CN111542628A - 用于矫直FeCrAl合金管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于矫直包含铁素体FeCrAl合金的管的方法。关于将铁素体FeCrAl合金的空心体冷加工成成品管的挑战的原因之一是FeCrAl合金的延展性低。即使通过将空心体冷加工成管而得到FeCrAl合金的管，也几乎不能将该管矫直。如果对得到的管进行退火，则这甚至是更严重的问题，其中退火会导致管沿着管的纵向方向变形。因此，需要一种用于矫直包含铁素体FeCrAl合金的管的方法。由此，根据本发明，提出了一种用于矫直管的方法，其中所述方法包括如下步骤：提供包含铁素体FeCrAl合金的管；对所述管进行加热；以及通过拉伸来矫直并形成加热过的所述管。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于矫直包含铁素体FeCrAl合金的管的方法。
背景技术
金属或金属合金的管的冷加工导致金属或金属合金的应变硬化。为了在冷加工工序之后再次增强延展性，通常将管退火。这种退火增强了材料的延展性，但是可能导致管特别是在纵向方向上的形状变形。为了仍然获得高品质的产品，通常在退火后将管矫直，以得到直管。此外，即使未对管进行冷加工或未对冷加工后的冷加工过的管进行退火，也可能需要对管进行矫直。
FeCrAl合金在提供极佳的良好形式稳定性以及耐腐蚀性的同时提供了高达约1400℃的耐热性。
尽管粉末冶金分散硬化的铁素体FeCrAl合金的管可以商购获得，但由FeCrAl合金制成的空心体难以形成管。这特别成问题，因为粉末冶金生产存在与挤压的管的尺寸有关的限制。
这些问题的原因之一与冷加工工序有关，因为FeCrAl合金通常具有低的延展性。由此，即使通过冷加工得到了FeCrAl合金的管，也无法将得到的管矫直。如果将得到的管退火，则这甚至是更严重的问题，因为退火工序导致管沿着管的纵向轴线变形。
因此，当通过冷加工制造管时，需要一种用于矫直包含铁素体FeCrAl合金的管的方法。
发明内容
根据本发明，提供一种用于矫直管的方法，其中所述方法包括如下步骤：提供包含铁素体FeCrAl合金的管；对所述管进行加热；以及通过拉伸来矫直并形成加热过的所述管。FeCrAl是一种始终包含铁(Fe)、铬(Cr)和铝(Al)的合金。铝的含量为2重量％以上。
令人惊奇地，已经发现，如果在拉伸期间对含有FeCrAl的管进行加热，即，对加热过的管进行拉伸，则将实现对包含铁素体FeCrAl合金的管的有效矫直。
在本发明的实施方案中，所述拉伸是拉伸形成工序。
在本发明的其它实施方案中，加热过的管在管的纵向方向上被不可逆的拉伸。术语“不可逆的拉伸”是指拉伸至少不是完全弹性的，即，在拉伸之后，管不返回其在拉伸之前所具有的形状和/或长度。
在本发明的实施方案中，在矫直并形成的步骤期间，将管安装在管的第一端处和/或管的第二端处，其中用预设力拉拔至少管的第一端和/或第二端。预设力也可以被表示为限定力。在一个实施方案中，预设力在预设时间段内保持恒定。在一个实施方案中，预设力在预设时间段内变化。
尽管在一个实施方案中，可在管的两端处对管进行拉拔，但是根据另一个实施方案，在矫直并形成的步骤期间仅在一端处对管进行拉拔。
根据一个实施方案，在拉伸之前对管进行加热，使得在升高的温度下、即在高于室温的温度下对管进行拉伸。根据另一个实施方案，在拉伸期间至少同时或同时地对管进行加热。根据另一个实施方案，在拉伸之前和拉伸期间均对管进行加热。在另一个实施方案中，在拉伸之前、期间和之后对管进行加热。
为了加热管，存在可以应用的替代技术。在本发明的实施方案中，在炉中对管进行加热。在另一个实施方案中，通过感应来实现加热。
在根据本发明的又一个实施方案中，在拉伸期间将电流施加到管，以对管进行加热。电流通过管。在本发明的实施方案中，为了将电流施加到管，将管的第一端和管的第二端电连接到电源。
在一个实施方案中，加热管，使得在拉伸期间管具有约100℃至约1400℃的温度范围，例如100℃至1200℃，例如100℃至1150℃，例如100℃至1100℃，例如100℃至1000℃，例如100℃至500℃，例如100℃至200℃。
尽管在管具有升高的温度的同时进行拉伸，但是仍认为管的拉伸是冷加工工序。在本发明中，只要在低于待加工的合金的再结晶温度的温度下进行加工，就将加工工序称为冷加工工序。就本发明而言，冷加工包括皮尔格式冷轧或冷抽拉或冷拉伸。
在本发明中，由术语“约”指定的任何值均被认为由给定值的+/-10％所限定。
根据本发明的一个实施方案，铁素体FeCrAl合金按重量％(wt％)计包含：
Cr 9至25；
Al 3至7；
余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明的一个实施方案中，管的铁素体FeCrAl合金按重量％计包含：Cr 9至25；Al 3至7；Mo 0至5；C 0至0.08；Si 0至3.0；Mn 0至0.5；余量为铁；和通常出现的杂质。
在其它实施方案中，FeCrAl合金还可以包含如下元素：
Y 0.05至0.60；Zr 0.01至0.30；Hf 0.05至0.50；Ta 0.05至0.50；Ti 0至0.10；C0.01至0.05；N 0.01至0.06；O 0.02至0.10；Si 0.10至3.0；Mn 0.05至0.50；P 0至0.03；和S0至0.03。
在本发明的又一个实施方案中，铁素体FeCrAl合金可以按重量％计还包含：C0.01至0.05；N 0.01至0.06；O 0.02至0.10；Mn 0.05至0.50；P 0至0.80；S 0至0.005；余量为铁；和通常出现的杂质。在本发明的其它实施方案中，Mo的含量高于0重量％。
在本发明的又一个实施方案中，铁素体FeCrAl合金按重量％计包含：Cr 9至25；Al3至7；Mo 0至5；Y 0.05至0.60；Zr 0.01至0.30；Hf 0.05至0.50；Ta 0.05至0.50；Ti 0至0.10；C 0.01至0.05；N 0.01至0.06；O 0.02至0.10；Si 0.10至3.0；Mn 0.05至0.50；P 0至0.80；S 0至0.005；余量为铁；和通常出现的杂质。在本发明的其它实施方案中，在该铁素体FeCrAl合金中，Mo、Ti、P和S的含量大于0重量％。
在本发明的其它实施方案中，Mo、C、Si和Mn的含量大于0重量％。
本文中所用的术语“杂质”旨在表示由于诸如矿石和废料的原材料以及由于生产过程中的各种其它因素而在工业生产FeCrAl合金时将会对FeCrAl合金造成污染的物质，并且允许该物质在不会对如上文或下文中所限定的铁素体FeCrAl合金造成不利影响的范围内造成污染。
在上述实施方案中，FeCrAl合金的组合物还可以在浓缩物中包含其它元素或物质，其中这些元素或物质不改变如本发明中所概述的FeCrAl合金的特定性质。在这种情况下，术语“余量为Fe”表示除了根据实施方案的强制性元素加上任选的元素或物质之外相对于100％的其余量。
属于任一种上述规格的合金的特征在于出色的耐热性、形式稳定性以及耐腐蚀性。
包含铁素体FeCrAl合金的管的应用的示例(但不限于此)是用于烧制陶瓷的高温炉、退火炉和用于电子工业的炉。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于制造包含铁素体FeCrAl合金的管的方法，其中所述方法以如下顺序包括如下步骤：提供包含铁素体FeCrAl合金的空心体；将所述空心体冷加工成管；对所述管进行退火；以及使用上文或下文中所述的用于矫直管的方法对所述管进行矫直。
在低于铁素体FeCrAl合金的再结晶温度的温度下将空心体冷加工成管会导致管的材料的应变硬化。为了再次增强管的材料的延展性，在将管矫直之前对其进行退火。在本发明的实施方案中，将管在约700℃至约1150℃的范围内的温度下进行退火。
因为FeCrAL合金的延展性低，所以难以通过在室温下使用皮格尔式冷轧或抽拉将铁素体FeCrAl合金的管状空心体冷加工成管，特别是小尺寸的管。先前技术中进行的尝试会导致对空心体的破坏。令人惊奇地，已经发现，当恰在空心体进入冷加工设备之前或期间将该空心体加热到约90℃至约600℃，例如约90℃至400℃，例如约90℃至150℃的温度范围时，能够使用被称为冷形成或冷加工或冷矫直的技术将包含铁素体FeCrAl合金的空心体加工成管。换句话说，当与冷加工设备接合时或在与冷加工设备接合期间，空心体处于在上述范围内的温度下。令人惊讶地显示出，如果使FeCrAl合金在该温度范围内，则将避免在冷加工工序期间破坏空心体，同时仍然是足够冷的，以便使用通常用于冷加工的常规润滑剂。
在一个实施方案中，管可以是用于核燃料棒的包覆管。
上文或下文中所限定的本方法可以但不限于用于制造具有小于26mm的外径和/或小于6.7mm的内径的包含FeCrAl合金的管。然而，也可以通过本方法来制造具有更大的内部和外部尺寸的管。
附图说明
根据实施方案的以下描述和对应的附图，本发明的其它优点、特征和应用将变得显而易见。当结合附图阅读时，将更好地理解前述内容以及实施方案的以下详细描述。应理解，所描绘的实施方案不限于所示的精确布置和手段。
图1是根据本发明的用于制造管的方法的示意性流程图。
图2是具有管的设备的示意性侧视图，所述设备用于拉伸该管以用于管的矫直和形成。
具体实施方式
图1是示例性地描述根据本发明的实施方式的用于制造管的方法的流程图。在第一步骤100中，提供FeCrAl合金的空心体。
在图1的流程图中所描绘的示例中，在步骤101中对步骤100中所提供的空心体进行仅在其内表面上的玻璃喷砂(glass-blasted)。通过对内表面进行玻璃喷砂，消除了内表面上的任何腐蚀，从而增强成品管的性能。令人惊奇地，对空心体在其外表面上进行喷砂并不能进一步增强成品管的性能。
在喷砂之后，在步骤102中将空心体浸入水类聚合物悬浮液中。通过将空心体浸入聚合物悬浮液中，聚合物悬浮液涂覆所述空心体。在步骤103中在热空气中对空心体进行干燥之后，聚合物悬浮液中所包含的聚合物作为薄膜涂覆整个空心体，并且在将空心体冷加工成管的期间用作空心体的润滑剂。
在已经将涂层干燥之后，将涂覆过的空心体进给至拉床中，以便将空心体冷加工成管。在步骤104中，将空心体加热到125℃的温度，其中恰在管进入由抽拉模具和心轴限定的形成区域之前测量所述温度。最后，在步骤105中，通过由抽拉模具和心轴限定的间隙来抽拉空心体。在将空心体抽拉成管的同时，将润滑剂施加到空心体的外表面。
冷加工工序(即，通过由抽拉模具和心轴限定的间隙对空心体进行抽拉)虽然减小并限定了管的尺寸，但是在低于FeCrAl合金的再结晶温度下进行冷加工会导致管的材料的应变硬化。为了增强材料的延展性，在步骤106中，在约700℃至约1150℃的范围内的温度下对管进行退火，其中确切的温度将取决于FeCrAl合金的微观结构。
在退火并冷却至室温附近的温度之后，管在管的纵向方向上不再是直的。为了在退火之后矫直并形成管，将管插入如图2中所示意性描绘的拉伸设备中。然后，如图1中所示意性描绘地，在步骤107中，将管同时加热并拉伸。拉伸由附图标记108表示，其中加热由附图标记109表示。重要的是，在拉伸108能够开始之前，管必须已经达到100℃至1400℃的温度范围，使得管在拉伸期间处于加热的状态。在这种特定实施方式中，在拉伸期间进行加热。然而，通常在升高的温度下对管进行拉伸就足够了。由此，在本发明的实施方式中，仅在拉伸之前对管进行加热。
为了能够同时加热并拉伸，用于拉伸管2的设备1具有在管2的第一端4处的第一夹紧装置3。该第一夹紧机构3相对于设备1的基板在固定位置中。在管2的第二端6处设有第二夹紧装置5。与固定的夹紧装置3相比，第二夹紧装置5能够在管2的纵向方向7上移动，其中固定的夹紧装置3与第二夹紧装置5之间的距离增大。通过在拉拔第二夹紧装置5期间施加预设的力，对管2进行拉伸。
为了将管2加热到在给定范围内的预设温度(然后在实际拉伸期间保持该预设温度)，将管2的第一端4和第二端6连接到电压源8，从而以使得电流将流过管2的方式在管上施加电压，其中管2内的电阻导致管2发热。
出于原始公开的目的，应注意，即使仅参考特定的其它特征对所有特征进行了描述，对于本领域技术人员而言，根据本说明书、附图和权利要求书，所有特征也变得显而易见，并且所有特征能够自身组合或与本文中所公开的其它特征或特征组任意组合，只要这种组合未被明确排除或者技术事实没有排除这种组合或使其无用即可。为了提供简短且可读的描述，对特征的每种可能组合的广泛、明确的描述只是已经被省略了。
尽管已经在附图和上述描述中详细示出了本发明，但是该描述仅是示例并且不应被认为是限制保护范围，因为保护范围由权利要求书来限定。本发明不限于所公开的实施方案。
对本领域技术人员而言，根据附图、说明书和所附权利要求书，所公开的实施方案的变型是显而易见的。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。在不同的权利要求中要求保护了一些特征的简单事实不排除这些特征的组合。权利要求书中的附图标记不应被认为是限制保护范围。
附图标记
1 设备
2 管
3 第一夹紧装置(固定的)
4 管2的第一端
5 第二夹紧装置
6 管2的第二端
7 纵向方向
8 电流源
100 提供空心体
101 对空心体进行玻璃喷砂
102 对空心体进行涂覆
103 对涂层进行干燥
104 加热
105 抽拉
106 退火
107 矫直和形成
108 拉伸
109 加热
Claims (9)
1.一种用于矫直(107)管(2)的方法，所述方法包括如下步骤：
提供包含铁素体FeCrAl合金的管(2)；
对所述管(2)进行加热(109)；以及
通过拉伸(108)来矫直并形成加热过的所述管(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将加热过的所述管(2)在所述管(2)的纵向方向(7)上进行不可逆的拉伸(109)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在矫直并形成的步骤的期间，将所述管(2)安装在所述管(2)的第一端(4)处和/或所述管(2)第二端(6)处，并且其中用预设力拉拔所述管(2)的至少所述第一端(4)和/或所述第二端(5)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在矫直并形成的期间，将电压施加到所述管(2)，从而通过流过所述管(2)的电流来加热所述管(2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中加热所述管(2)，使得在矫直并形成的期间所述管(2)具有在约100℃至约1400℃的范围内的温度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述管(2)的所述铁素体FeCrAl合金按重量％计包含：
Cr 9至25；
Al 3至7；
余量为铁；和通常出现的杂质。
7.一种用于制造管(2)的方法，所述方法以如下顺序包括如下步骤：
提供(100)包含铁素体FeCrAl合金的空心体；
将所述空心体冷加工(105)成所述管(2)；
对所述管(2)进行退火(106)；以及
使用根据权利要求1至10中任一项所述的方法对所述管(2)进行矫直(107)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在冷加工(105)期间，所述空心体具有在约90℃至约600℃的范围内的温度。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述冷加工(105)是皮尔格式冷轧或抽拉或拉伸。
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