一种镍基合金UNS N06625无缝钢管的制造方法
技术领域
本发明涉及一种无缝管的制备方法,具体涉及一种镍基合金UNS N06625无缝钢管的制造方法,属于材料加工技术领域。
背景技术
UNS N06625合金(又称Inconel 625)是一种具有高强度、耐高温、抗腐蚀和抗氧化的镍基合金。该合金在20世纪60年代开发,旨在用于制造蒸汽管道,后经过改良,其抗蠕变性和可焊性进一步增强。UNS N06625的耐蚀性特别适应于海洋和核能应用,以及化学加工等行业对材料性能要求极高的领域。
其化学成分中,富含镍、铬和钼元素,添加的铌元素不仅增强了其强度,还提高了其在苛刻环境下的耐蚀性。这种合金特别能抵抗氯化物应力腐蚀开裂,即使在酸性环境中也能保持其完整性。此外,UNS N06625在低温环境中展现出的机械性能也同样令人瞩目。
UNS N06625的应用范围广泛,包括海水部件、燃烧器、飞机管道系统、特种海水设备、化工处理设备、涡轮机整流罩环、发动机反推系统、喷气发动机排气系统以及锅炉炉膛。
当前阶段,UNS N06625虽广受赞誉,但在制造和应用中存在一定的瓶颈。特别是在加工方面,这种合金的工作硬化性质使得切割和成形变得更具挑战性。
目前专利CN106583491B《一种Cr-Ni-Mo-Nb镍基合金无缝管的制造方法》,对该合金生产的常见问题进行了细致的研究与改进,制定了从热加工到冷加工的全套工艺技术,确保了该无缝钢管的顺利生产。但其在进行成品热处理时未使用纯氢炉等保护气氛炉,炉内气氛为氧化气氛,故在成品热处理后需进行酸洗,以去除表面氧化皮,且酸洗后成品表面质量不佳,较纯氢炉所处理的成品有明显差距。
基于此,研发一种能克服上述缺陷的UNS N06625镍基合金无缝管的生产工艺,研制出化学成分、力学性能、金相组织、耐腐蚀性能等均能满足技术要求的UNS N06625成品管成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服现有技术的缺点,提供一种镍基合金UNSN06625无缝钢管的制造方法,该制备方法通过对工艺优化进行严格限定,解决了UNSN06625冷加工变形抗力大所导致的成品质量不佳、成材率低等问题,该方法生产出的产品尺寸精度高、组织性能稳定、实用性强,利于批量生产。
为了解决以上技术问题,本发明提供一种镍基合金UNS N06625无缝钢管的制造方法,具体包括以下步骤:
(一)将对应的挤压坯荒管进行磨修,随后进行固溶热处理,矫直后进行酸洗、磨修、检验;
(二)将步骤(一)所得到的钢管进行变形工艺的冷轧,再热处理至成品规格,具体为:
将钢管在冷轧机组上进行五道次冷轧,每个道次冷轧后均进行去油、热处理、矫直、切管、酸洗、修磨,然后再进行超声、水压、取样、理化检验、终切,得到成品管;
轧制时冷轧变形量50-60%,延伸系数<3,轧制速度控制在60-110次/min,送进量为1-3mm/次,Q值>1.2;
第一道次冷轧后外径偏差控制在±0.25mm,壁厚偏差控制在±0.20mm;
第二道次冷轧后外径偏差控制在±0.25mm,壁厚偏差控制在±0.20mm;
第三道次冷轧后外径偏差控制在±0.25mm,壁厚偏差控制在±0.20mm;
第四道次冷轧后外径偏差控制在±0.25mm,壁厚偏差控制在±0.20mm;
第五道次冷轧后外径偏差控制在+0.02~+0.10mm,壁厚偏差控制在±0.10mm;
热处理时控制热处理温度为1120~1190℃,保温时间为壁厚×1.5~3min;
(三)将步骤(二)所得的成品管进行目视、渗透、尺寸检验、清洁、喷标及精整工序,最后进行包装入库。
本发明进一步限定的技术方案是:前述镍基合金UNS N06625无缝钢管的制造方法中,步骤(一)固溶热处理时钢管放在辊底炉内进行,炉内气氛为氧化性。
前述镍基合金UNS N06625无缝钢管的制造方法中,步骤(一)中固溶热处理时热处理温度为1150~1200℃,保温时间为壁厚×1.5-3min。
前述镍基合金UNS N06625无缝钢管的制造方法中,步骤(二)热处理时前四道冷轧得到的中间品钢管均放在辊底炉内进行,炉内气氛为氧化性气氛;第五道冷轧后的钢管放在纯氢炉内进行,炉内气氛为氢气。
技术效果,本发明采用纯氢炉进行成品热处理相比于传统的氧化气氛辊底炉,具有显著优势,包括提高热效率;有效防止金属表面氧化,提高成品表面质量;减少碳化物沉积,从而显著提升最终成品的质量;在非成品阶段,采用辊底炉进行热处理则是考虑到辊底炉的操作相对简便,使用与维护成本低,对于提高生产效率和降低成品十分有利;综上,本发明前四道冷轧得到的中间品钢管均放在辊底炉内进行,炉内气氛为氧化性;第五道冷轧后的钢管放在纯氢炉内进行,炉内气氛为氢气。
前述镍基合金UNS N06625无缝钢管的制造方法中,该无缝管室温拉伸性能为:屈服强度控制在≥276Mpa,抗拉强度≥690MPa,断后延伸率≥30%。
前述镍基合金UNS N06625无缝钢管的制造方法中,制造出的无缝管其腐蚀速率≤0.55mm/y。
本发明的有益效果是:
UNS N06625材料冷加工比普通不锈钢的屈服强度高,冷加工变形抗力大,延伸系数较普通奥氏体钢也要小;因此,我们采用五道次冷轧时需要合理的分配变形量,本实施例严格选取延伸系数<3,变形量45-65%的冷轧工艺参数的同时,选用合理的轧制速度60-110次/min和相对较小的送进量1-3mm/次确保其内外表面质量,通过Q值>1.2来确保壁厚方向上的组织均匀性,从而提高尺寸精度和改善内壁质量。
本发明采用的五道次的冷轧工艺,有效的提高了钢管的尺寸精度和表面质量。通过分步精细控制变形量,钢管的外径、壁厚等尺寸参数能够达到更高的尺寸精确度。此外,多次冷轧过程还有助于改善钢管的表面光洁度,减少表面缺陷,例如划痕和裂纹,从而提高了产品整体的质量和外观。
本发明成品热处理采用纯氢炉进行,所得成品无需酸洗,热处理后表面无氧化皮,成品表面质量更好,减少后续磨抛工序,提升了成品质量。
本发明该方法通过对工艺优化进行严格限定,解决了UNS N06625冷加工变形抗力大所导致的成品质量不佳、成材率低等问题,该方法生产出的产品尺寸精度高、组织性能稳定、实用性强,在确保产品质量的同时,有效降低了生产成本,特别是在大批量生产中,这种效率的提高对于降低单位产品的成本至关重要。
本发明在冷轧过程中,材料的晶粒得到细化,有助于提高钢管的力学性能,如强度和韧性。多次冷轧也有助于实现材料内部的组织均匀性,这种均匀性对于提高产品的整体稳定性和可靠性是至关重要的,特别是在高压或高温环境下的应用中。此外,优化的微观结构也提高了材料的抗腐蚀性能,延长了产品的使用寿命。
专利CN106583491B仅进行了室温拉伸试验,无法体现成品的综合性能,本发明除室温拉伸试样外,还进行了硬度测量、晶间腐蚀试验、化学成分分析、金相检验,能够体现成品良好的综合性能,采用本发明的方法制备出的无缝钢管室温拉伸性能为:屈服强度控制在≥276Mpa,抗拉强度≥690MPa,断后延伸率≥30%,制造出的无缝管其腐蚀速率经过测试后≤0.55mm/y。
附图说明
图1为本发明实施例镍基合金UNS N06625无缝钢管的制造方法中固溶热处理后的荒管进行取样分析的金相组织图;
图2为本发明实施例镍基合金UNS N06625无缝钢管的制造方法中冷轧的流程图;
图3为本发明实施例镍基合金UNS N06625无缝钢管的制造方法制造出的UNSN06625管成品金相组织图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种镍基合金UNS N06625无缝钢管的制造方法,具体包括以下步骤:
(一)将对应的挤压坯荒管进行磨修,随后进行固溶热处理,矫直后进行酸洗、磨修、检验,具体为:-
将Φ139×18mm的热挤压所得到的荒管,在磨修后,放入辊底炉进行热处理,热处理温度为1150-1200℃,保温时间为壁厚×1.5~3min,处理结束后在空气中缓慢冷却,然后进行酸洗、磨修以及至检验台上检验;
对固溶热处理后的荒管进行取样分析,如图1所示,图1中可见金相组织无明显夹杂与析出;
(二)将步骤(一)所得到的钢管进行变形工艺的冷轧,再热处理至成品规格,流程如图2所示,具体为:将钢管在冷轧机组上进行五道次冷轧,每个道次冷轧后均进行去油、热处理、矫直、切管、酸洗、修磨,然后再进行超声、水压、取样、理化检验、终切,得到成品管;
固溶热处理所得到的Φ139×18mm的UNS N06625合格无缝管在LG110、LG60、LG40和LG30冷轧机组上进行五个道次轧制,轧制尺寸分别为Φ108×11.5mm、Φ76×7mm、Φ51×3.8mm、Φ32×2.4mm和Φ19.05×1.6mm,每个道次冷轧后均进行去油、热处理、矫直、切管、酸洗、修磨,然后再进行超声、水压、取样、理化检验、终切,得到成品管;
UNS N06625材料冷加工比普通不锈钢的屈服强度高,冷加工变形抗力大,延伸系数较普通奥氏体钢也要小;因此,我们采用五道次冷轧时需要合理的分配变形量,本实施例严格选取延伸系数<3,变形量45-65%的冷轧工艺参数的同时,选用合理的轧制速度60-110次/min和相对较小的送进量1-3mm/次确保其内外表面质量,通过Q值>1.2来确保壁厚方向上的组织均匀性,从而提高尺寸精度和改善内壁质量,具体冷轧参数见下表1,技术要求尺寸精度和实际尺寸见表2,实际测量尺寸满足技术要求。
表1冷轧参数
表2技术要求尺寸精度和实际测量尺寸
UNS N06625热处理时前四道冷轧得到的中间品钢管均放在辊底炉内进行,炉内气氛为氧化性;第五道冷轧后的钢管放在纯氢炉内进行,炉内气氛为氢气。。(钢管热处理分为三种,还原性气氛、氧化性气氛、真空气氛,本发明采用氧化性气氛和氢气气氛热处理,氧化性气氛表面会生成氧化皮,酸洗后表面形成钝化膜;还原性气氛表面不会生产氧化皮,表面尺寸精度更高,不需要酸洗)热处理时控制热处理温度为1120~1190℃,保温时间为壁厚×1.5~3min,快速冷却。
在变形工艺确定的基础上,热处理是决定材料组织及性能的主要因素,UNSN06625热处理工艺的选择必须建立在保证其耐腐蚀性能和力学性能的基础上,本实施例在Φ19.05×1.6mm成品管热处理严格控制热处理温度为1120~1190℃,保温时间为壁厚乘以1.5~3(min),得到的无缝管其物理性能和化学性能等均符合技术要求具体见表3-6所示。
表3室温拉伸试验结果
表4硬度试验结果
表5晶间腐蚀试验结果
表6化学成分试验结果(%)
|
C |
Mn |
Si |
P |
S |
Cr |
Cb+Ta |
标准要求 |
≤0.10 |
≤0.50 |
≤0.50 |
≤0.015 |
≤0.015 |
20.0~23.0 |
3.15~4.15 |
测试结果 |
0.0212 |
0.244 |
0.239 |
0.0106 |
0.0011 |
21.9 |
3.47 |
|
Co |
Mo |
Fe |
Al |
Ti |
Ni |
|
标准要求 |
≤1.0 |
8.0~10.0 |
≤5.0 |
≤0.40 |
≤0.40 |
≥58.0 |
|
测试结果 |
0.134 |
8.44 |
4.53 |
0.222 |
0.212 |
60.43 |
|
试验过程:试样经磨制抛光后在金相显微镜下检验氮化物和碳氮化物,重新抛光腐蚀后检验晶间析出相、金属间相和σ相,检验结果见下表7,金相照片见图3;
表7金相检验结果
氮化物和碳氮化物 |
晶间析出相 |
金属间相 |
σ相 |
未见 |
未见 |
未见 |
未见 |
(三)将步骤(二)所得的成品管进行目视、渗透、尺寸检验、清洁、喷标及精整工序,最后进行包装入库。
在本实例中,该无缝管室温拉伸性能为:屈服强度控制在341~356Mpa,抗拉强度控制在792~805MPa,断后延伸率为67%~71%,HV硬度平均为248.1。
本发明该方法通过对荒管固溶热处理参数、中间品变形工艺、钢管过程热处理、成品变形工艺、成品热处理工艺进行规定;
解决了UNS N06625热加工塑性差,冷加工变形抗力大所导致的成品质量不佳、成材率低等问题,该方法生产的产品尺寸精度高、表面质量好、组织性能稳定、实用性强,利于批量性生产。
通过成品力学性能中延伸率达到30%以上,HV硬度平均值仅为248.1,证明通过此工艺生产的UNS N06625无缝钢管提高了热加工塑性,降低冷加工变形抗力。
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。