CN112845659B - 一种uns n06600小口径精密无缝管的制备方法 - Google Patents

一种uns n06600小口径精密无缝管的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种UNS N06600小口径精密无缝管的制备方法，属于金属管材加工技术领域。该方法包括以下步骤：圆形锻坯UNS N06600→管坯加工(分切、剥皮、钻深孔和倒外圆)→管坯环形炉预热→管坯一次感应加热→管坯热扩孔→管坯二次感应加热→毛管热挤压→毛管矫直、平头和酸洗→多道次冷轧→小口径精密无缝管成品理化检验，各项指标既满足ASTM SB167、ASTM SB163和GB/T 30059‑2013技术标准和特殊行业要求的4～7级晶粒度。本发明采用热挤压和皮尔格冷轧相结合的方法制造材质为UNS N06600、规格为Φ14mm～Φ25mm的无缝管，设计的小口径精密无缝管的制造工艺流程，解决了如何保证晶粒度4～7级的难点。

Description

一种UNS N06600小口径精密无缝管的制备方法
技术领域
本发明属于金属管材加工技术领域，具体涉及一种UNS N06600小口径精密无缝管的制备方法。
背景技术
UNS N06600是Inconel系列中最早研究出来的Ni-Cr-Fe固溶耐蚀合金，具有良好的抗氧化性能、优良的冷热加工性能和低温机械性能。在淡水和流动海水中具有较好的抗蚀性，对各种废气、碱性溶液和大多数有机酸及其他化合物的抗腐蚀性能良好，主要应用于耐高温腐蚀环境下的热交换设备，如蒸发器、热交换器的传热管。
目前，为拓展UNS N06600管材的应用领域，技术人员积极研发UNS N06600管材制造技术，如攀钢集团长钢公司攀长钢四川长城钢管有限公司的倪明贵和李洪东为主要作者发表了题目为“热交换器用镍基合金UNS N06600无缝钢管的制管工艺”和“热交换器用镍基合金UNS N06600无缝管生产工艺研究”论文，主要研究了在ASTM SB163标准下规格为Φ46mm的UNS N06600无缝管制造工艺，重点介绍了热穿孔毛管质量改善和变形工艺的优化，并未涉及到≤Φ25mm小口径UNS N06600无缝管的制造方法。浙江国邦钢业有限公司的陈深于2019年10月份申请了名称为《一种大口径镍基合金无缝管及其制备工艺》的专利，介绍了一种采用拔扩相结合的冷加工成型方法将毛管制造成为大口径无缝管，该专利并未涉及到小口径精密无缝管的成型方法且未涉及到保证晶粒度4～7级的工艺方法。相比于UNSN06600中、大口径无缝管，制造小口径精密无缝管的关键难点在于成型方法和4～7级的细晶要求。
关于UNS N06600的制造，美标ASTM SB167、ASTM SB163和国标GB/T 30059-2013中提出了UNS N06600无缝管的化学成分(表1)、热处理温度范围(1000℃～1050℃退火后快速水冷)、拉伸性能范围值、尺寸和表面技术要求，标准中并未明确规定晶粒度满足值。
表1.主要化学成分
Figure BDA0002884690080000011
表2.拉伸性能
Figure BDA0002884690080000012
发明内容
为克服现有技术中的问题，本发明旨在提供一种UNS N06600小口径精密无缝管的制备方法。采用该方法可以实现制备Φ14mm～Φ25mm的UNS N06600小口径精密无缝管。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的技术路线为：圆形锻坯UNS N06600→管坯加工(分切、剥皮、钻深孔和倒外圆)→管坯环形炉预热→管坯一次感应加热→管坯热扩孔→管坯二次感应加热→毛管热挤压→毛管矫直、平头和酸洗→多道次冷轧(每道次冷轧脱脂后光亮退火、矫直和平头)→小口径精密无缝管成品检验，各项指标既满足ASTM SB167、ASTM SB163和GB/T 30059-2013技术标准和特殊行业要求的4～7级晶粒度。
一种UNS N06600小口径精密无缝管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.管坯加工：将圆形锻坯UNS N06600按分切为定尺短截定尺，加工成设计的管坯形状；
步骤2.管坯预热：对加工后的管坯进行预热；
步骤3.管坯一次感应加热：对预热后的管坯采用感应加热方式进行加热；
步骤4.管坯热扩孔：将一次感应加热后的管坯内孔热扩孔至热挤压所需的内孔尺寸；
步骤5.管坯二次感应加热：对热扩孔后的管坯采用感应加热方式进行二次加热；
步骤6.毛管热挤压：采用挤压方式对二次感应加热的管坯进行无缝管热挤压成型；
步骤7.毛管矫直、平头和酸洗：对挤压出的挤压管进行退火、矫直、平头和酸洗；
步骤8.多道次冷轧：对矫直、平头和酸洗后的挤压管采用多道次冷轧方式进行减径和减壁至规定规格，制成所需小口径精密无缝管；
步骤9.理化检验：对制成的小口径精密无缝管进行理化检验。确保其技术指标满足ASTM SB167、ASTM SB163和GB/T 30059-2013技术标准和特殊行业要求的4～7级晶粒度。
进一步地，将圆形锻坯UNS N06600分切成短截并加工成设计的管坯形状。其中UNSN06600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；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。
再进一步地，所述步骤2的管坯预热是采用环形燃气炉将加工后的管坯预热至1000℃。
更进一步地，所述步骤3的管坯一次感应加热，具体是将预热后的管坯采用立式感应加热方式加热至1150℃±10℃。
更进一步地，所述步骤4的管坯热扩孔具体是采用立式扩孔机将一次感应加热后的管坯内孔热扩至热挤压所需的内孔尺寸。
更进一步地，所述步骤5的管坯二次感应加热，具体是将热扩孔后的管坯采用感应加热方式快速补热到1160℃±10℃。
更进一步地，所述步骤6的毛管热挤压，具体是采用卧式钢挤压机将二次感应加热的管坯进行无缝管热成型；挤压管外径和内径的收缩系数分别为1.025和1.02，挤压比不大于40。
更进一步地，所述步骤8的冷轧处理，具体是采用皮尔格冷轧方式，经2～5道次冷轧对矫直、平头和酸洗后的挤压管进行减径和减壁至≤Φ25mm，制成所需小口径精密无缝管；且每道次冷轧后进行脱脂去油、光亮退火、矫直；每道次轧制变形比，即轧制前后截面积之比不小于2；所述光亮退火时无缝管半成品退火温度为1050±10℃，无缝管成品退火温度为1000±10℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用热挤压、退火、酸洗和冷轧相结合的制造方法，将材质为UNSN06600、规格未Φ219～Φ247mm圆形实心管坯制造为小口径精密无缝管，满足ASTM SB167、ASTM SB163和GB/T 30059-2013技术标准，并满足特殊行业要求的4～7级晶粒度要求。
2、本发明采用热挤压和皮尔格冷轧相结合的方法制造材质为UNS N06600、规格为Φ14mm～Φ25mm的无缝管，设计的小口径精密无缝管的制造工艺流程，解决了如何保证晶粒度4～7级的难点。
附图说明
图1为本发明制备UNS N06600小口径精密无缝管的工艺流程图。
具体实施方式
结合附图，通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述具体实施方式仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
如图1所示，一种UNS N06600小口径精密无缝管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.管坯加工：将圆形锻坯UNS N06600定尺切取短段，经钻深孔、倒圆弧、坯料清洗等工序加工成设计的管坯形状；具体包括：
步骤1.1管坯检验
(1)外径Φ219(-2～0)mm；
(2)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。
步骤1.2管坯加工
(1)切斜度：端面切斜度≤3mm；
(2)深孔：Φ50mm，不允许有台阶，钻孔同心度≤0.3mm；
(3)喇叭口：直径Φ115mm，锥角33.5°；
(4)圆弧角：R35mm；
(5)粗糙度：≤R3.2um，过渡处不允许有台阶；
(6)清洁度：内、外表面不允许有明显可见油污等杂物存在。
步骤2.管坯预热：对加工后的管坯采用环形燃气炉将加工后的管坯预热至1000℃；目标温度及装/出料驻炉时间按表3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3环形炉预热工艺
Figure BDA0002884690080000041
步骤3.管坯一次感应加热：对预热后的管坯采用立式感应加热方式进行加热；加热目标温度1150℃±10℃，保证坯料整体加热均匀，中心不能出现暗黑色。
步骤4.管坯热扩孔：采用立式扩孔模型将一次感应加热后的管坯内孔由深孔尺寸扩孔至热挤压所需的内孔尺寸；具体参数为：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。
步骤5.管坯二次感应加热：对热扩孔后的管坯采用感应加热方式进行二次加热；加热目标温度1160℃±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20℃。
步骤6.毛管热挤压：采用卧式钢挤压机对二次感应加热的管坯进行无缝管热成型；具体参数为：挤压模：Φ116.85mm(考虑管材外径收缩系数为1.025)
挤压针：Φ91.8mm(考虑管材内径收缩系数为1.02)
挤压杆：外径Φ225mm/内径Φ100mm(载荷等级38MN)
挤压比：8.5
挤压速度：100～150mm/s
挤压力：突破力25MN
冷却：挤出后水冷却。
挤压管检验：
(1)外径公差±1.2mm，壁厚公差±1.2mm；
(2)表面应无裂纹、结疤、划伤等缺陷。
步骤7.光亮退火：
为保证炉子升温均匀，减少热惯性，炉子分两段进行升温，加热至目标温度。第一段由入炉温度加热至第一段目标温度950℃，加热时间20分钟；第二段加热至目标温度1000℃并进行均热保温，半成品及成品光亮退火目标温度如表4所示，时间如表5所示。
表4.半成品及成品光亮退火目标温度
Figure BDA0002884690080000051
表5.均热时间
Figure BDA0002884690080000052
步骤8.多道次冷轧：采用皮尔格冷轧机组经4道次冷轧成型方法，对矫直、平头和酸洗后的无缝管进行减径和减壁至≤Φ25mm，且每道次冷轧后进行脱脂去油、光亮退火、矫直；每道次轧制变形比，即轧制前后截面积之比均不小于2；所述光亮退火时无缝管半成品退火温度为1050±10℃，无缝管成品退火温度为1000±10℃。冷变形工艺路线：挤压荒管Φ114×12mm→冷轧Φ89×7mm→冷轧Φ57×5mm→冷轧Φ38×3mm→冷轧Φ19×2.5mm。
步骤9.成品理化检验：对制成的小口径精密无缝管进行理化检验。确保其技术指标满足ASTM SB167、ASTM SB163和GB/T 30059-2013技术标准，并满足特殊行业要求的4～7级晶粒度要求。具体的力学和晶粒度结果如表6所示。
表6.力学和晶粒度结果
Figure BDA0002884690080000053
从表6可以明显看出，采用本发明方法制备的UNS N06600小口径精密无缝管力学远优于ASTM SB167、ASTM SB163和GB/T 30059-2013技术标准，而且晶粒度达到5/6级。
本实施例中步骤8的多道次冷轧具体为4道次，在实际的UNS N06600小口径精密无缝管制备中，可以根据所要制备的UNS N06600小口径精密无缝管的规格，选用2道次、3道次、4道次或5道次的冷轧工序将挤压管的减径和减壁至规定规格的无缝管，以满足UNSN06600小口径精密无缝管的规格需求。

Claims (3)

1.一种UNS N06600小口径精密无缝管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.管坯加工：将圆形锻坯UNS N06600分切成短截定尺，加工成设计的管坯形状；
步骤2.管坯预热：对加工后的管坯进行预热，具体是采用环形燃气炉将加工后的管坯预热至1000℃，持续均热1h；
步骤3.管坯一次感应加热：对预热后的管坯采用感应加热方式加热至1150±10℃；
步骤4.管坯热扩孔：将一次感应加热后的管坯内孔热扩孔至热挤压所需的内孔尺寸；
步骤5.管坯二次感应加热：对热扩孔后的管坯采用感应加热方式进行二次加热,具体是将热扩孔后的管坯采用感应加热方式快速补热到1160℃±10℃；
步骤6.毛管热挤压：采用挤压方式对二次感应加热的管坯进行无缝管热挤压成型,具体是采用卧式钢挤压机将二次感应加热的管坯进行无缝管热挤压成型,挤压管外径和内径的收缩系数分别为1.025和1.02，挤压比不大于40；
步骤7.毛管矫直、平头和酸洗：对挤压出的挤压管进行退火、矫直、平头和酸洗；
步骤8.多道次冷轧：对矫直、平头和酸洗后的挤压管采用多道次冷轧方式进行减径和减壁至规定规格，制成所需小口径精密无缝管,具体是采用皮尔格冷轧方式经2～5道次冷轧对矫直、平头和酸洗后的挤压管进行减径和减壁至≤Φ25mm，制成所需小口径精密无缝管；且每道次冷轧后进行脱脂去油、光亮退火、矫直；每道次轧制变形比，即轧制前后截面积之比不小于2；所述光亮退火时无缝管半成品退火温度为1050±10℃，无缝管成品退火温度为1000±10℃；
步骤9.理化检验：对制成的小口径精密无缝管进行理化检验。
2.根据权利要求1所述的一种UNS N06600小口径精密无缝管的制备方法，其特征在于，所述步骤1的加工成设计的管坯形状，具体是采用深孔钻和车床加工成设计的管坯形状。
3.根据权利要求1所述的一种UNS N06600小口径精密无缝管的制备方法，其特征在于，所述步骤4的管坯热扩孔具体是采用立式扩孔模型将一次感应加热后的管坯内孔热扩孔至热挤压所需的内孔尺寸。
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