CN101280385A - 加氢裂化装置用炉管的制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加氢裂化装置用炉管的制造工艺，该工艺包括选料及备料步骤、冶炼步骤、浇注步骤、锻造步骤、热穿孔步骤、轧制步骤以及热处理步骤；其中在选料及备料步骤中，选用P含量低于或等于0.005％的低硫纯铁为铁基原料，选用铁合金作为基本的合金原料。采用本发明的该加氢裂化装置用炉管的制造工艺，能够通过降低P的含量，降低夹杂物含量，提高最终制造的炉管的高温强度。

Description

加氢裂化装置用炉管的制造工艺

技术领域

本发明涉及一种无缝钢管的制造工艺，具体地讲，涉及一种加氢裂化装置用炉管的制造工艺。

背景技术

近年来，随着中国在石油化工方面的迅速发展，以及国家经济发展的需要，加氢裂化装置的能力不断增大。现在福建炼油乙烯工程、青岛大炼油工程以及其他的大炼油工程的加氢裂化装置都已超过200万吨/年。由于现在原油杂质含量越来越多，炉管的工况条件越来越恶劣，氢和硫化氢腐蚀越来越严重，炉管的设计温度和压力也越来越高。这就要求高压炉管具有高的高温强度、抗腐蚀性以及尽可能整支交货，以在炉膛内没有焊缝。

现在世界上炉管的主要制造工艺有锻造膛孔、热挤压以及冷拔等方式。其中锻造膛孔的制造工艺，钢管的性能主要依靠锻造比，由于受膛孔刀具的限制，炉管的长度比较短，使得炉管在炉膛内具有很多焊接点，从而不但增加了焊接的工作量，并且由于焊接可能对炉管性能的破坏(炉管的热影响区)，以及焊接过程中人为的因素，使炉管的安全具有更多的不稳定性。而热挤压的投资很大，且受挤压力的限制，只能对小规格的钢管采用热挤压的方式。而冷拔的方式在冷拔过程中会产生拉应力。例如世界上著名的钢管企业，德国的克虏伯，西班牙的TUBCEX，日本住友的8″Sch160长度最长只能生产至4米。

目前国内的无缝钢管的制造工艺一般包括选料及备料——冶炼——浇注——锻造——热穿孔——轧制——热处理等步骤。其中在选料备料步骤中，一般选用铁合金+原料钢，其制成后的钢管的P含量大于或等于0.03。该高的P含量是导致夹杂物高的主要原因，从而造成了材料的脆性增加，强度降低，不能达到炉管的高温强度要求。在冶炼步骤中，现有制造工艺采用N气作为保护气体，造成了最终材料的N含量增加，N化夹杂物含量高，从而影响了钢管的强度稳定性。在轧制步骤中，冷扎加工的压缩比在10％-30％之间，虽然能够达到一定的材料基体的晶粒度(2-5级)及强度值，但不能达到成品钢管的高温强度值，其制成的钢管的550°高温抗拉强度小于等于360MPa。另外，在现有制造工艺的热处理步骤中，一般进行固熔处理，并不进行稳定化处理，会产生不完全的C化物的溶解，直接影响钢管的晶间腐蚀性能，从而降低了钢管的使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种加氢裂化装置用炉管的制造工艺，通过降低P的含量，来提高最终制造的炉管的高温强度。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种加氢裂化装置用炉管的制造工艺，降低N化夹杂物，使最终制造的炉管保持一定的强度稳定性。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种加氢裂化装置用炉管的制造工艺，通过调整轧制加工的压缩比，提高最终制造的炉管的晶粒度等级，从而提高炉管的高温强度。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种加氢裂化装置用炉管的制造工艺，通过合理的热处理方法，提高最终制造的炉管的抗晶间腐蚀性能，从而保障了炉管的使用性能。

本发明的上述技术问题可采用如下技术方案来解决，一种加氢裂化装置用炉管的制造工艺，该工艺包括选料及备料步骤、冶炼步骤、浇注步骤、锻造步骤、热穿孔步骤、轧制步骤以及热处理步骤；其中在选料及备料步骤中，选用P含量低于或等于0.005％的纯铁为铁基原料，选用铁合金作为基本的合金原料。

在本发明中，所述的铁合金中，Cr铁中的Cr含量大于65％，P含量小于0.03％；镍板为1#电解镍，其中镍+钴的含量不小于99.97％，Nb合金选用70A以上的铌铁。

在本发明的选料备料步骤中，选用块状的铁合金和石灰，其中石灰为1级品80-60mm，钛铁为50-100mm。

在本发明的选料备料步骤中，选用经烘烤干燥后的耐火材料、合金及保护渣。

在本发明的冶炼步骤中，采用电弧炉冶炼+氩氧炉(AOD)双联精练方法，并具有一次不锈钢去P步骤。

在本发明的冶炼步骤中，采用纯氩气保护。

在本发明的浇注步骤中，采用纯氩气保护。

在本发明的锻造步骤中，锻造比为4-7之间。

在本发明的轧制步骤中，采用冷扎方法，其中冷扎变形率为35％-50％。

在本发明的热处理步骤中，先进行固熔处理，然后再进行稳定化热处理。

在本发明的上述固熔处理步骤中，固熔处理的温度为1100℃-1150℃，保温时间为大于2.5min/mm壁厚，然后快速冷却，使碳化物溶于奥氏体中，并将此状态保留至室温。

在本发明的稳定化热处理步骤中，稳定化热处理的温度为920-950℃，保温时间根据壁厚确定，使Cr的含量完全溶解，而Nb的碳化物在冷却过程中充分析出。

在本发明的锻造和热穿孔步骤之间还包括有圆坯加工步骤，在该步骤中对圆坯表面进行缺陷清除，使圆坯表面光滑。

在本发明的圆坯加工步骤中，为了有效防止在穿孔过程可能产生的壁厚不均问题，还包括在圆坯中心钻工艺孔的步骤，从而既提高了圆坯穿孔时的预前压缩率，又保证了穿孔过程中壁厚的均匀性。

在本发明的热穿孔与轧制步骤之间，还包括有中间坯修磨、检验步骤，在该步骤中，对荒管进行超声波探伤，修磨不合格缺陷。

在本发明的热处理步骤后，还包括有检验步骤，该检验步骤包括水压试验、超声波探伤、涡流探伤、液体渗透检验以及化学成分、力学性能、金相检验、晶间腐蚀试验。

采用本发明的上述制造工艺，本发明的效果是显著的：1)由于本发明的选料及备料步骤中采用低磷纯铁作为铁基原料，与现有钢管制造工艺中采用原料钢相比，从根本上降低了P的含量，从而减少了最终成品钢管的夹杂物含量，提高了其高温强度，使其能够达到加氢裂化装置用炉管的要求。并且，由于进一步在冶炼步骤中增加了一次不锈钢去P步骤，从而更进一步提高了成品钢管的高温强度。2)由于本发明在冶炼以及浇注步骤中，均采用纯氩气保护，与现有采用氮气保护的方法相比，保障了最终成品钢管的N含量，降低了N化夹杂物，从而使成品钢管能够稳定保持一定的强度。3)由于本发明在轧制步骤中采用冷扎方法，且压缩比控制在35％-50％之间，从而保证了成品钢管的晶粒度要求，使其能够达到4-7级，为成品钢管形成最终的高温强度(大于或等于360MPa)提供了有利条件。4)由于本发明在热处理步骤中增加了稳定化热处理步骤，使Nb的碳化物在冷却过程中充分析出，碳不可能再形成Cr的碳化物，从而有效消除了晶间腐蚀，提高了成品钢管的高温强度值和晶粒度，使炉管的使用性能得到了保障。

附图说明

图1本发明的炉管的制造工艺路线图；

图2本发明的电弧炉冶炼参数表；

图3本发明的AOD冶炼步骤中配备的化学成分表；

图4本发明的钢锭模的参数表；

图5本发明的钢锭开坯加热制度参数表；

图6本发明的坯料锻圆加热制度参数表；

图7本发明的穿孔加热制度表；

图8本发明的穿孔机工艺参数表；

图9本发明的两辊冷轧示意图；

图10本发明的TP347H炉管的化学成分(％)表；

图11本发明的TP347H炉管的机械性能表；

图12本发明的TP347H炉管的金属夹杂物性能表；

图13本发明的TP347H炉管的其他性能表；

图14本发明的TP347H炉管的长度表。

具体实施方式

目前，由于TP374H特种不锈钢具有良好高温强度和突出抗蠕变性能，炉管一般选用TP374H特种不锈钢材质。在本发明中，以TP374H炉管为例，来具体说明本发明的加氢裂化装置用炉管的制造工艺。

如图1所示，本发明的加氢裂化装置用炉管的制造工艺至少包括选料及备料步骤、冶炼步骤、浇注步骤、锻造步骤、热穿孔步骤、轧制步骤以及热处理步骤；其中在选料及备料步骤中，选用P含量低于或等于0.005％的低硫纯铁为铁基原料，选用铁合金作为基本的合金原料。这样，由于选用低磷的纯铁作为铁基材料，与现有采用原料钢作为铁基材料相比，该纯铁的P含量远低于原料钢的P含量，从而使最终作为炉管的成品钢管的P含量仅为0.011左右，远低于炉管要求的标准值0.040，从而极大地降低了成品钢管中的夹杂物，提高了构成炉管的成品钢管的高温强度要求。

在本发明中，所述的铁合金中，Cr铁中的Cr含量大于65％，P含量小于0.03％；镍板为1#电解镍，其中镍+钴的含量不小于99.97％，Nb合金选用70A以上的铌铁。并且，在该选料及备料步骤中，最好选用块状的铁合金和石灰，不许成粉状，其中石灰为1级品80-60mm，钛铁为50-100mm。在该选料备料步骤中，选用的一切耐火材料如流钢砖、包衬砖、袖砖等需要烘烤干燥，凡接触钢水的一切合金和保护渣等，也需要进行烘烤干燥。

在本发明的冶炼步骤中，采用电弧炉冶炼+氩氧炉(AOD)双联精练方法，并具有一次不锈钢去P步骤。在该冶炼步骤中，按照TP347H炉管配方成分要求，计算各种原辅材料用量。计算时，电炉采用返回法冶炼、中频炉选用精料冶炼，其原料材料配方必须精确计算；配方案理论计算成分，据实际溶清成分，可有适当波动值。装入量胺计划牌号及锭型确定，要求注余钢水200Kg左右，装入量＝(出钢量-铁合金加入量)÷钢铁料综合收得率。经过精心得配料后，开始进行电弧炉冶炼，其参数参见图2所示。当符合粗钢水成分要求且温度大于1650℃时，出钢进入AOD进行精练，在AOD精练过程中采用全程的纯氩保护，并选用脱氧剂(硅钙钡铝+少量的稀土)及正确的喂入时间，并根据TP347H的化学成分要求以及炉管的高温强度要求等，配备如图3所示的化学成分。在该冶炼步骤中，由于具有一次不锈钢去P步骤，从而更进一步减少了最终成品钢管的夹杂物含量，提高了其高温强度。并且，由于在冶炼过程中采用纯氩气保护，与现有采用氮气保护的方法相比，保障了最终成品钢管的N含量，降低了N化夹杂物，从而使成品钢管能够稳定保持一定的强度。

在本发明的浇注步骤中，根据TP347H炉管的单支长度要求，计算出单根炉管的理论重量，结合成材率，选择合适的钢锭模子，浇注成相应的钢锭，其中钢锭模的参数如图4所示。在浇注过程中，采用纯氩气保护，耐火材料的级别为一级以上，使用的保护渣为无碳渣，且保护渣须干燥无杂质。由于在该浇注过程中，采用纯氩气保护，与现有采用氮气保护的方法相比，保障了最终成品钢管的N含量，降低了N化夹杂物，从而使成品钢管能够稳定保持一定的强度。

在本发明的锻造步骤中，其锻造工艺包括：钢锭验收——加热——水压机开坯——二次加热——锻打——空冷——精整验收——转下道工序。在锻造过程中的加热制度如图5、图6所示。各钢锭(坯)按加热制度所定工艺温度进行操作，加热时间以入炉箅起算。钢锭(坯)出炉前应加热均匀，钢锭(坯)的温差≤30℃。根据各种锻造的特点，采用水压机进行锻造，从而使锻造的钢坯组织结构致密，提高韧性。为了充分保证母材的机械性能，锻造比为4-7之间。

在本发明热穿孔步骤中，采用锥形穿孔工艺，其具有旋转锻造的效果和抑制圆周方向见切变形的作用，因此可以抑制钢管的内面缺陷，管坯内、外质量好，偏心率低，锥形轧辊的直径沿出口方向逐渐加大，与穿孔时金属的流动速度逐渐增加一致，从而减小了作用在管坯上的周向剪应力，减少了毛管内外表面上的缺陷。热穿孔的工艺如下：装炉——加热——穿孔——冷却——检验。穿孔的加热制度如图7所示。穿孔机的工艺参数如图8所示。为了达到荒管的最佳性能，穿孔的延伸率不小于2.5。

在本发明的轧制步骤中，采用冷扎方法，由于冷扎的特点，可以得到高精度，表面质量好，组织均匀，机械性能好的成品管。在冷扎过程中根据炉管的性能(如晶粒度等)控制冷加工变形率，冷扎变形率控制为35％-50％。轧制钢管的最长长度可达16米。其冷扎原理如下：

安装在机架轴承中的工作轧辊，在轧制过程中借助于装在辊颈上的齿轮作往复运动，同时又进行滚动；在下辊两侧装着一对齿轮，是同装在工作机架底座两侧上的齿条相齿合的。如图9所示，冷扎管时，钢管套在锥形芯棒3上，用装在轧辊2的切槽中的两个轧槽块1进行轧制，在轧槽块1的圆周上开有截面不断变化的孔型。孔型的起点尺寸相当于管料5的外径，而其末端尺寸相当于成品管6的外径。当工作架在原始位置(如图9所示的I-I位置)时，借助于专门的机构把管料向轧制方向送进一段距离。当工作机架向前移动时，已送进的这段管料在由轧槽和芯棒3所构成的并逐渐减小的环形间隙中进行减径和减壁。管料5的变形部分成为工作锥。在轧制过程中，管料5的后端被压住，不能在中心线方向移动。当工作机架返回时，孔型可使已经轧制的一部分钢管得到一定尺寸的正圆形，并且可以在芯棒上对管料5变截面的锥形部分7进行均整。在轧槽块3轧槽的始端和末端均有一个叫做开口的切槽，这样，在送进和回转的时候，管料5就可以与不同轧槽块1接触。

在本发明的热处理步骤中，TP347H炉管的热处理工艺如下：固熔处理+稳定化处理。根据碳化物的溶解机制，选择最合适的热处理温度和时间，固熔处理的温度为温度为1100℃-1150℃，保温时间为大于2.5min/mm壁厚，然后快速冷却，使碳化物(Cr23C6)溶于奥氏体中，并将此状态保留至室温，从而有效改善钢的耐蚀性。然后在固熔处理后进行稳定化热处理，稳定化热处理的温度为920-950℃，保温时间根据壁厚确定，例如选择为1小时、2小时、4小时，使Cr的含量完全溶解，而Nb的碳化物不完全溶解，且在冷却过程中充分析出，使碳不可能再形成Cr的碳化物，从而有效消除晶间腐蚀，提高了成品钢管的高温强度值和晶粒度，使炉管的使用性能得到了保障。

在本发明的锻造和热穿孔步骤之间还包括有圆坯加工步骤。圆坯表面的质量要求如下：圆坯表面不得有裂纹、折叠、结疤、夹杂等制造缺陷，如有上述缺陷必须清理，表面缺陷清除后，该表面应光滑。清理标准，宽度不小于深度的5倍，大于140mm的圆坯，清理深度不超过公称尺寸的5％。圆坯长度应大于或等于1500mm，圆坯弯曲度不得大于4mm/m。圆坯的外形尺寸允许偏差±2。

在本发明的圆坯加工步骤中，为了有效防止在穿孔过程可能产生的壁厚不均问题，还包括在圆坯中心钻工艺孔(φ80-φ120)的步骤，从而既提高了圆坯穿孔时的预前压缩率，又保证了穿孔过程中壁厚的均匀性。

在本发明的热穿孔与轧制步骤之间，还包括有中间坯修磨、检验步骤，在该步骤中，对荒管进行超声波探伤，修磨不合格缺陷，保证轧制荒管的质量。

在本发明的热处理步骤后，还包括有检验步骤，该检验步骤包括水压试验、超声波探伤、涡流探伤、液体渗透检验，从而保证检测出各种缺陷，以及化学成分、力学性能、金相检验、晶间腐蚀试验等各项检验，从而保证了炉管的工艺性能和实用性能。

采用本发明的上述加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其制成的TP347H的化学性能如图10所示，机械性能如图11所示，非金属夹杂物性能如图12所示，其他性能如图13所示，所生产的长度如图14所示。从图10-图14可以明显看出，上述制造工艺制造出的炉管已经完全能够满足加氢裂化装置用炉管的要求，并且解决了炉管的单支长度、高温强度以及氢和硫化氢腐蚀等问题，提高了炉管的使用寿命和疲劳寿命。

Claims (17)

1. 一种加氢裂化装置用炉管的制造工艺，该工艺包括选料及备料步骤、冶炼步骤、浇注步骤、锻造步骤、热穿孔步骤、轧制步骤以及热处理步骤；其中在选料及备料步骤中，选用P含量低于或等于0.005％的纯铁为铁基原料，选用铁合金作为基本的合金原料。

2. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，所述的铁合金中，Cr铁中的Cr含量大于65％，P含量小于0.03％；镍板为1#电解镍，其中镍+钴的含量不小于99.97％，Nb合金选用70A以上的铌铁。

3. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述选料及备料步骤中，选用块状的铁合金和石灰。

4. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述选料备及料步骤中，选用经烘烤干燥后的耐火材料、合金及保护渣。

5. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述冶炼步骤中，采用电弧炉冶炼+氩氧炉双联精练方法，并具有一次不锈钢去P步骤。

6. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述冶炼步骤中，采用纯氩气保护。

7. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述浇注步骤中，采用纯氩气保护。

8. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述的锻造步骤中，锻造比为4-7之间。

9. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述轧制步骤中，采用冷扎方法，其中冷扎变形率为35％-50％。

10. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述热处理步骤中，先进行固熔处理，然后再进行稳定化热处理。

11. 如权利要求10所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述固熔处理步骤中，固熔处理的温度为1100℃-1150℃，保温时间为大于2.5min/mm壁厚，然后快速冷却，使碳化物溶于奥氏体中，并将此状态保留至室温。

12. 如权利要求10所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述稳定化热处理步骤中，稳定化热处理的温度为920-950℃，保温时间根据壁厚确定，使Cr的含量完全溶解，而Nb的碳化物在冷却过程中充分析出。

13. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述锻造和热穿孔步骤之间还包括有圆坯加工步骤，在该步骤中对圆坯表面进行缺陷清除，使圆坯表面光滑。

14. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述圆坯加工步骤中，还包括在圆坯中心钻工艺孔的步骤。

15. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述热穿孔与轧制步骤之间，还包括有中间坯修磨、检验步骤，在该步骤中，对荒管进行超声波探伤，修磨不合格缺陷。

16. 如权利要求1所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，在所述热处理步骤后，还包括有检验步骤。

17. 如权利要求16所述的加氢裂化装置用炉管的制造工艺，其特征在于，所述检验步骤包括水压试验、超声波探伤、涡流探伤、液体渗透检验以及化学成分、力学性能、金相检验、晶间腐蚀试验。

Images