孔尺寸扩孔至热挤压所需的内孔尺寸，然后再次采用电磁感应加热方式快速补热到目标温度，然后使用的挤压方式进行无缝管热成型。对挤压出的无缝管进行退火热处理后采用冷轧方式进行减径和减壁至所需的规格。
环形炉预热温度选择
双相不锈钢的σ相析出温度区间650~950℃，为铁、铬化合物，硬而脆，会显著降低韧性和塑形。χ相析出区间600~950℃，为无磁脆性相，会显著降低韧性和塑形。奥氏体中C含量较高，铁素体中Cr含量较高，在相界处容易析出碳化物，在低于950℃，析出M23C6。综合各种析出物对材料性能影响，双相不锈钢环形炉预热温度控制在600℃左右或者高于950℃保温。本实施例材料选择1000℃环形炉预热温度。
感应加热温度
UNS S32906主要以Cr、Ni、Mo合金为主，属于奥氏体和铁素体两相组织，该材料的热塑性对温度比较敏感，高于1200℃时热加工容易塑性开裂，低于1150℃时会导致挤压载荷过大从而引起挤压闷车。该材料一次感应选择1170±10℃，二次感应选择1180±10℃。
挤压比
挤压比是指挤压前的管坯的截面积与挤压后无缝管的截面积之比值，在同样挤压载荷的情况下，被挤压材料的变形抗力和挤压比之间是反比例关系。结合变形抗力、挤压比和挤压载荷关系，在60MN的挤压载荷极限下，挤压Φ194mm以下的UNS S32906无缝管时，挤压比应控制在20以下。
热处理温度
UNS S32906双相钢受热循环时，组织会发生变化，在1000℃以下平衡相比例为50：50左右的双相组织，随温度的升高，奥氏体逐步减少而铁素体逐步增多。加热到1350℃以上至液相线区间，其平衡相组织的体积分数为100%的铁素体。因此，通过热处理来控制奥氏体和铁素体之间的相比例是难点。热处理温度太低不能完全消除带状组织，热处理温度太高铁素体含量高，这两种情况冷轧变形抗力都较大，易冷轧变形开裂。该材料的热处理温度为半成品退火温度为1100±10℃，成品管退火温度1060±10℃。
酸洗溶液
UNS S32906双相钢不锈钢抗腐蚀能力强，退火后表面氧化铁皮很难再短时间洗净，采用常规的酸洗工艺UNS S32906双相不锈钢的酸洗时间是普通奥氏体不锈钢的2.5倍以上。双相钢的表面呈现绿色氧化皮因此，解决双相钢的酸洗问题是批量生产过程中的一个限制瓶颈。配比不同的酸洗溶液，并进行了酸洗效果对比，制定了UNS S32906的酸洗工艺为酸洗溶液配比为HF（20~35g/l）+H2SO4（浓度280~320g/l），酸洗温度55~65℃。
圆形锻坯UNS S32906
外径Φ219（-2~0）mm；表面不允许有凹坑、凹槽、裂纹、结疤、黑皮、台阶、中心疏松等肉眼可见明显缺陷。
管坯加工
切斜度：端面切斜度≤3mm；深孔：Φ50mm，不允许有台阶，钻孔同心度≤0.3mm；喇叭口：直径Φ115mm，锥角33.5°；圆弧角：R35mm；粗糙度：≤R3.2um，过渡处不允许有台阶；清洁度：内、外表面不允许有明显可见油污等杂物存在。
环形炉预热
目标温度及装/出料驻炉时间按表2所示的环形炉预热工艺执行，出炉后采用测温枪确认管坯中心和外表面温度。
表2环形炉预热工艺
一次感应加热
加热目标温度1170℃，保证坯料整体加热均匀，中心不能出现暗黑色。
玻璃粉润滑
坯料外表面润滑采用W8，内孔润滑采用N26，玻璃垫采用D19，挤压前检查内润滑粉枪和外表面玻璃粉。
热扩孔
扩孔锥Φ105mm，剪切环Φ105.5mm,扩孔延伸系数1.13，扩孔筒预热温度300℃以上。
二次感应加热
加热目标温度1180℃±10℃，保证坯料整体加热均匀，中心不能出现暗黑色，出炉测量内外温差不高于30℃。
热挤压
挤压模：Φ117.4
挤压针：Φ91.8
挤压杆：Φ225Φ100（载荷等级38MN）
挤压比：8.5
挤压速度：100~150mm/s
挤压力：突破力30MN
冷却：挤出后水冷却
8挤压管检验
外径公差±1.2mm，壁厚公差±1.2mm；
表面应无裂纹、结疤、划伤等缺陷。
退火热处理
壁厚＞10mm采用室式炉退火，工艺如下：
表3. S32906室式炉热处理温度
表4. S32906室式炉热处理时间
（2）壁厚≤10mm使用辊底炉退火，工艺如下：
表5. S32906辊底炉热处理温度
表6. S32906辊底炉热处理时间
酸洗
采用HF（20~35g/l）+H2SO4（浓度280~320g/l）混酸溶液去除退火后内外表面的氧化皮，酸液温度为55~65℃。
冷轧
冷变形工艺路线为Φ114×12→冷轧Φ89×8→冷轧Φ57×6→冷轧Φ38×3.5→冷轧Φ25×2.5
理化检验
力学和硬度
表7.力学性能检验结果
腐蚀检验
采用砂纸打磨所有表面并测试光洁度，使砂纸抛光后的表面光洁度≤1.6μm，依据ASTM A262 B法和C法以测量失重的方式完成腐蚀试验测试，结果如表3所示。
表8.腐蚀试验检验结果
通过一行方式制作的UNS S32906无缝管，满足ASTM A789/A789M技术标准要求和行业应用需求。
Claims (2)
1.一种UNS S32906无缝管的制造方法，工艺流程按照：圆形锻坯UNS S32906→管坯加工→管坯预热→管坯一次感应加热→管坯热扩孔→管坯二次感应加热→无缝管热挤压→无缝管退火→无缝管酸洗→无缝管冷轧→理化检验的流程进行，其特征在于：圆形锻坯UNSS32906使用通用径锻设备由方坯锻造而成，锻造比不小于4，管坯预热采用环形炉预热至600±40℃或者1000±40℃保温，管坯一次感应加热选择1170±10℃，管坯二次感应加热选择1180±10℃，无缝管热挤压过程，在60MN的挤压载荷极限下，挤压Φ194mm以下的UNSS32906无缝管时，挤压比应控制在20以下，无缝管退火时，半成品退火温度为1100±10℃，成品管退火温度1060±10℃。
2.根据权利要求1所述的一种UNS S32906无缝管的制造方法，其特征在于：无缝管酸洗过程，采用HF和H2SO4混合溶液，其中，HF浓度为20~35g/l，H2SO4浓度为280~320g/l，酸洗温度55~65℃。
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