[發明專利]奧氏體耐熱不銹鋼無縫管的熱擠壓制造方法

有效

• 申請號: 202010322313.4
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111618112B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 李陽;徐芳泓;張威;方旭東;孫銘山;趙建偉;夏焱
• 申請（專利權）人: 太原鋼鐵（集團）有限公司
• 主分類號: B21C23/08
• 分類號: B21C23/08;B21C25/08;B21C29/00;B21C31/00;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/42;C22C38/52;C22C38/44;C22C38/48;C22C38/54;C22C38/06
• 代理公司: 北京奧文知識產權代理事務所(普通合伙) 11534
• 代理人: 張文;苗麗娟

本發明公開了一種奧氏體耐熱不銹鋼無縫管的熱擠壓制造方法，包括：在管坯中加工平直截面的中心通孔形成荒管；對荒管進行環形爐加熱；環形爐加熱后直接對荒管進行熱擠壓；對熱擠壓后的荒管進行固溶處理；對固溶處理后的荒管進行矯直和酸洗，制得不銹鋼無縫管，其中，在環形爐加熱步驟中，各溫度段的加熱溫度及保溫時間控制為：預熱一段的加熱溫度為600～700℃、保溫時間為1小時，預熱二段的加熱溫度為750～850℃、保溫時間為1小時，保溫段的加熱溫度為1150～1200℃、保溫時間為4小時；在熱擠壓步驟中，擠壓速度控制為50～60mm/s，擠壓變形比控制為7～8，擠壓模入口錐度控制為70°；在固溶處理步驟中，固溶溫度控制為1150～1200℃，保溫時間根據管壁厚度控制為2min/mm，冷卻方式為水冷。

技術領域

本發明屬于鋼鐵材料加工技術領域，涉及一種奧氏體耐熱不銹鋼無縫管的熱擠壓制造方法。

背景技術

燃煤發電在我國的電力供給中仍占主導地位，并且國家已開始推進發電行業供給側改革，以先進超超臨界燃煤機組來替換落后產能，大力發展效率更高、排放更低的高參數超超臨界火力電站。超超臨界火力電站中電站鍋爐的過熱器和再熱器是保證電站鍋爐長期安全的關鍵受熱承壓部件，但其服役環境極端苛刻，因而超超臨界火力電站鍋爐過熱器和再熱器用的奧氏體耐熱不銹鋼無縫管材料的開發是發展超超臨界火力電站的關鍵。

隨著電站鍋爐蒸汽溫度和壓力參數的提高，電站鍋爐過熱器和再熱器等關鍵部件需要大量使用經過固溶強化和析出強化的多元復合強化手段處理過的新型高Cr、Ni奧氏體耐熱不銹鋼。該不銹鋼的主要成分為0.03％～0.08％的C、小于0.5％的Si、小于0.5％的Mn、18％～25％的Cr、21.5％～31％的Ni、2％～4％的Cu、0.10％～0.35％的N、0.30％～0.65％的Nb、1.0％～5.0％的W、0.1％～0.4％的Mo、1.0％～4.0％的Co、0.003％～0.009％的B。該不銹鋼是以Fe-22Cr-25Ni為基礎合金，添加了W、Co、Cu、Nb、Mo、N等元素，適用于630℃以上超超臨界電站鍋爐中蒸汽條件極其惡劣、抗腐蝕性要求更高的過熱器或再熱器鋼管。

超超臨界火力電站鍋爐過熱器和再熱器用的奧氏體耐熱不銹鋼無縫管的合金含量超過53％，變形抗力較大，合金的初熔溫度主要隨合金組元的加入而降低，因此熱塑性較差，必須采用熱擠壓工藝進行制管生產。熱擠壓是一種壓力加工成形方法，是將管坯置于帶擠壓模的擠壓筒中，施加外力，使金屬在三向壓應力狀態下產生塑性變形。擠壓加工時金屬處于三向壓應力狀態，因此可以得到比軋制更大的塑性變形。由于熱擠壓無縫管具有尺寸精度高、金屬組織致密、力學性能穩定的特點，被廣泛地應用于核電、火電、石化、航空、航天、交通等領域關鍵設備用無縫管的熱加工。

現有技術中傳統的熱擠壓生產無縫管的工藝路線為：中心加工喇叭口→環形爐預熱(900～950℃)→一次感應加熱→熱擴孔→二次感應加熱→熱擠壓→矯直→酸洗。但使用該工藝制造上述奧氏體耐熱不銹鋼無縫管時，存在以下問題：

1)荒管前半段外壁易出現橫裂紋缺陷。由于上述材料的合金化程度較高，金屬流動較普通奧氏體不銹鋼差，不但提高了擠壓載荷，也使頭部金屬流出時外表面容易出現局部不均勻變形，從而產生局部拉應力，形成周期性的橫向裂紋。

2)荒管后半段內壁易出現縱向裂紋。該材料熱塑性優良的溫度區間較窄，熱加工溫度窗口較窄。采用傳統工藝生產時，一方面，熱擴孔加工過程內壁金屬受到兩向拉應力作用進行變形，容易沿軸向產生輕微撕裂，形成縱向微裂紋；另一方面，在二次感應加熱時，由于感應線圈加熱時表面的集膚效應，外壁和內孔的溫度高于金屬內部溫度，而內孔較差的散熱條件更加劇了這一過程，很容易出現內孔過熱現象；再加上熱擠壓過程的變形溫升效應在后半段荒管上的聚集，使尾部溫度會升高100℃以上。以上三個因素共同作用，使熱擠壓過程中荒管后半段內壁出現溫度極高，遠超過最佳變形塑性區間，甚至出現出現局部過燒、熔化，導致內壁產生密集的沿晶裂紋并沿變形方向擴展。