CN111037219A - 630℃超超临界机组g115大口径厚壁无缝热压三通的制造方法及三通 - Google Patents

Abstract

本申请涉及金属材料加工技术领域。本申请公开了一种630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通的制造方法，将直管管坯压制加工，得到预制三通；直管管坯为630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管；将预制三通进行热处理，得到三通。提供了一种针对630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管制造大口径厚壁无缝三通的方法，制造得到的三通力学性能好，尺寸均一，厚度均匀，且外观无瑕疵。可应用于超超临界锅炉、电站四大管道等不同领域。还提供了一种三通。

Description

630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通的制造方 法及三通

技术领域

本申请涉及金属材料加工技术领域，例如涉及一种630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通的制造方法及三通。

背景技术

目前，由于G115钢的室温力学性能、冲击性能、高温力学性能和持久性能均高于GB5310和ASME标准中的P92钢，因此，对该G115钢的成型研究日益增多。其中，有专利公开了一种630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管的制备。在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：现有技术中还未有针对大口径厚壁无缝钢管进行三通制造的研究。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供了一种630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通的制造方法及三通，以解决现有技术中还未有针对大口径厚壁无缝钢管进行三通制造的技术问题。

在一些实施例中，所述制造方法，包括以下步骤：

将直管管坯压制加工，得到预制三通；所述直管管坯为630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管；

将所述预制三通进行热处理，得到三通，完成三通的制造；

其中，所述热处理，包括：将预制三通加热至1050℃～1100℃，然后进行一次均温，再进行一次保温，然后再进行一次冷却至室温，得到经一次热处理后的三通；

将所述经一次热处理后的三通加热至750℃～820℃，然后进行二次均温，再进行二次保温，然后再进行二次冷却至室温。

在一些实施例中，所述三通，是通过前述的制造方法制造得到的。

本公开实施例提供的三通的制造方法及三通，可以实现以下技术效果：

本公开实施例的制造方法，提供了一种针对630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管制造大口径厚壁无缝三通的方法，是经过对G115大口径厚壁无缝钢管的各项参数进行了深入研究而获得的。制造得到的三通的支管长度合适，肩部内表面没有沟槽缺陷，壁厚均匀，尺寸均一，内流通面积一致，外观无瑕疵，产品形位公差在允许范围内，无偏摆现象。而且，力学性能好。可应用于超超临界锅炉、电站四大管道等不同领域。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或一个以上实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的一种制造方法中直管管坯的压扁成型的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的一种制造方法中扁状管坯的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的一种制造方法中扁状管坯的压制过程结构示意图；

图4是本公开实施例提供的一种制造方法中扁状管坯的压制过程结构示意图；

图5是图4中A-A向剖视结构示意图；

图6是本公开实施例提供的一种制造方法中支管开孔过程结构示意图；

图7是本公开实施例提供的一种制造方法中拉模成型过程结构示意图；

图8是本公开实施例提供的一种制造方法中拉模成型过程结构示意图；

图9是本公开实施例提供的一种制造方法获得的三通的结构示意图；

图10是本公开实施例提供的三通Ⅰ的显微组织图；

图11是本公开实施例提供的三通Ⅰ的晶粒度图；

图12是本公开实施例提供的三通Ⅱ的显微组织图；

图13是本公开实施例提供的三通Ⅱ的晶粒度图；

附图标记：

10：直管管坯；11、扁状管坯；12、具有鼓包的型材；13、预成型三通；20、三通；21、第一端；22、第二端；23、支管；31、下模具；32、上模具；33、拉模。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或一个以上实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

在本文中，需要理解的是，诸如第一(或者，一次)和第二(或者，二次)等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者结构与另一个实体或结构区分开来，而不要求或者暗示这些实体或结构之间存在任何实际的关系或者顺序。

在本文中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

在本文中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本公开实施例提供了一种630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通的制造方法。结合图1至图7所示，制造方法，包括以下步骤：

S10、将直管管坯压制加工，得到预制三通；直管管坯为630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管；

S20、将所述预制三通进行热处理，得到三通，完成三通的制造；

其中，所述热处理，包括：将预制三通加热至1050℃～1100℃，然后进行一次均温，再进行一次保温，然后再进行一次冷却至室温，得到经一次热处理后的三通；

将所述经一次热处理后的三通加热至750℃～820℃，然后进行二次均温，再进行二次保温，然后再进行二次冷却至室温。

本公开实施例的制造方法，提供了一种针对630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管制造大口径厚壁无缝三通的方法，是经过对G115大口径厚壁无缝钢管的各项参数进行了深入研究而获得的。制造得到的三通的支管长度合适，肩部内表面没有沟槽缺陷，壁厚均匀，尺寸均一，内流通面积一致，外观无瑕疵，产品形位公差在允许范围内，无偏摆现象。而且，力学性能好。可应用于超超临界锅炉、电站四大管道等不同领域。

本公开实施例的制造方法，所针对的是630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝三通的制造。其中，“大口径厚壁”作本领域技术人员的常规理解即可，例如，外径为325～1200mm，壁厚为20～180mm。

在一些实施例中，直管管坯的壁厚大于或等于其外径的20％。可选地，直管管坯的壁厚是其外径的20％～30％。

本公开实施例中，630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管可以购买获得，也可以采用公布号为CN 108998650 A，发明名称为“630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管制造方法”的专利文件中所公开的方法制造获得。由于钢管口径大且壁厚，导致其在制造三通产品时，极易造成三通产品的支管不够长，肩部内表面沟槽缺陷，内通流面积小、两端大，出现喇叭口，造成产品形位公差超标，偏摆严重。因此，预制三通的制造也在一定程度上影响了三通成品的尺寸和外观等。

在一些实施例中，步骤S10中，将直管管坯压制加工，得到预制三通；包括：

S11、将直管管坯进行一次加热后，压扁，得到扁状管坯；其中，该一次加热的加热温度为1100℃～1200℃；

S12、将步骤S11得到的扁状管坯压制得到具有鼓包的型材，再将该具有鼓包的型材进行支管开孔，得到预成型三通；

S13、将步骤S12得到的预成型三通进行二次加热后，将预成型三通的支管进行拉模成型，得到预制三通。

其中，步骤S13中的二次加热的加热温度为1100℃～1200℃。

当然，预制三通的获取方式不限于前述的步骤。

本实施例中，对直管管坯压制成扁状管坯时采用常规压制模具即可。经加热压扁获得的扁状管坯的截面整体呈椭圆状，具有短轴和长轴，其中，扁状管坯的短轴方向的外径为设定值，即，三通成品的外径。

在一些实施例中，步骤S11中，扁状管坯的短轴方向的外径是设定值；直管管坯的外径R是设定值的1.2～1.5倍。控制变形率，可有效保证压制得到的预制三通外观均匀，尺寸均一。

可选地，直管管坯的外径R是设定值的1.25～1.4倍。

可选地，直管管坯的外径R是设定值的1.28～1.38倍。

可选地，直管管坯的外径R是设定值的1.3～1.35倍。

可选地，直管管坯的外径R是设定值的1.34倍。

可选地，直管管坯的外径R是设定值的1.2～1.5倍之间的任意一个数值。

本公开实施例中，保证扁状管坯的短轴方向的外径与三通成品的外径(设定值)一致即可，扁状管坯的长轴方向的外径可不作限定。

本公开实施例中，步骤S11中，需要将直管管坯进行一次加热后再进行压扁，加热温度决定着压制的扁状管坯的成型形状，因此，一次加热的加热温度控制在1100℃～1200℃范围即可。

在一些实施例中，步骤S11中，加热温度为1120℃～1160℃。可选地，加热温度为1130℃～1150℃。可选地，加热温度为1140℃。温度控制越精确，越有利于控制获得的设定的扁状管坯的长轴方向和短轴方向上的外径值。

在步骤S11中，将直管管坯加热至1100℃～1200℃范围内，进行压扁成型之前，还需要保温一定时间，保温时间不限定，依据直管管坯的壁厚等参数确定即可。可选地，将直管管坯加热后，保温1小时～2小时后，进行压扁成型。

本公开实施例中，步骤S12中，将扁状管坯压制获得具有鼓包的型材时采用常规压制模具即可。其中，压制模具的宽度方向的尺寸与预制弯头的外径(也即扁状管坯的短轴方向的外径)是一致的。如图5和图6所示，具有鼓包的型材12的鼓包120即为支管部位，将鼓包120的末端切割进行开孔，从而得到预成型三通13。可选地，控制预成型三通13的切割口130的端面至三通的主管中心线的距离为三通的支管长度。

本公开实施例中，步骤S13中，在对预成型三通进行支管拉模成型之前，还需要加热，保证预成型三通在一定的温度下进行成型操作，保证得到的预制三通的产品质量，保证预制三通的支管长度合适，肩部内表面没有沟槽缺陷，壁厚均匀，尺寸均一，内流通面积一致，外观无瑕疵，产品形位公差在允许范围内，无偏摆现象。该步骤S13中，二次加热的加热温度控制在1100℃～1200℃范围即可。

在一些实施例中，步骤S13中，二次加热的加热温度为1120℃～1160℃。可选地，二次加热的加热温度为1130℃～1150℃。可选地，加热温度为1140℃。温度控制越精确，越有利于控制预成型三通的支管长度、避免肩部内表面的沟槽缺陷，以及保证支管的壁厚均匀，尺寸均一等。

在步骤S13中，将直管管坯加热至1100℃～1200℃范围内，进行压扁成型之前，还需要保温一定时间，保温时间不限定，依据直管管坯的壁厚等参数确定即可。可选地，将直管管坯加热后，保温1小时～2小时后，进行压扁成型。

本公开实施例中，步骤S20中，对预制三通的热处理包括两次热处理，一次热处理为正火热处理或者淬火热处理，加热至1050℃～1100℃，进行奥氏体化。二次热处理为加热至750℃～800℃进行回火热处理，从而最终获得三通成品。

在一些实施例中，热处理中，将预制三通加热至1060℃～1080℃。可选地，将预制三通加热至1070℃。

本实施例中，在一次热处理过程中，一次均温和一次保温的时间均不限定，依据预制三通的壁厚确定即可。在一些实施例中，一次均温时间为2.5小时～3.5小时，保温时间为3.5小时～4.5小时。可选地，一次均温时间为3小时，保温时间为4小时。

在一些实施例中，在一次热处理(奥氏体化)中，一次冷却的方式不限定，可以采用空冷或者水冷。当采用空冷时，一次热处理为正火处理。当采用水冷时，一次热处理为淬火处理。

本公开实施例中，依据一次热处理时，冷却方式的不同，在进行二次热处理，即，回火处理时，加热温度有所不同。

在一些实施例中，当一次冷却采用空冷时，将经一次热处理后的三通加热至750℃～790℃。可选地，加热至770℃～790℃。可选地，加热至780℃。

在一些实施例中，当一次冷却采用水冷时，将经一次热处理后的三通加热至780℃～820℃。可选地，加热至780℃～800℃。可选地，加热至790℃。

本公开实施例中，二次均温和二次保温的时间均不限定，依据预制三通的壁厚确定即可。在一些实施例中，二次均温时间为2.5小时～3.5小时，二次保温时间为3.5小时～4.5小时。可选地，二次均温时间为3小时，二次保温时间为4小时。

在一些实施例中，二次冷却采用空冷。

本公开实施例提供了一种630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通，其是通过前述的制造方法制造得到的。

下面给出本公开实施例的具体实施例，并结合测试结果，来说明本公开实施例的制造方法。其中，采用的直管管坯为630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管，外径为711mm，壁厚为120mm。即，直管管坯的壁厚是其外径的17％。

实施例1

结合图1至图7所示，一种630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通的制造方法，包括以下步骤：

S31、将直管管坯10加热至1140℃，保温2小时，然后压扁成型，得到扁状管坯11。其中，如图1和图2所示，直管管坯10通过在其上下两侧的压制模具，施加上下两侧的压力，压制得到扁状管坯11。其中，如图2所示，扁状管坯11的短轴方向α的外径为530mm，长轴方向β的外径不限定，只要保证短轴方向α的外径达标即可。扁状管坯11的短轴方向α的外径即为三通产品的目标外径，也即设定值，可见，直管管坯10的外径是设定值的1.34倍。其中，压扁成型时，采用上下侧竖直向施加压力的方式压扁，如图1所示，其中，箭头所示方向即为压扁时的压力方向。

S32、如图3至图6所示，将步骤S31得到的扁状管坯11压制得到具有鼓包的型材12，再将该具有鼓包120的型材12进行支管开孔，得到预成型三通13。

S33、如图7至图9所示，将步骤S32得到的预成型三通13进行二次加热，加热温度为1140℃，保温2小时，然后将预成型三通13的支管进行拉模成型，得到预制三通；

S34、将预制三通加热至1060℃～1080℃，然后进行一次均温3小时，再进行一次保温4小时，然后再进行一次空冷至室温，得到经一次热处理后的三通；

S35、将经一次热处理后的三通加热至780℃，然后进行二次均温3小时，再进行二次保温4小时，然后再进行二次空冷至室温；

完成三通的制造，得到三通Ⅰ。

实施例2

与实施例1相比，本实施例2的一种630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通的制造方法中，不同的是，步骤S34中，一次冷却采用水冷；则，步骤S35中，将经一次热处理后的三通加热至790℃。其余步骤及参数均与实施例1相同。从而得到三通Ⅱ。

实施例3

与实施例1相比，本实施例3的一种630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通的制造方法中，不同的是，步骤S31中，扁状管坯11的短轴方向的外径为590mm(直管管坯10的外径是设定值的1.2倍)。其余步骤及参数均与实施例1相同。从而得到三通Ⅲ。

实施例4

与实施例1相比，本实施例4的一种630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通的制造方法中，不同的是，步骤S31中，扁状管坯11的短轴方向的外径为480mm(直管管坯10的外径是设定值的1.5倍)。其余步骤及参数均与实施例1相同。从而得到三通Ⅳ。

实施例5

与实施例1相比，本实施例5的一种630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通的制造方法中，不同的是，步骤S31中，扁状管坯11的短轴方向的外径为510mm(直管管坯10的外径是设定值的1.4倍)。其余步骤及参数均与实施例1相同。从而得到三通Ⅴ。

对比实施例1

与实施例1不同的是，不进行步骤S31，直接采用直管管坯进行步骤S32和步骤S33，将直管管坯10压制成型，得到预制三通；然后采用步骤S34和S35的热处理，得到对比三通Ⅰ。

对比实施例2

与实施例1不同的是，步骤S31中，扁状管坯11的短轴方向β的外径为460mm(直管管坯10的外径是设定值的1.55倍)。其余步骤及参数均与实施例1相同。从而得到对比三通Ⅱ。

本公开实施例中，上述实施例的步骤S32中，结合图3至图6所示，说明预成型三通13的压制成型过程。如图3所示，将扁状管坯11放置至下模具31，中心对齐，且使扁状管坯11长轴方向α处于竖直方向且位于正中。然后启动油压机，使上模具32向下压制(如图3中箭头所示方向)，上模具31和下模具32完全合并至鼓包完成，得到具有鼓包120的型材12。其中，在压制过程中，需要控制终压温度不低于850℃，保证压制成型。如图6所示，将具有鼓包120的型材12的鼓包120的末端121切割，进行支管开孔，得到具有开口130的预成型三通13。

本公开实施例中，上述实施例的步骤S33中，结合图7至图9所示，说明将预成型三通13的支管进行拉模成型的过程，将二次加热后预成型三通13再放入步骤S32的模具中，通过模具底部的支管成型通孔部，将拉模33置入预成型三通13的支管处，拉制使支管成型，从而得到预制三通20。

下面对上述实施例1至实施例5获得的三通进行了多项测试，具体如下：

(1)力学性能

检测方法：采用SHT4106微机控制电液伺服万能试验机，JBS-500B数显半自动冲击试验机，对三通进行多点的力学性能测试。采用HT-1000A便携式里氏硬度计，对三通的表面硬度检测。检测过程中，均进行多处采样检测，并取该多个测试数据的平均值。具体力学性能及表面硬度检测结果见表1。

表1

(2)金相组织

图10为实施例1的三通Ⅰ的放大500倍的显微组织图，图11是三通Ⅰ的放大500倍的晶粒度图。可见，金相组织：回火马氏体，原奥氏体晶粒度：7.5级。

图12是实施例2的三通Ⅱ的放大500倍的显微组织图，图13是三通Ⅱ的放大500倍的晶粒度图。可见，金相组织：回火马氏体，原奥氏体晶粒度：7.5级。

(3)无损检测

对实施例1至实施例5的三通按照下述检测方式进行无损检测，结果为：

按GB/T5777-2008L2级进行超声波检测，合格；

按JB/T4730.4进行磁粉检测，合格；

按GB/T7735-2016B级进行涡流检测，合格。

(4)水压试验

对实施例1至实施例5的三通，根据试验压力公式P＝2SR/D计算，按最大试验压力20Mpa进行水压试验，保压时间10s，无渗漏现象，试验合格。

(5)尺寸及外观检测

对实施例1至实施例5的5个三通样品，以及对比实施例1和对比实施例2的对比样品，逐个进行尺寸和外观检测。三通的外形尺寸采用游标卡尺测量，测量结果，如下表2所示。其中，如图9所示的三通的第一端21、第二端22，支管23，外径R，以及壁厚m。

表2

由表2可见，实施例1至实施例5的5个三通样品的尺寸均一，壁厚均匀。而对比实施例1和对比实施例2的对比样品尺寸不均一，壁厚不均匀。

实施例1至实施例5的5个三通的表面质量用目视方法检验，无裂纹、折叠、结疤缺陷。

本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将直管管坯压制加工，得到预制三通；所述直管管坯为630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管；

将所述预制三通进行热处理，得到三通，完成三通的制造；

其中，所述热处理，包括：将预制三通加热至1050℃～1100℃，然后进行一次均温，再进行一次保温，然后再进行一次冷却至室温，得到经一次热处理后的三通；

将所述经一次热处理后的三通加热至750℃～820℃，然后进行二次均温，再进行二次保温，然后再进行二次冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述将直管管坯压制加工，得到预制三通；包括：

将直管管坯进行一次加热后，压扁，得到扁状管坯；其中，所述一次加热的加热温度为1100℃～1200℃；

将所述扁状管坯压制得到具有鼓包的型材，再将所述具有鼓包的型材进行支管开孔，得到预成型三通；

将所述预成型三通进行二次加热后，将所述预成型三通的支管进行拉模成型，得到预制三通；

其中，所述二次加热的加热温度为1100℃～1200℃。

3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述扁状管坯的短轴方向的外径是设定值；所述直管管坯的外径是所述设定值的1.2～1.5倍。

4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，

所述一次加热的加热温度为1120℃～1160℃；

所述二次加热的加热温度为1120℃～1160℃。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述热处理中，将预制三通加热至1060℃～1080℃。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述热处理中，所述一次冷却采用空冷或者水冷。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述热处理中，当所述一次冷却采用空冷时，将所述经一次热处理后的三通加热至750℃～790℃；或者，

当所述一次冷却采用水冷时，将所述经一次热处理后的三通加热至780℃～820℃。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述二次冷却采用空冷。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述直管管坯的壁厚大于或等于其外径的15％。

10.一种三通，其特征在于，通过如权利要求1至9中任一项所述的630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压三通的制造方法制造得到。

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