CN113061783A - 一种高温合金无缝异型管及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温合金无缝异型管及其生产方法，该高温合金无缝异型管的截面为椭圆形、正方形、或长方形，其室温力学性能为抗拉强度≥690Mpa，屈服强度≥310Mpa,伸长率≥25%；晶粒度等级为≥6级；且成品是通过冷拔加工方法所成；本发明通过设备准备、原材料修磨、以及冷拔（轧）各工序的严格控制，使成品公差精度控制在较好的技术水平；本发明可灵活选取冷拔模具，制造不同形状的无缝异型管。

Description

一种高温合金无缝异型管及其生产方法

技术领域

本发明涉及高温合金无缝管材技术领域，特别是一种高温合金无缝异型管及其生产方法。

背景技术

GH3536无缝管是一种主要由铬和钼固溶强化的镍基高温合金管，具有抗氧化能力强、耐腐蚀性能佳，良好的冷热加工成形性和焊接性能，在900℃时具有中等的持久和蠕变强度，适用于制造在900℃以下长期使用的航空发动机燃烧室等部件。目前市面上提供的该合金管材多为圆形截面管材，然而客户提出了对高温合金异型管材的需求，本发明就是针对客户的需求研发的一种高温合金无缝异型管材的制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温合金无缝异型管及其生产方法，该高温合金无缝异型管的截面为椭圆形、正方形、或长方形。

为解决上述技术问题，本发明提供的高温合金无缝异型管，其包括的各成分及其重量百分比为：

C：0.05-0.15%；

Cr:20.5-23.0%；

Co:0.50-2.50%；

W:0.20-1.00%；

Mo:8.0-10.0%；

Al:≤0.50%；

Ti：≤0.15%；

Fe:17.0-20.0%；

B:≤0.010%；

Cu:≤0.50%；

Mn:≤1.00%；

Si:≤1.00%；

P:≤0.025%；

S:≤0.015%；

余量为Ni和不可避免的杂质。

该高温合金无缝异型管的截面为椭圆形、正方形、或长方形，高温合金无缝异型管的室温力学性能为抗拉强度≥690Mpa，屈服强度≥310Mpa,伸长率≥25%；晶粒度等级为≥6级；且成品是通过冷拔加工方法所成。

一种高温合金无缝异型管的生产方法，包括如下步骤，

首先，荒管通过真空冶炼加真空电渣重熔后再进行锻造，然后通过热穿孔制作而成；荒管修磨后进行冷轧，采用两辊冷轧开坯，多辊冷轧多道次轧制成冷拔前所需规格，每次冷轧后需进行检验、脱脂清洗、固溶热处理、矫直、修磨工序，保证管材的内外表面合格，最终通过冷拔道次完成异型管成品规格的拔制，拔管后进行成品热处理，随后进行探伤、表检、性能测试及包装入库。

具体工艺流程如下：

荒管修磨→清洗→检验→轧制→切管→镗孔→去油→检验→热处理→矫直→磨抛→清洗→冷轧循环生产至冷拔前规格→超声波无损探伤→冷拔→切管→去油→成品固溶热处理→矫直→取样进行理化检测→精整→表面检验→复检→包装入库。

进一步，所述荒管修磨包括对荒管矫直外磨后先对荒管表面擦伤、以及局部麻坑缺陷，用手提砂轮进行点磨，再用单头抛光机和内磨机对来料荒管内外表面进行整体内磨外抛；缺陷能够处理的用砂轮处理干净，无法处理干净的要切除；修磨处理完毕后，在热水缸中进行清洗，并用压缩空气将内外表面吹扫干净。

进一步，冷轧和冷拔组成的整个冷加工工艺按照大变形量开坯、小变形多道次精轧，最终道次选用合适的冷拔模进行冷拔成所需形状规格的工艺原则进行变形加工；开坯选用两辊冷轧机，中间道次及冷拔前道次选用多辊冷轧机，根据所轧规格选取轧辊、顶头和芯棒；成品道次选用冷拔机，根据所拔规格选取冷拔模具。

进一步，冷轧时上下料轻拿轻放，避免划伤管材表面，通过精心调整杜绝轧折、轧毛、竹节印的轧制缺陷；内外表面粗糙度Ra≤0.5μm；管材冷拔前采用人工或缩口机缩口，用砂轮机清除缩口处毛刺，冷拔过程中没有拉毛现象。

进一步，去油工艺流程包括超声波去油槽去油→清水槽清洗→热水槽清洗→清理（人工擦洗）、检查，其中超声波去油槽清洗时间不低于90分钟，温度为65±5℃，清水槽清洗时间为2-15分钟，温度为室温；热水槽清洗时间为2-15分钟，温度为65±5℃。

在清洗槽内处理后要进行清理，先用压缩空气将内外表面水份吹干，然后用浸乙醇的布条擦拭外表面，用浸乙醇的布条吹打内壁三次；去油清理后，管材内外表面不得有油污、垃圾及其它附着物；去油质量检查采用布条擦拭外表面，以及用布条吹打内壁，均不得变色。

进一步，热处理采用辊底式氢气保护光亮热处理炉，确保管材内外表面光亮无氧化；中间热处理时工作温度为1070℃-1130℃，保温时间为250分钟，冷却采用充氮气快冷；成品热处理时工作温度为920℃-1070℃，保温时间为80分钟，冷却采用充氮气快冷。

进一步，精整包括镗孔、矫直、切管、表面抛光和尺寸矫正；其中表面抛光采用带式抛光机或手提式沙带机对管材外表面进行整体抛光，抛光通过高速旋转的砂带接触管材而实现，抛光深度在0.01~0.03mm，抛光后表面粗糙度Ra≤0.4μm。

进一步，表面检验包括尺寸测量、平直度检验、内表面和外表面检测、探伤检测、化学成分检测、力学性能检测和晶粒度检测。

发明的技术效果：（1）本发明的高温合金无缝异型管，相对于现有技术，本发明通过设备准备、原材料修磨、以及冷拔（轧）各工序的严格控制，使成品公差精度控制在较好的技术水平；本发明可灵活选取冷拔模具，制造不同形状的无缝异型管。

附图说明

图1是本发明的高温合金无缝异型管的截面结构示意图。

图2是本发明冷拔模的结构示意图。

具体实施方式

本实施例的高温合金无缝异型管，其包括的各成分及其重量百分比为：

C：0.097%；

Cr:21.59%；

Co:1.56%；

W:0.600%；

Mo:8.80%；

Al:0.08%；

Ti:0.020%；

Fe:18.90%；

B:0.0038%；

Cu:0.010%；

Mn:0.04%；

Si:0.01%；

P:0.0039%；

S:0.0025%；

余量为Ni；

上述高温合金无缝异型管的截面为椭圆形，其尺寸为40±0.40×33±0.40×1.5±0.22mm；其结构参见说明书附图1，其中a为40mm，b为33mm，s为1.5mm。

该高温合金无缝异型管的工序流程为：

荒管修磨→清洗→检验→轧制→切管→镗孔→去油→检验→热处理→矫直→磨抛→清洗→冷轧循环生产至冷拔前规格→超声波无损探伤→冷拔→切管→去油→成品固溶热处理→矫直→取样（理化检测）→精整→表面检验→复检→包装入库。

其冷轧道次为：φ76×7mm（荒管）→φ57×4.5mm→φ45×2mm→φ42.5×1.75mm→φ38.7×1.5mm→40×33×1.5mm（最终冷拔道次）。最后道次的断面收缩率为3.56%，延伸率为1.04%，采用的冷拔模参见说明书附图2，其a1为40.15mm，b1为33.15mm。

其中，荒管修磨包括对荒管矫直外磨后先对荒管表面擦伤、以及局部麻坑缺陷，用手提砂轮进行点磨，再用单头抛光机和内磨机对来料荒管内外表面进行整体内磨外抛；缺陷能够处理的用砂轮处理干净，无法处理干净的要切除；修磨处理完毕后，在热水缸中进行清洗，并用压缩空气将内外表面吹扫干净。

中间品修磨：中间品（中间生产道次的产品）在矫直、切管后进行内外表面检查，对发现的类似划伤、局部凹坑等缺陷进行点磨、内磨以及外抛处理。

点磨：用抛光轮对外表面划伤、局部凹坑进行点磨处理。

内磨：采用内磨机逐支进行内磨。

外抛：逐支在带式抛光机上进行外抛；抛光后表面粗糙度Ra≤0.8μm。

内喷砂：对于内径小于Φ20mm的小口径在制品，采用内喷砂清理内壁附作物、以及浅表层痕迹等缺陷。

修磨处理完毕后，在热水缸中进行清洗，并用压缩空气将内外表面吹扫干净。

冷轧和冷拔组成的整个冷加工工艺按照大变形量开坯、小变形多道次精轧，最终道次选用合适的冷拔模进行冷拔成所需形状规格的工艺原则进行变形加工；开坯选用两辊冷轧机，中间道次及冷拔前道次选用多辊冷轧机，根据所轧规格选取轧辊、顶头和芯棒；成品道次选用冷拔机，根据所拔规格选取冷拔模具。

冷轧时上下料轻拿轻放，避免划伤管材表面，通过精心调整杜绝轧折、轧毛、竹节印的轧制缺陷；内外表面粗糙度Ra≤0.5μm；管材冷拔前采用人工或缩口机缩口，用砂轮机清除缩口处毛刺，冷拔过程中没有拉毛现象。

去油工艺流程包括超声波去油槽去油→清水槽清洗→热水槽清洗→清理（人工擦洗）、检查，其中超声波去油槽清洗时间不低于90分钟，温度为65±5℃，清水槽清洗时间为2-15分钟，温度为室温；热水槽清洗时间为2-15分钟，温度为65±5℃。

在清洗槽内处理后要进行清理，先用压缩空气将内外表面水份吹干，然后用浸乙醇的布条擦拭外表面，用浸乙醇的布条吹打内壁三次；去油清理后，管材内外表面不得有油污、垃圾及其它附着物；去油质量检查采用布条擦拭外表面，以及用布条吹打内壁，均不得变色。

热处理采用辊底式氢气保护光亮热处理炉，确保管材内外表面光亮无氧化；中间热处理时工作温度为1070℃-1130℃，保温时间为250分钟，冷却采用充氮气快冷；成品热处理时工作温度为920℃-1070℃，保温时间为80分钟，冷却采用充氮气快冷。

精整包括镗孔、矫直、切管、表面抛光和尺寸矫正；镗孔：荒管冷轧到指定规格后在镗床上进行内壁镗孔，根据工艺要求镗掉内部缺陷部分。

针对矫直，

1）机矫前，均测量来料外径公差。

2）矫直中心线调整正确，矫直辊的倾角和压下量要调整到与管材表面完全吻合，其接触长度大于辊身长的三分之二；在矫直过程中，随时检查质量情况以及外径公差，没有产生压伤、矫直印等缺陷。

3）对于成品，矫后的管材必须轻拿轻放，避免了擦伤、碰伤。

4）对于成品异型管亦可采取人工手动矫直，确保管材直线度。

切管：在切管过程中，不允许拖、拽管材，避免管材表面划伤、擦伤；切管后，管材的两端平直、无毛刺；切后的管材端口需清理油污以及其它异物。

其中表面抛光采用带式抛光机或手提式沙带机对管材外表面进行整体抛光，抛光通过高速旋转的砂带接触管材而实现，抛光深度在0.01~0.03mm，抛光后表面粗糙度Ra≤0.4μm。

尺寸矫正：对于成品异型管尺寸超出公差范围时，可使用橡胶锤或其他类似铁锤轻轻敲打，使规格调整至公差要求以内，敲打过程中防止异型管材被敲瘪。

表面检验包括尺寸测量、平直度检验、内表面和外表面检测、探伤检测、化学成分检测、力学性能检测和晶粒度检测。

尺寸测量：用壁厚千分尺针对每支管材两端壁厚实施垂直对称四点检测。用外径千分尺对每支管材两端和中间任意两截面实施对称三点检测；当对管材中部的外径偏差有疑问时应对其增加尺寸检验。尺寸检验记录中填写该批管材实际测得的最大、最小值。管材的外形和尺寸检查采用的工具为：0-25mm外径千分尺，25-50mm外径千分尺，0-25mm壁厚千分尺等。

平直度检验：用塞尺测量管材的平直度，将被测量管材放在大理石检验平台上，滚动后选取间隙最大的方向，并用1.0mm的塞尺片塞，无法塞进则平直度视为合格，如不合格允许重新矫直至到合格。

表面检验：管材内、外表面应光滑，不允许有裂纹、折叠、轧折、结疤、离层、氧化皮、发纹和其它缺陷。内表面将逐支用36V低压行灯或对着充足光线进行内表面光照检验。检验内壁是否有凹坑、翘皮、竹节印等缺陷，用布条吹打内部，检验内壁清洁度。外表面在充足的光线下进行外表面全周滚动检验，检验表面是否有裂纹、擦伤、划伤等缺陷，用干净擦布擦拭管材外表面，检验外表面清洁度。在检查内外表面时，采用手提粗糙度检测仪器，对成品内外表面进行粗糙度检测。

探伤检测：按GB/T5777的规定对管材进行超声波检测，探伤级别为C3级点聚焦,人工伤为“U形”纵向，深度为0.05mm。

成分检验：使用直读式光谱仪和手持式光谱仪对异型管化学成分进行检验，应满足本发明设计需求。

力学性能检验：成品钢管的室温拉伸试验采用纵向短标准试样2个，在万能电子试验机上进行试验，其结果如表1所示。

晶粒度检验：任意取两根钢管上各取一支试管，经磨制腐蚀后的试样在金相显微镜下，在放大100倍视场用比较法进行评级，管材的晶粒度应大于或等于6级。

表1 室温力学性能

规格(mm)	抗拉强度(Mpa)	屈服强度(Mpa)	延伸率%
				40×33×1.5	761	358	28.0
40×33×1.5	775	365	27.5

其晶粒度等级为7-6级。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高温合金无缝异型管，其特征在于，其包括的各成分及其重量百分比为：

C：0.05-0.15%；

Cr:20.5-23.0%；

Co:0.50-2.50%；

W:0.20-1.00%；

Mo:8.0-10.0%；

Al:≤0.50%；

Ti：≤0.15%；

Fe:17.0-20.0%；

B:≤0.010%；

Cu:≤0.50%；

Mn:≤1.00%；

Si:≤1.00%；

P:≤0.025%；

S:≤0.015%；

余量为Ni和不可避免的杂质，该高温合金无缝异型管的截面为椭圆形、正方形、或长方形，其室温力学性能为抗拉强度≥690Mpa，屈服强度≥310Mpa,伸长率≥25%；晶粒度等级为≥6级；且成品是通过冷拔加工方法所成。

2.根据权利要求1所述的高温合金无缝异型管的生产方法，其特征在于，包括如下步骤，

首先，荒管通过真空冶炼加真空电渣重熔后再进行锻造，然后通过热穿孔制作而成；荒管修磨后进行冷轧，采用两辊冷轧开坯，多辊冷轧多道次轧制成冷拔前所需规格，每次冷轧后需进行检验、脱脂清洗、固溶热处理、矫直、修磨工序，保证管材的内外表面合格，最终通过冷拔道次完成异型管成品规格的拔制，拔管后进行成品热处理，随后进行探伤、表检、性能测试及包装入库。

3.根据权利要求2所述的高温合金无缝异型管的生产方法，其特征在于，具体包括如下步骤：荒管修磨→清洗→检验→轧制→切管→镗孔→去油→检验→热处理→矫直→磨抛→清洗→冷轧循环生产至冷拔前规格→超声波无损探伤→冷拔→切管→去油→成品固溶热处理→矫直→取样进行理化检测→精整→表面检验→复检→包装入库。

4.根据权利要求3所述的高温合金无缝异型管的生产方法，其特征在于，所述荒管修磨包括对荒管矫直外磨后先对荒管表面擦伤、以及局部麻坑缺陷，用手提砂轮进行点磨，再用单头抛光机和内磨机对来料荒管内外表面进行整体内磨外抛；缺陷能够处理的用砂轮处理干净，无法处理干净的要切除；修磨处理完毕后，在热水缸中进行清洗，并用压缩空气将内外表面吹扫干净。

5.根据权利要求4所述的高温合金无缝异型管的生产方法，其特征在于，冷轧和冷拔组成的整个冷加工工艺按照大变形量开坯、小变形多道次精轧，最终道次选用合适的冷拔模进行冷拔成所需形状规格的工艺原则进行变形加工；开坯选用两辊冷轧机，中间道次及冷拔前道次选用多辊冷轧机，根据所轧规格选取轧辊、顶头和芯棒；成品道次选用冷拔机，根据所拔规格选取冷拔模具。

6.根据权利要求4所述的高温合金无缝异型管的生产方法，其特征在于，冷轧时上下料轻拿轻放，避免划伤管材表面，通过精心调整杜绝轧折、轧毛、竹节印的轧制缺陷；内外表面粗糙度Ra≤0.5μm；管材冷拔前采用人工或缩口机缩口，用砂轮机清除缩口处毛刺，冷拔过程中没有拉毛现象。

7.根据权利要求5所述的高温合金无缝异型管的生产方法，其特征在于，去油工艺流程包括超声波去油槽去油→清水槽清洗→热水槽清洗→清理、检查，其中超声波去油槽清洗时间不低于90分钟，温度为65±5℃，清水槽清洗时间为2-15分钟，温度为室温；热水槽清洗时间为2-15分钟，温度为65±5℃。

8.根据权利要求6所述的高温合金无缝异型管的生产方法，其特征在于，热处理采用辊底式氢气保护光亮热处理炉，确保管材内外表面光亮无氧化；中间热处理时工作温度为1070℃-1130℃，保温时间为250分钟，冷却采用充氮气快冷；成品热处理时工作温度为920℃-1070℃，保温时间为80分钟，冷却采用充氮气快冷。

9.根据权利要求7所述的高温合金无缝异型管的生产方法，其特征在于，精整包括镗孔、矫直、切管、表面抛光和尺寸矫正；其中表面抛光采用带式抛光机或手提式沙带机对管材外表面进行整体抛光，抛光通过高速旋转的砂带接触管材而实现，抛光深度在0.01~0.03mm，抛光后表面粗糙度Ra≤0.4μm。

10.根据权利要求8所述的高温合金无缝异型管的生产方法，其特征在于，表面检验包括尺寸测量、平直度检验、内表面和外表面检测、探伤检测、化学成分检测、力学性能检测和晶粒度检测。

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