CN112371753A - 一种临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，该工艺包括以下步骤：选取含有如下质量百分数元素的钢管：C 0‑0.025％，Mn 0‑2.0％，Si 0‑0.5％，Cr 19.5～23.5％，Ni 38～46％，Mo 2.5～3.5％，Cu 1.5～3.0％，Al 0‑0.2％，Ti 0.6～1.2％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为铁以及不可避免的杂质；然后对钢管依次进行切割、热压成型、冷切割平齐、整形、热处理、检验与试验、成品检测与标识以及包装与防护。本发明通过优化加工工艺参数，细化了管件的组织晶粒度，防止有害相的析出及非正常组织的形成，使产品的晶粒度级别、力学性能、抗腐蚀性能等质量指标达到了相应工程规范和标准的要求。

Description

一种临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺
技术领域
本发明涉及镍合金管件加工技术领域，特别是涉及一种临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺。
背景技术
当前国内外石油资源的品质越来越低，而对成品油的质量要求则越来越高。同时，国民经济建设对成品油及化工产品的需求量也越来越大，这就促使炼化装置向大产能、高收率方向建设发展。因此大产量先进炼化装置管道材料的钢级、规格和质量要求在逐步提高。临氢高压镍合金管道处于高温、高压、强腐蚀的运行工况，运行介质易燃易爆，对于工艺系统的管道连接管件具有极高的质量安全性能要求，同时临氢工况的镍合金大口径厚壁管件，由于其材料特性具备很高的制造工艺难度，传统的生产工艺无法实现合格产品的实现。
传统奥氏体镍合金材料不具备热处理强化的特性，且管件的热加工过程会使材料的各项性能造成一定程度的衰减。该类镍合金管件对热加工温度非常敏感，温度过高受热时间过长，会使材料的晶粒增大，并且析出有害相，造成强韧性能降低和抗腐蚀能力降低。当作业温度过低时，该类镍合金管件会使材料晶间大量析出合金碳化物，使材料晶界抗腐蚀能力降低。
因此，我们通过对产品热成型及热处理温度的大量实验与研究，优化制定了产品所有加热环节的温度控制参数。同时通过对产品热变形工艺的研究，制定出产品大速率、大变形的控轧工艺，使产品的金相组织在成型过程中避开晶粒粗大和有害相析出的温度区间，并有效缩短管坯的总受热时间。在控温控轧工艺控制下，使材料实现高温动态再结晶行为而细化晶粒度，为最终热处理提供优良的组织基础。最后通过充分的固溶处理，使材料的合金元素均匀地固溶于晶体内，形成晶粒度细小、稳定的室温组织，保证了其抗腐蚀、抗高温、高强度及良好韧性的产品特性。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供了一种临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺。本发明研究设计了合理的原材料技术要求，使材料具备可行的质量基础和加工余量。通过独特的控温控扎成型工艺过程控制，使产品保持和细化了组织晶粒度，防止了有害相的析出及非正常组织的形成，为最终热处理奠定了优良的组织基础。最后通过充分的固溶与稳定化热处理，得到了均匀稳定的成品内在组织，使产品的晶粒度级别、力学性能、抗腐蚀性能等质量指标达到了相应工程规范和标准的要求。
本发明的临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，包括以下步骤：
1)选取含有如下质量百分数元素的钢管：
C0-0.025％，Mn0-2.0％，Si0-0.5％，Cr19.5～23.5％，Ni38～46％，Mo2.5～3.5％，Cu1.5～3.0％，Al0-0.2％，Ti0.6～1.2％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为铁以及不可避免的杂质；
2)将钢管切割成规定尺寸的坯料；
3)将坯料热压成型，控制轧制温度和每道次轧制量，并在每道次轧制完毕后将管坯整体速冷至室温再进行下一个道次的入炉加热；
4)用金属锯床将成型的管件端头多余部分冷切割去除平齐；
5)整形，按成型加热工艺将半成品加热后进行校形和管端校圆；
6)热处理，采用箱式电阻热处理炉和自动固溶设施对管件进行固溶处理，随后进行稳定化热处理；
7)检验与试验对该批次管件取样进行室温拉伸试验、高温拉伸试验、管体各部位的硬度试验和金相检验以及晶间腐蚀试验，各项指标均满足标准要求后，再进行表面清理、无损检测、端部机加工和酸洗钝化处理；
8)成品检测与标识；
9)包装与防护。
优选地，步骤1)所述钢管中奥氏体组织且晶粒度≥5级；Rm≥586Mpa；Rp0.2≥241Mpa；500℃Rp0.2≥174Mpa。
优选地，步骤3)所述的加热温度为1040℃±10℃，终轧温度≥850℃，形变速率≥3.5mm/S，变形率≥1.5。
优选地，步骤6)所述的固溶处理是将整形后的管件在940℃±10℃下进行保温处理，保温时间为1.5min/mm，然后水冷。
优选地，步骤6)所述的稳定化热处理是将固溶处理后的管件在温度为940℃±10℃下进行保温，保温时间为1.5min/mm，然后空冷。
优选地，步骤7)所述的表面清理包括酸洗和机械修磨。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过对N08825临氢高压镍合金大口径厚壁三通、弯头用原材料钢管的交货状态质量指标进行了研究设计，保证原材料具备优良的质量基础和性能指标余量。限定了材料主要元素的含量和合理配比、材料的纯净度和杂质含量以及材料热处理态下的晶粒度，保证原材料具备初始的优良质量基础；
本发明在管材热加工过程中，所有的热变形工序都进行严格的控温轧制。加热温度控制在940℃±10℃内，终轧温度控制在850℃以上，然后每道次成型完毕后把管坯强制速冷至室温。同时压制过程保证材料形变速率≥3.5mm/S，变形率≥1.5。使成型过程避开晶粒粗大和有害相析出的温度区间，并有效缩短管坯的总受热时间。在控温控轧工艺控制下，使材料实现高温动态再结晶行为而细化晶粒度，为最终热处理提供优良的组织基础。最后通过充分的固溶与稳定化热处理，使材料的碳及合金元素均匀地固溶于晶体内，形成晶粒度细小、稳定的室温组织，保证了其抗高温、抗腐蚀、高强度和良好韧性的产品特性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，包括以下步骤：
1)选取含有如下质量百分数元素的钢管：
Cr23％，Ni45％，Mo3.0％，Cu2.0％，Ti1.0％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为铁以及不可避免的杂质；钢管中奥氏体组织且晶粒度≥5级；Rm≥586Mpa；Rp0.2≥241Mpa；500℃Rp0.2≥174Mpa；
2)将钢管切割成规定尺寸的坯料；
3)将坯料热压成型，控制轧制温度和每道次轧制量，并在每道次轧制完毕后将管坯整体速冷至室温再进行下一个道次的入炉加热。其中加热温度为940℃±10℃，终轧温度850℃，形变速率为4.0mm/S，变形率为1.5；
4)用金属锯床将成型的管件端头多余部分冷切割去除平齐；
5)整形，按成型加热工艺将半成品加热后进行校形和管端校圆；
6)热处理，采用箱式电阻热处理炉和自动固溶设施对管件进行固溶处理，随后进行稳定化热处理；其中固溶处理是将整形后的管件在940℃±10℃下进行保温处理，保温时间为1.5min/mm，然后水冷。稳定化热处理是将固溶处理后的管件在温度为940℃±10℃下进行保温，保温时间为1.5min/mm，然后空冷。
7)检验与试验对该批次管件取样进行室温拉伸试验、高温拉伸试验、管体各部位的硬度试验和金相检验以及晶间腐蚀试验，各项指标均满足标准要求后，再进行表面清理(酸洗和机械修磨)、无损检测、端部机加工和酸洗钝化处理；
8)成品检测与标识；
9)包装与防护。
实施例2
一种临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，包括以下步骤：
1)选取含有如下质量百分数元素的钢管：
C0.01％，Mn0.5％，Si0.1％，Cr20％，Ni43.5％，Mo3.5％，Cu3.0％，Al0.2％，Ti1.2％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为铁以及不可避免的杂质；
2)将钢管切割成规定尺寸的坯料；
3)将坯料热压成型，控制轧制温度和每道次轧制量，并在每道次轧制完毕后将管坯整体速冷至室温再进行下一个道次的入炉加热。其中加热温度为940℃±10℃，终轧温度850℃，形变速率为4.0mm/S，变形率为1.5；
4)用金属锯床将成型的管件端头多余部分冷切割去除平齐；
5)整形，按成型加热工艺将半成品加热后进行校形和管端校圆；
6)热处理，采用箱式电阻热处理炉和自动固溶设施对管件进行固溶处理，随后进行稳定化热处理；其中固溶处理是将整形后的管件在940℃±10℃下进行保温处理，保温时间为1.5min/mm，然后水冷。稳定化热处理是将固溶处理后的管件在温度为940℃±10℃下进行保温，保温时间为1.5min/mm，然后空冷；
7)检验与试验对该批次管件取样进行室温拉伸试验、高温拉伸试验、管体各部位的硬度试验和金相检验以及晶间腐蚀试验，各项指标均满足标准要求后，再进行表面清理(酸洗和机械修磨)、无损检测、端部机加工和酸洗钝化处理；
8)成品检测与标识；
9)包装与防护。
实施例3
一种临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，包括以下步骤：
1)选取含有如下质量百分数元素的钢管：
C0.02％，Mn1.5％，Si0.3％，Cr21.3％，Ni39％，Mo2.5％，Cu2.5％，Ti0.8％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为铁以及不可避免的杂质；
2)将钢管切割成规定尺寸的坯料；
3)将坯料热压成型，控制轧制温度和每道次轧制量，并在每道次轧制完毕后将管坯整体速冷至室温再进行下一个道次的入炉加热。其中加热温度为940℃±10℃，终轧温度850℃，形变速率为4.0mm/S，变形率为1.5；
4)用金属锯床将成型的管件端头多余部分冷切割去除平齐；
5)整形，按成型加热工艺将半成品加热后进行校形和管端校圆；
6)热处理，采用箱式电阻热处理炉和自动固溶设施对管件进行固溶处理，随后进行稳定化热处理；其中固溶处理是将整形后的管件在940℃±10℃下进行保温处理，保温时间为1.5min/mm，然后水冷。稳定化热处理是将固溶处理后的管件在温度为940℃±10℃下进行保温，保温时间为1.5min/mm，然后空冷；
7)检验与试验对该批次管件取样进行室温拉伸试验、高温拉伸试验、管体各部位的硬度试验和金相检验以及晶间腐蚀试验，各项指标均满足标准要求后，再进行表面清理(酸洗和机械修磨)、无损检测、端部机加工和酸洗钝化处理；
8)成品检测与标识；
9)包装与防护。
实施例4
一种临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，包括以下步骤：
1)选取含有如下质量百分数元素的钢管：
C0.025％，Mn2.0％，Si0.5％，Cr23.5％，Ni38％，Mo2.8％，Cu1.7％，Al0.15％，Ti0.9％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为铁以及不可避免的杂质；
2)将钢管切割成规定尺寸的坯料；
3)将坯料热压成型，控制轧制温度和每道次轧制量，并在每道次轧制完毕后将管坯整体速冷至室温再进行下一个道次的入炉加热。其中加热温度为940℃±10℃，终轧温度850℃，形变速率为4.0mm/S，变形率为1.5；
4)用金属锯床将成型的管件端头多余部分冷切割去除平齐；
5)整形，按成型加热工艺将半成品加热后进行校形和管端校圆；
6)热处理，采用箱式电阻热处理炉和自动固溶设施对管件进行固溶处理，随后进行稳定化热处理；其中固溶处理是将整形后的管件在940℃±10℃下进行保温处理，保温时间为1.5min/mm，然后水冷。稳定化热处理是将固溶处理后的管件在温度为940℃±10℃下进行保温，保温时间为1.5min/mm，然后空冷；
7)检验与试验对该批次管件取样进行室温拉伸试验、高温拉伸试验、管体各部位的硬度试验和金相检验以及晶间腐蚀试验，各项指标均满足标准要求后，再进行表面清理(酸洗和机械修磨)、无损检测、端部机加工和酸洗钝化处理；
8)成品检测与标识；
9)包装与防护。
实施例5
一种临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，包括以下步骤：
1)选取含有如下质量百分数元素的钢管：
Mn1.0％，Si0.5％，Cr22.7％，Ni38.5％，Mo3.5％，Cu2.0％，Al0.2％，Ti1.0％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为铁以及不可避免的杂质；
2)将钢管切割成规定尺寸的坯料；
3)将坯料热压成型，控制轧制温度和每道次轧制量，并在每道次轧制完毕后将管坯整体速冷至室温再进行下一个道次的入炉加热。其中加热温度为940℃±10℃，终轧温度850℃，形变速率为4.0mm/S，变形率为1.5；
4)用金属锯床将成型的管件端头多余部分冷切割去除平齐；
5)整形，按成型加热工艺将半成品加热后进行校形和管端校圆；
6)热处理，采用箱式电阻热处理炉和自动固溶设施对管件进行固溶处理，随后进行稳定化热处理；其中固溶处理是将整形后的管件在940℃±10℃下进行保温处理，保温时间为1.5min/mm，然后水冷。稳定化热处理是将固溶处理后的管件在温度为940℃±10℃下进行保温，保温时间为1.5min/mm，然后空冷；
7)检验与试验对该批次管件取样进行室温拉伸试验、高温拉伸试验、管体各部位的硬度试验和金相检验以及晶间腐蚀试验，各项指标均满足标准要求后，再进行表面清理(酸洗和机械修磨)、无损检测、端部机加工和酸洗钝化处理；
8)成品检测与标识；
9)包装与防护。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)选取含有如下质量百分数元素的钢管：
C 0-0.025％，Mn 0-2.0％，Si 0-0.5％，Cr 19.5～23.5％，Ni 38～46％，Mo 2.5～3.5％，Cu 1.5～3.0％，Al 0-0.2％，Ti 0.6～1.2％，P≤0.03％，S≤0.01％，其余为铁以及不可避免的杂质；
2)将钢管切割成规定尺寸的坯料；
3)将坯料热压成型，控制轧制温度和每道次轧制量，并在每道次轧制完毕后将管坯整体速冷至室温再进行下一个道次的入炉加热；
4)用金属锯床将成型的管件端头多余部分冷切割去除平齐；
5)整形，按成型加热工艺将半成品加热后进行校形和管端校圆；
6)热处理，采用箱式电阻热处理炉和自动固溶设施对管件进行固溶处理，随后进行稳定化热处理；
7)检验与试验，对该批次管件取样进行室温拉伸试验、高温拉伸试验、管体各部位的硬度试验和金相检验以及晶间腐蚀试验，各项指标均满足标准要求后，再进行表面清理、无损检测、端部机加工和酸洗钝化处理；
8)成品检测与标识；
9)包装与防护。
2.根据权利要求1所述的临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，其特征在于，步骤1)所述钢管中奥氏体组织且晶粒度≥5级；Rm≥586Mpa；Rp0.2≥241Mpa；500℃Rp0.2≥174Mpa。
3.根据权利要求1所述的临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，其特征在于，步骤3)所述的加热温度为940℃±10℃，终轧温度≥850℃，形变速率≥3.5mm/S，变形率≥1.5。
4.根据权利要求1所述的临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，其特征在于，步骤6)所述的固溶处理是将整形后的管件在940℃±10℃下进行保温处理，保温时间为1.5min/mm，然后水冷。
5.根据权利要求1所述的临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，其特征在于，步骤6)所述的稳定化热处理是将固溶处理后的管件在温度为940℃±10℃下进行保温，保温时间为1.5min/mm，然后空冷。
6.根据权利要求1所述的临氢高压大口径厚壁镍合金管件的加工工艺，其特征在于，步骤7)所述的表面清理包括酸洗和机械修磨。
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