CN111088419A - 630℃超超临界机组g115大口径厚壁无缝热压弯头的制造方法及弯头 - Google Patents

630℃超超临界机组g115大口径厚壁无缝热压弯头的制造方法及弯头 Download PDF

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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弯头的制造方法，将直管管坯压制加工，得到预制弯头；直管管坯为630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管；将预制弯头进行热处理，得到弯头。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弯头的方法，制造得到的弯头力学性能好，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。

Description

630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝热压弯头的制造方 法及弯头
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弯头的制造方法及弯头。
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弯头制造的研究。
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弯头的制造方法及弯头，以解决现有技术中还未有针对大口径厚壁无缝钢管进行弯头制造的技术问题。
在一些实施例中，所述弯头的制造方法，包括以下步骤：
将直管管坯压制加工，得到预制弯头；所述直管管坯为630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管；
将所述预制弯头进行热处理，得到弯头，完成弯头的制造；
其中，所述热处理，包括：将预制弯头加热至1050述～1100述，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弯头；
将所述经一次热处理后的弯头加热至750头～820头，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，所述弯头，通过前述的制造方法制造得到。
本公开实施例提供的弯头的制造方法及弯头，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弯头的方法，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。制造得到的弯头力学性能好，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。
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纵向剖视结构示意图；
图2是本公开实施例提供的一种制造方法中直管管坯的横向端面的结构示意图；
图3是本公开实施例提供的一种制造方法中扁状管坯的纵向剖视结构示意图；
图4是本公开实施例提供的一种制造方法中压制过程的结构示意图；
图5是本公开实施例提供的一种制造方法中压制过程的结构示意图；
图6是本公开实施例提供的一种制造方法中压制过程的结构示意图；
图7是本公开实施例提供的一种制造方法获得的弯头的结构示意图；
图8是本公开实施例提供的弯头Ⅰ的显微组织图；
图9是本公开实施例提供的弯头Ⅰ的晶粒度图；
图10是本公开实施例提供的弯头Ⅱ的显微组织图；
图11是本公开实施例提供的弯头Ⅱ的晶粒度图；
附图标记：
10：直管管坯；101、坡口；11、扁状管坯；20、弯头；31、下模具；32、上模具；33、端撑。
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，诸如第一和第二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。
在本文中，需要理解的是，术语“多个”是指两个或两个以上。
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弯头的制造方法。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，得到预制弯头；直管管坯为630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管；
S20、将所述预制弯头进行热处理，得到弯头，完成弯头的制造；
其中，所述热处理，包括：将预制弯头加热至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弯头；
将所述经一次热处理后的弯头加热至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弯头的方法，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。制造得到的弯头力学性能好，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。
本公开实施例的制造方法，所针对的是630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝弯头的制造。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 108998650A，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，导致其在制造弯头产品时，极易造成弯头产品的中心外径小、内径小，导致内通流面积小，而且两端大，出现喇叭口，造成产品形位公差超标，偏摆严重。因此，预制弯头的制造也在一定程度上影响了弯头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，得到预制弯头；包括：
S11、将直管管坯加热后压扁，得到扁状管坯；其中，加热温度为1100℃～1200℃；
S12、将扁状管坯压制成型，得到预制弯头。
当然，预制弯头的获取方式不限于前述的步骤。
本实施例中，对扁状管坯压制成型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是一致的。经加热压扁后，扁状管坯整体呈椭圆状，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，弯头成品的外径。
在一些实施例中，扁状管坯的短轴方向的外径是设定值；直管管坯的外径是设定值的1.01～1.10倍。控制变形率，可有效保证压制得到的预制弯头外观均匀，尺寸均一。
可选地，直管管坯的外径是设定值的1.02～1.08倍。
可选地，直管管坯的外径是设定值的1.02～1.05倍。
可选地，直管管坯的外径是设定值的1.03倍。
可选地，直管管坯的外径是设定值的1.01～1.10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弯头成品的外径(设定值)一致即可，扁状管坯的长轴方向的外径可不作限定。在一些实施例中，扁状管坯的长轴方向的外径是直管管坯的外径的1.01～1.10倍。更有效地保证压制得到的预制弯头外观均匀，尺寸均一。
可选地，扁状管坯的长轴方向的外径是直管管坯的外径的1.01～1.08倍。可选地，扁状管坯的长轴方向的外径是直管管坯的外径的1.01～1.05倍。可选地，扁状管坯的长轴方向的外径是直管管坯的外径的1.01～1.03倍。可选地，扁状管坯的长轴方向的外径是直管管坯的外径的1.02倍。
本公开实施例中，步骤S11中，需要将直管管坯加热后再进行压扁，加热温度决定着压制的扁状管坯的成型形状，因此，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S20中，对预制弯头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，从而最终获得弯头成品。
在一些实施例中，热处理中，将预制弯头加热至1060℃～1080℃。可选地，将预制弯头加热至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，依据预制弯头的壁厚确定即可。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弯头加热至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弯头加热至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，依据预制弯头的壁厚确定即可。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弯头，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559mm，壁厚为115mm。即，直管管坯的壁厚是其外径的20％。
实施例1
如图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弯头的制造方法，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，直管管坯10在加热前，在其两端口加工出坡口101，如图1所示。其中，如图3所示，扁状管坯11的短轴方向α的外径为540mm(直管管坯10的外径是设定值的1.03倍)，长轴方向β的外径为570mm(扁状管坯11的长轴方向β的外径是直管管坯10的外径的1.02倍)。其中，压扁成型时，采用正侧面压扁，如图2所示，其中，箭头所示方向即为压扁时的压力方向。
S32、将扁状管坯11压制成型，得到预制弯头；
S33、将预制弯头加热至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弯头；
S34、将经一次热处理后的弯头加热至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；
完成弯头的制造，得到弯头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弯头的制造方法中，不同的是，步骤S33中，一次冷却采用水冷；则，步骤S34中，将经一次热处理后的弯头加热至790℃。其余步骤及参数均与实施例1相同。从而得到弯头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弯头的制造方法中，不同的是，步骤S31中，扁状管坯11的短轴方向的外径为520mm(直管管坯10的外径是设定值的1.08倍)，长轴方向β的外径为590mm(扁状管坯11的长轴方向β的外径是直管管坯10的外径的1.06倍)。其余步骤及参数均与实施例1相同。从而得到弯头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弯头的制造方法中，不同的是，步骤S31中，扁状管坯11的短轴方向的外径为530mm(直管管坯10的外径是设定值的1.05倍)，长轴方向β的外径为580mm(扁状管坯11的长轴方向β的外径是直管管坯10的外径的1.04倍)。其余步骤及参数均与实施例1相同。从而得到弯头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弯头的制造方法中，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1.1倍)，长轴方向β的外径为600mm(扁状管坯11的长轴方向β的外径是直管管坯10的外径的1.07倍)。其余步骤及参数均与实施例1相同。从而得到弯头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，将直管管坯10压制成型，得到预制弯头；然后采用步骤S33和S34的热处理，得到对比弯头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500mm(直管管坯10的外径是设定值的1.12倍)，长轴方向β的外径为620mm(扁状管坯11的长轴方向β的外径是直管管坯10的外径的1.11倍)。其余步骤及参数均与实施例1相同。从而得到对比弯头Ⅱ。
本公开实施例中，上述实施例的步骤S32中，结合图4至图7所示，说明该压制过程。如图4所示，将扁状管坯11放置至下模具31，保证中心对齐，扁状管坯11的短面正中向上。在扁状管坯11的两端安装端撑33(如图5所示)。然后启动油压机，使上模具32向下压制，得到预制弯头20。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。
下面对上述实施例1至实施例5获得的弯头进行了多项测试，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，对弯头进行多点的力学性能测试。采用HT-1000A便携式里氏硬度计，对弯头的表面硬度检测。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
Figure BDA0002309040020000091
(2)金相组织
图8为实施例1的弯头Ⅰ的放大500倍的显微组织图，图9是弯头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：8.0级。
图10是实施例2的弯头Ⅱ的放大500倍的显微组织图，图11是弯头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：8.0级。
(3)无损检测
对实施例1至实施例5的弯头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的弯头，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个弯头样品，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。弯头的外形尺寸采用游标卡尺测量，测量结果，如下表2所示。
表2
Figure BDA0002309040020000101
由表2可见，实施例1至实施例5的5个弯头样品的尺寸均一，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个弯头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弯头的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将直管管坯压制加工，得到预制弯头；所述直管管坯为630℃超超临界机组G115大口径厚壁无缝钢管；
将所述预制弯头进行热处理，得到弯头，完成弯头的制造；
其中，所述热处理，包括：将预制弯头加热至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弯头；
将所述经一次热处理后的弯头加热至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，得到预制弯头；包括：
将直管管坯加热后压扁，得到扁状管坯；其中，加热温度为1100℃～1200℃；
将所述扁状管坯压制成型，得到预制弯头。
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1.01～1.10倍；和/或，
所述扁状管坯的长轴方向的外径是所述直管管坯的外径的1.01～1.10倍。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述加热温度为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，将预制弯头加热至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弯头加热至750℃～790℃；
当所述一次冷却采用水冷时，将所述经一次热处理后的弯头加热至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20％。
10.一种弯头，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弯头的制造方法制造得到。
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Denomination of invention: Manufacturing method and elbow of G115 large diameter thick wall seamless hot pressed elbow for 630 degC Ultra Supercritical Unit

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