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CN110777247A - 一种ns1403铁镍基合金耐蚀无缝管及其制备工艺 - Google Patents

一种ns1403铁镍基合金耐蚀无缝管及其制备工艺 Download PDF

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CN110777247A CN201911051668.8A CN201911051668A CN110777247A CN 110777247 A CN110777247 A CN 110777247A CN 201911051668 A CN201911051668 A CN 201911051668A CN 110777247 A CN110777247 A CN 110777247A
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陈深
李新略
伍素云
林日朴
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ZHEJIANG GUOBANG STEEL CO Ltd
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Abstract

本发明提供了一种NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管的制备工艺，所述制备工艺包括：稳定化热处理：将1150℃固溶热处理后的NS1403铁镍基合金无缝管，在950‑1000℃保温后进行水急冷，保温时间为：30min+9‑11min/mm×管坯壁厚。本发明的有益效果为：在保持NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管高塑性与高韧性的同时，大幅提升管材的力学性能和耐腐蚀性能。

Description

一种NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管及其制备工艺
技术领域
本发明涉及奥氏体不锈钢领域，特别是一种NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管及其制备工艺。
背景技术
UNS N08020(我国标准牌号NS1403)合金，也叫20号合金，是一种高Cr、Ni、Mo、Nb单相奥氏体合金。NS1403合金无缝管与其他普通奥氏体不锈钢无缝管一样，具有塑性好，冷加工性能好的特点，其冷加工生产工艺与热处理工艺与一般奥氏体不锈钢管大致相同，冷加工采用冷拔或冷轧方式。而热处理工艺方面，中间道次与成品都采用固溶热处理，热处理炉为室式固溶炉。中间道次工艺参数为：保温温度1100℃，保温时间3分钟×管坯壁厚/mm，水冷；成品1150℃，保温时间3分钟×管坯壁厚/mm。成品的热处理温度高50℃，使得碳化物、碳化物及合金化合物充分固溶，形成图1所示的晶粒度为4-4.5级的均匀等轴晶粒。按照上述常规工艺进行处理后的NS1403各项试验数据如下表1所示：
表1热固溶处理后的UNS N08020(NS1403)试验数据
Figure BDA0002255470000000011
另2批次的硬度分别为HRB71、HRB72。
以上的加工方式具有以下主要缺点：
1、高温固溶热处理，虽然使得碳化物、氮化物及合金化合物充分固溶，形成均匀的等轴晶粒，但由于晶粒粗大，使得强度降低，使得该合金无缝管在高强度环境下使用寿命大大降低，从力学试验得知，两组拉伸试验数据Rp0.2、Rm、A％分别为245MPa、555MPa、58％和235MPa、540MPa、59％，试验数据仅在最低限度徘徊。
2、高温固溶于奥氏体中的合金元素或化合物(如Cr23C6)，在冷却时由于固溶度的变化可能会析出，为了抑制这种析出而采用快速冷却(水冷)。由于NS1403是高合金，合金元素的增多，即便是快冷，奥氏体组织也会产生碳化物、氮化物、析出相等一系列有害相，这些析出相会对材料的力学性能及耐蚀性产生较大的影响。也就是说，NS1403由于含高Cr、Ni、Mo、Nb，使得组织的稳定性较差。
3、结合上述固溶状态下NS1403组织稳定性较差的缺陷，由表1试验数据可知，晶间腐蚀E法合格，而对于晶间腐蚀B法的均匀腐蚀和腐蚀减重试验，试验数据相对偏大，即固溶状态下的NS1403合金无缝管，耐均匀腐蚀能力较差，均匀腐蚀速率较大，在苛刻的腐蚀使用环境下，大大降低NS1403合金无缝管的寿命，并有一定的安全隐患。
发明内容
鉴于背景技术所提出的问题，发明人提供了一种具有较强的耐腐蚀性，力学性能较高，具有可应用于苛刻的腐蚀使用环境下的NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管及其制备工艺。
为此，发明人本发明的第一方面提供了一种NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管的制备工艺，所述制备工艺包括：稳定化热处理：将1150℃固溶热处理后的NS1403铁镍基合金无缝管，在950-1000℃保温后进行水急冷，保温时间为：30min+9-11min/mm×管坯壁厚。
本发明的第二方面提供了一种NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管，所述高强度NS1402铁-镍基合金无缝管由本发明第一方面所述制备工艺进行制备。
区别于现有技术，上述技术方案至少包括如下所述的有益效果：
1、在保持高塑性与高韧性的同时，大幅提升管材的力学性能
细化晶粒是提升金属力学性能的途径之一，NS1403稳定化热处理后，基体组织中Nb(C，N)还会对金属滑移产生钉扎，并在再结晶的过程中阻碍晶粒长大，长时间的稳定化晶粒重新完成了回复和再结晶，晶粒较细，大幅提升了力学性能，同时基体组织还析出的弥散第二相，使得组织内部存在畸变能，导致硬度较高，力学性能提高。从试验数据来看，Rp0.2从固溶态的240MPa左右提升到稳定化处理后的330MPa，抗拉强度从550MPa左右提升到690MPa左右，但仍保持45％左右的较高的塑性。
3、大幅提升耐腐蚀能力
导致晶间腐蚀最主要的原因是“境界贫铬”，即NS1403奥氏体型金属材料在敏化温度区间时(600-700℃)，C与境界内的Cr优先生成Cr23C6导致境界贫铬，大大降低耐腐蚀能力，而通过稳定化热处理，使得境界内的C、N与Nb优先形成稳定化合物Nb(C，N)，使得境界保持较高的Cr元素，从而提高其耐腐蚀能力。根据GB/T4334-2008B法试验数据，固溶后的月腐蚀率0.15mm/月提升到稳定化处理后的0.032mm/月、0.034mm/月，耐腐蚀能力几乎提升3倍。
附图说明
图1为背景技术所述NS1403铁镍基合金固溶热处理后的单一奥氏体晶粒度图(×100)，
图2为实施例1成品管的晶粒度图(×100)；
图3为实施例1成品管的微观组织图(×500)；
图4为实施例2成品管的晶粒度图(×100)；
图5为实施例2成品管的微观组织图(×500)。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
首先说明本发明第一方面的一种NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管的制备工艺，所述制备工艺包括：
稳定化热处理：将1150℃固溶热处理后的NS1403铁镍基合金无缝管，在950-1000℃保温后进行水急冷，保温时间为：30min+9-11min/mm×管坯壁厚。
导致晶间腐蚀最主要的原因是“境界贫铬”，即奥氏体型金属材料在敏化温度区间时(600-700℃)，C与境界内的Cr优先生成Cr23C6导致境界贫铬，大大降低耐腐蚀能力，而通过稳定化热处理，使得境界内的C、N与Nb优先形成稳定化合物Nb(C，N)，使得境界保持较高的Cr元素，从而提高其耐腐蚀能力。
优选的，所述1150℃固溶热处理后的NS1403铁镍基合金无缝管的晶粒度为4-4.5级。
优选的，所述NS1403铁镍基合金无缝管的制备工艺包括以下步骤：酸洗、润滑、1-3次冷拔、固溶热处理、稳定化热处理、酸洗；
所述冷拔包括中间热处理、酸洗、润滑和拔制步骤，所述中间热处理方法为：将管坯1100℃保温后进行水急冷，保温时间为：2.9-3.1min/mm×管坯壁厚；
所述酸洗方法为：将管坯在40-50℃酸洗液中浸泡6-8h；
所述润滑方法为：用润滑浆料均匀涂抹管坯的内外壁，再进行烘干；
所述固溶热处理方法为：将管坯1150℃保温后进行水急冷，保温时间为：2.9-3.1min/mm×管坯壁厚。
优选的，所述NS1403铁镍基合金无缝管的制备工艺包括以下步骤：酸洗、冷轧、固溶热处理、稳定化热处理、酸洗；
所述冷轧包括中间热处理、酸洗和扎制步骤；所述中间热处理方法为：将管坯1100℃保温后进行水急冷，保温时间为：2.9-3.1min/mm×管坯壁厚；
所述酸洗方法为：将管坯在40-50℃酸洗液中浸泡6-8h；
所述润滑方法为：用润滑浆料均匀涂抹管坯的内外壁，再进行烘干；
所述固溶热处理方法为：将管坯1150℃保温后进行水急冷，保温时间为：2.9-3.1min/mm×管坯壁厚。
所述酸洗液由98wt％的氢氟酸、98wt％的硝酸和水按照体积比1:2:10进行配制。
其次，说明本发明第二方面所提供的一种NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管，所述NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管由本发明第一方面所述制备工艺进行制备。
优选的，所述NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管的晶粒度为10级以上。
其中，在热处理前都要进行脱脂去油，即拉拔或轧制后的半成品管放到酸池浸泡去掉表面油脂以利于后续热处理，酸液一般为酸洗后的余酸液。
实施例1制备26.67×2.87mm的NS1403镍基合金成品管
65×5mm毛管坯经过酸洗、修磨、一次冷轧(42.2×3.56)去油、中间热处理、酸洗、二次冷轧(26.67×2.87)、去油、固溶热处理、稳定化热处理、矫直裁切、酸洗后得到26.67×2.87mm的成品管。冷轧包括中间热处理、酸洗和扎制步骤；
所述中间热处理方法为：将管坯1100℃保温后进行水急冷，保温时间为：2.9-3.1min/mm×管坯壁厚；
酸洗采用方法为：将管坯在40-50℃酸洗液中浸泡6-8h；酸洗液由98wt％的氢氟酸、98wt％的硝酸和水按照体积比1:2:10进行配制。
固溶热处理方法采用：将管坯1150℃保温后进行水急冷，保温时间为：2.9-3.1min/mm×管坯壁厚。
所述稳定化热处理方法为：将1150℃固溶热处理后的NS1403铁镍基合金无缝管，在980℃保温后进行水急冷，保温时间为：30min+10min/mm×管坯壁厚。
最终得到的26.67×2.87mm的NS1403镍基合金成品管，其晶粒度图见图2所示为超细晶粒，晶粒度10级以上，在500倍放大后，其微观组织如图3所示，基体析出弥散相Nb(C，N)，使得组织内部存在畸变能，导致硬度较高，力学性能提高。
实施例1成品管检测数据见下表2：
其中，检验方法是在同一批次抽取2支试样做试验。
表2实施例1制备NS1403的各项试验数据:
Figure BDA0002255470000000061
1、*GB/T4334-2008E法，试样先650℃2小时敏化，再硫酸-硫酸铜溶液16小时微沸酸浸后180o弯折无断裂和裂纹。
2、*GB/T4334-2008B法，试样在50％硫酸与硫酸铜溶液微沸120小时计算腐蚀率。
实施例2制备168.3×14.30mm的NS1403镍基合金成品管
200×19mm毛管坯经过：酸洗、修磨、润滑、3次连续冷拔(包括中间热处理、酸洗、润滑和拔制)、固溶热处理、稳定化热处理、酸洗后得到168.3×14.30mm的成品管。
所述中间热处理方法为：将管坯1100℃保温后进行水急冷，保温时间为：3min×管坯壁厚/mm；
所述酸洗方法为：将管坯在40-50℃酸洗液中浸泡6-8h；
所述润滑方法为：用润滑浆料均匀涂抹管坯的内外壁，再进行烘干；
3次连续冷拔：首次拔制，规格为190×17.5mm；第二次拔制，规格为180×16mm；第三次拔制到成品168.3×14.30mm；
所述固溶热处理方法为：将管坯1150℃保温后进行水急冷，保温时间为：2.9-3.1min/mm×管坯壁厚；
所述稳定化热处理方法为：将1150℃固溶热处理后的NS1403铁镍基合金无缝管，在980℃保温后进行水急冷，保温时间为：30min+9-11min/mm×管坯壁厚。
最终得到的168.3×14.30mm的NS1403镍基合金成品管，基体为超细晶粒，晶粒度10级以上(见图4晶粒度图)，基体析出弥散相Nb(C，N)(见图5微观组织图)，组织内部存在畸变能，导致硬度较高，力学性能提高。
实施例2成品管检测数据见下表3：
其中，检验方法是在同一批次抽取2支试样做试验。
表3实施例2制备NS1403的各项试验数据:
Figure BDA0002255470000000071
1、*GB/T4334-2008E法，试样先650℃2小时敏化，再硫酸-硫酸铜溶液16小时微沸酸浸后180o弯折无断裂和裂纹。
2、*GB/T4334-2008B法，试样在50％硫酸与硫酸铜溶液微沸120小时计算腐蚀率。
发明人通过一系列研究，认为由冷处理工艺生产，固溶热处理后的NS1403不锈钢无缝管半成品经过稳定化热处理后，NS1403不锈钢无缝管的性能发生以下变化：
1、组织稳定化：
NS1403是含Nb、Ti元素的不锈钢材料，在Nb、Ti的析出区间长时间保温(900-1000℃)，优先形成NbC、TiC、NbN，TiN，从而阻碍晶界Cr23C6的形成。结合NS1403钢种的特性，在950-1000℃，进一步在980℃进行长时间热处理，在境界优先形成NbC、NbN，达到金属内部组织稳定化的效果。
2、在保持高塑性与高韧性的同时，大幅提升管材的力学性能
细化晶粒是提升金属力学性能的途径之一，NS1403稳定化热处理过程中，基体组织中Nb(C，N)还会对金属滑移产生钉扎，并在再结晶的过程中阻碍晶粒长大，长时间的稳定化晶粒重新完成了回复和再结晶，晶粒较细，大幅提升了力学性能，同时基体组织还析出的弥散第二相，使得组织内部存在畸变能，导致硬度较高，力学性能提高。从实施例1试验数据来看，Rp0.2从固溶态的240MPa左右提升到稳定化处理后的330MPa，抗拉强度从550MPa左右提升到690MPa左右，但仍保持45％左右的较高的塑性。
3、大幅提升耐腐蚀能力
导致晶间腐蚀最主要的原因是“境界贫铬”，即类如奥氏体型金属材料在敏化温度区间时(600-700℃)，C与境界内的Cr优先生成Cr23C6导致境界贫铬，大大降低耐腐蚀能力，而通过稳定化处理，使得境界内的C、N与Nb优先形成稳定化合物Nb(C，N)，使得境界保持较高的Cr元素，从而提高其耐腐蚀能力。根据GB/T4334-2008B法试验数据，固溶后的月腐蚀率0.15mm/月提升到稳定化处理后的0.032mm/月、0.034mm/月，耐腐蚀能力几乎提升3倍。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括：
稳定化热处理：将1150℃固溶热处理后的NS1403铁镍基合金无缝管，在950-1000℃保温后进行水急冷，保温时间为：30min+9-11min/mm×管坯壁厚。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述1150℃固溶热处理后的NS1403铁镍基合金无缝管的晶粒度为4-4.5级。
3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述NS1403铁镍基合金无缝管的制备工艺包括以下步骤：酸洗、润滑、1-3次冷拔、固溶热处理、稳定化热处理、酸洗；
所述冷拔包括中间热处理、酸洗、润滑和拔制步骤，所述中间热处理方法为：将管坯1100℃保温后进行水急冷，保温时间为：2.9-3.1min/mm×管坯壁厚；
所述酸洗方法为：将管坯在40-50℃酸洗液中浸泡6-8h；
所述润滑方法为：用润滑浆料均匀涂抹管坯的内外壁，再进行烘干；
所述固溶热处理方法为：将管坯1150℃保温后进行水急冷，保温时间为：2.9-3.1min/mm×管坯壁厚；
所述稳定化热处理方法为：将1150℃固溶热处理后的NS1403铁镍基合金无缝管，在980℃保温后进行水急冷，保温时间为：30min+9-11min/mm×管坯壁厚。
4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述NS1403铁镍基合金无缝管的制备工艺包括以下步骤：酸洗、冷轧、固溶热处理、稳定化热处理、酸洗；
所述冷轧包括中间热处理、酸洗和扎制步骤；所述中间热处理方法为：将管坯1100℃保温后进行水急冷，保温时间为：2.9-3.1min/mm×管坯壁厚；
所述酸洗方法为：将管坯在40-50℃酸洗液中浸泡6-8h；
所述润滑方法为：用润滑浆料均匀涂抹管坯的内外壁，再进行烘干；
所述固溶热处理方法为：将管坯1150℃保温后进行水急冷，保温时间为：2.9-3.1min/mm×管坯壁厚；
所述稳定化热处理方法为：将1150℃固溶热处理后的NS1403铁镍基合金无缝管，在980℃保温后进行水急冷，保温时间为：30min+9-11min/mm×管坯壁厚。
5.根据权利要求3或4所述的制备工艺，其特征在于：所述酸洗液由98wt％的氢氟酸、98wt％的硝酸和水按照体积比1:2:10进行配制。
6.一种NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管，其特征在于，所述NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管由权利要求1-5任一所述制备工艺进行制备。
7.根据权利要求6所述的NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管，其特征在于，所述NS1403铁镍基合金耐蚀无缝管的晶粒度为10级以上。
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