锻造镗孔法生产大口径厚壁钢管技术

锻造镗孔法生产大口径厚壁钢管技术

1大口径厚壁钢管大口径厚壁弧形管道（以下简称管道）是电压炉的重要部件，广泛应用于水电装置、原油等温室和高压的工作环境中。随着国内电力需求的迅猛增长,促使无缝钢管的需求量大幅度提高。目前国内在大口径厚壁无缝钢管的生产上还远不能满足市场需求,外径159mm以上至1066mm的无缝钢管大部分需要进口。北方重工集团采用锻造镗孔法生产高压锅炉用大口径厚壁无缝钢管,不仅填补了国内锻造镗孔技术生产无缝钢管的空白,同时也部分满足了大口径厚壁无缝钢管的市场需求。采用锻造镗孔技术生产无缝钢管,在美国和日本均已得到认可。美国制订了ASMESA-369/SA-369M《高温用碳钢和铁素体合金钢锻造并镗孔公称管(P)》标准,日本NKK公司将该工艺列为第二套生产工艺。2孔道生产工艺与设备采用锻造镗孔技术生产无缝钢管的主要工艺流程为:电炉冶炼→锻造→锻后退火→粗加工→热处理→精加工→检验→交验入库。2.1去恶化钢、去除钢中有害元素p冶炼采用50t超高功率电弧炉,精炼采用钢包精炼炉(LF)和真空除气装置(VD炉)。采用电炉初炼最大限度去除钢中有害元素P,并利用偏心炉底出钢的特点,采用留渣操作,减少在二次炉外精炼时因P2O5炉渣进入LF炉,造成精炼过程回磷现象。选用碱度较高的精炼渣在LF炉进行二次加热去除钢中有害元素S并合金化。在VD炉内真空除气降低钢中氢含量,整个精炼过程包底吹氩,有利于钢液温度和成分的均匀化以及夹杂物的去除。2.2铸造成形过程中,注意通过热处理使钢锭面的生长钢锭的锻造采用UFP16/25-30MN下拉式自由锻造液压机。锻造方式为方坯变圆坯和镦粗的方法,保证锻造比大于3。严格控制始锻温度和锻造过程中的压下量及进给量,以保证表面和中心部位能得到较大变形,使内部孔隙能较好压合。严格控制终锻温度,防止锻件锻后晶粒长大。采用锻造成形的最大特点是锻件金属始终在轴的水平和垂直方向交变受力均匀变形延伸。成形后经过热处理,纵横向性能差异较小,有利于工件的弯曲成形。而轧制件和热挤压件金属在轧制和热挤压过程中始终沿轧制和挤压方向变形延伸,纤维方向较为明显,造成纵横向性能差异较大。例如:锭型为12.5t的12Cr1MoVG钢锭的锻造变形方式为:钢锭→镦粗→ue07e820mm圆坯→ue07e555mm圆坯。锻坯采用适当的镦粗系数和锻造比,保证锻造比满足ASMESA-369标准的要求。合理控制始锻炉温和精锻温度,锻后及时入炉退火。2.3热分析加热工艺热处理采用井式电阻加热热处理炉。高温炉的最高加热温度为1100℃,控温精度为±1℃,炉温均匀度为±4℃;低温炉最高加热温度为900℃,控温精度为±1℃,炉温均匀度为±3℃。工件在热处理炉内采用垂直吊挂,可减少锻件在热处理时产生的变形。按照有关技术标准和文件执行热处理工艺。ue07e508mm×90mm规格的12Cr1MoVG无缝钢管调质工艺为:淬火温度970℃,保温5h后先空冷10min,然后油冷90min;回火温度为750℃,保温9h后空冷至室温。2.4外圆加工内孔采用PT52型规格为ue07e500mm×10000mm的四刀架车床粗加工锻件外圆,用PT37C2型规格为ue07e230mm×10000mm深孔钻镗床加工内孔。无缝钢管外圆和内孔的精加工分别采用ue07e500mm×(8000～15000)mm车床和ue07e(130～500)mm×(10000～12000)mm深孔镗钻床。经过钻镗孔可最大限度去除锻件质量较差的中心部位,包括成分偏析、中间疏松等。但采用锻造并镗孔的工艺成材率低,ue07e508mm×90mm的无缝钢管成材率约32%,因而成本较高。3取样试验项目对规格为ue07e508mm×90mm的12Cr1MoVG无缝钢管进行取样分析,试验项目为化学成分分析、低倍组织检测、力学性能检测和金相检查。3.1化学成分的测定在成品钢管横截面不同位置取样进行成品化学成分分析,表1是常规化学成分检测结果,表2是微量元素和气体含量的检测结果。从表1和表2的结果看,钢的化学成分符合GB5310标准的要求,冶炼质量稳定,钢管横截面不同位置化学元素的波动很小,钢锭偏析较小,S、P等有害元素的含量较低,钢的纯净度高,S含量为0.002%～0.003%,P含量为0.009%～0.011%,H的含量低于1×10-6,As、Pb、Sn、Sb、Bi的总量小于120×10-6。3.2钢管两端金相组织的变化图1是钢管两端靠近内、外表面和壁厚1/2处分别取样观察的金相组织。从图中可见,钢管两端横截面不同位置的金相组织全部为粒状贝氏体+铁素体的组织,没有发现黄块马氏体等不完全转变产物,钢管两端的组织差别不明显,横截面各部分组织略有差别。钢管各部位的实际晶粒度为5～8级。3.3钢管内、外壁力学性能对钢管两端横截面不同部位取样进行常温力学性能分析,取样包括钢管壁厚方向不同位置的横向试样和纵向试样,每一个部位取两个试样,检测结果见表3。从表3的检测结果看,12Cr1MoVG无缝钢管室温力学性能符合GB5310标准要求,而且:(1)纵向力学性能与横向力学性能的差别不大。其中横纵向Rm、Rp0.2的差别不明显;横纵向延伸率略有差别,纵向试样平均值为31.8%,横向试样平均值为28.8%,横向和纵向延伸率比值为0.9;(2)钢管两端的室温力学性能没有明显差别,锭尾各点Rm、Rp0.2和A的平均值分别为549.2MPa、398.7MPa和29.75%,冒口各点Rm、Rp0.2和A的平均值分别为545.8MPa、395.4MPa和30.83%;(3)靠近钢管内、外壁的试样Rm、Rp0.2值略高于壁厚1/2处的相应值,屈强比Rp0.2/Rm=0.68～0.75。表明整支12Cr1MoVG无缝钢管力学性能比较均匀。3.4高温拉伸性能高温瞬时力学性能试验在300～600℃范围内进行。图2是12Cr1MoVG高温拉伸性能Rp0.2与温度变化曲线。试验结果表明12Cr1MoVG无缝钢管高温瞬时拉伸力学性能符合GB5310标准的要求。随试验温度的提高,Rp0.2逐渐下降,但在500℃以前降低的幅度不大。3.5冲击韧性的测试分别取横向和纵向冲击试样。表4和表5是冲击试验结果。从表4和表5的结果看,12Cr1MoVG室温冲击韧性好,远远高于GB5310标准规定的要求,并且在钢管的两端和钢管横截面上的不同位置,冲击韧性没有明显差别,显示出良好的均匀性。图4是钢管纵向脆性转变温度FATT50试验结果,FATT50=23℃。3.6试验结果符合有关标准其它试验和检验项目包括高