鍛造鏜孔法生產(chǎn)大口徑厚壁鋼管技術(shù)

鍛造鏜孔法生產(chǎn)大口徑厚壁鋼管技術(shù)

1大口徑厚壁鋼管大口徑厚壁弧形管道（以下簡稱管道）是電壓爐的重要部件，廣泛應(yīng)用于水電裝置、原油等溫室和高壓的工作環(huán)境中。隨著國內(nèi)電力需求的迅猛增長,促使無縫鋼管的需求量大幅度提高。目前國內(nèi)在大口徑厚壁無縫鋼管的生產(chǎn)上還遠(yuǎn)不能滿足市場需求,外徑159mm以上至1066mm的無縫鋼管大部分需要進(jìn)口。北方重工集團(tuán)采用鍛造鏜孔法生產(chǎn)高壓鍋爐用大口徑厚壁無縫鋼管,不僅填補(bǔ)了國內(nèi)鍛造鏜孔技術(shù)生產(chǎn)無縫鋼管的空白,同時也部分滿足了大口徑厚壁無縫鋼管的市場需求。采用鍛造鏜孔技術(shù)生產(chǎn)無縫鋼管,在美國和日本均已得到認(rèn)可。美國制訂了ASMESA-369/SA-369M《高溫用碳鋼和鐵素體合金鋼鍛造并鏜孔公稱管(P)》標(biāo)準(zhǔn),日本NKK公司將該工藝列為第二套生產(chǎn)工藝。2孔道生產(chǎn)工藝與設(shè)備采用鍛造鏜孔技術(shù)生產(chǎn)無縫鋼管的主要工藝流程為:電爐冶煉→鍛造→鍛后退火→粗加工→熱處理→精加工→檢驗(yàn)→交驗(yàn)入庫。2.1去惡化鋼、去除鋼中有害元素p冶煉采用50t超高功率電弧爐,精煉采用鋼包精煉爐(LF)和真空除氣裝置(VD爐)。采用電爐初煉最大限度去除鋼中有害元素P,并利用偏心爐底出鋼的特點(diǎn),采用留渣操作,減少在二次爐外精煉時因P2O5爐渣進(jìn)入LF爐,造成精煉過程回磷現(xiàn)象。選用堿度較高的精煉渣在LF爐進(jìn)行二次加熱去除鋼中有害元素S并合金化。在VD爐內(nèi)真空除氣降低鋼中氫含量,整個精煉過程包底吹氬,有利于鋼液溫度和成分的均勻化以及夾雜物的去除。2.2鑄造成形過程中,注意通過熱處理使鋼錠面的生長鋼錠的鍛造采用UFP16/25-30MN下拉式自由鍛造液壓機(jī)。鍛造方式為方坯變圓坯和鐓粗的方法,保證鍛造比大于3。嚴(yán)格控制始鍛溫度和鍛造過程中的壓下量及進(jìn)給量,以保證表面和中心部位能得到較大變形,使內(nèi)部孔隙能較好壓合。嚴(yán)格控制終鍛溫度,防止鍛件鍛后晶粒長大。采用鍛造成形的最大特點(diǎn)是鍛件金屬始終在軸的水平和垂直方向交變受力均勻變形延伸。成形后經(jīng)過熱處理,縱橫向性能差異較小,有利于工件的彎曲成形。而軋制件和熱擠壓件金屬在軋制和熱擠壓過程中始終沿軋制和擠壓方向變形延伸,纖維方向較為明顯,造成縱橫向性能差異較大。例如:錠型為12.5t的12Cr1MoVG鋼錠的鍛造變形方式為:鋼錠→鐓粗→ue07e820mm圓坯→ue07e555mm圓坯。鍛坯采用適當(dāng)?shù)溺叴窒禂?shù)和鍛造比,保證鍛造比滿足ASMESA-369標(biāo)準(zhǔn)的要求。合理控制始鍛爐溫和精鍛溫度,鍛后及時入爐退火。2.3熱分析加熱工藝熱處理采用井式電阻加熱熱處理爐。高溫爐的最高加熱溫度為1100℃,控溫精度為±1℃,爐溫均勻度為±4℃;低溫爐最高加熱溫度為900℃,控溫精度為±1℃,爐溫均勻度為±3℃。工件在熱處理爐內(nèi)采用垂直吊掛,可減少鍛件在熱處理時產(chǎn)生的變形。按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和文件執(zhí)行熱處理工藝。ue07e508mm×90mm規(guī)格的12Cr1MoVG無縫鋼管調(diào)質(zhì)工藝為:淬火溫度970℃,保溫5h后先空冷10min,然后油冷90min;回火溫度為750℃,保溫9h后空冷至室溫。2.4外圓加工內(nèi)孔采用PT52型規(guī)格為ue07e500mm×10000mm的四刀架車床粗加工鍛件外圓,用PT37C2型規(guī)格為ue07e230mm×10000mm深孔鉆鏜床加工內(nèi)孔。無縫鋼管外圓和內(nèi)孔的精加工分別采用ue07e500mm×(8000～15000)mm車床和ue07e(130～500)mm×(10000～12000)mm深孔鏜鉆床。經(jīng)過鉆鏜孔可最大限度去除鍛件質(zhì)量較差的中心部位,包括成分偏析、中間疏松等。但采用鍛造并鏜孔的工藝成材率低,ue07e508mm×90mm的無縫鋼管成材率約32%,因而成本較高。3取樣試驗(yàn)項(xiàng)目對規(guī)格為ue07e508mm×90mm的12Cr1MoVG無縫鋼管進(jìn)行取樣分析,試驗(yàn)項(xiàng)目為化學(xué)成分分析、低倍組織檢測、力學(xué)性能檢測和金相檢查。3.1化學(xué)成分的測定在成品鋼管橫截面不同位置取樣進(jìn)行成品化學(xué)成分分析,表1是常規(guī)化學(xué)成分檢測結(jié)果,表2是微量元素和氣體含量的檢測結(jié)果。從表1和表2的結(jié)果看,鋼的化學(xué)成分符合GB5310標(biāo)準(zhǔn)的要求,冶煉質(zhì)量穩(wěn)定,鋼管橫截面不同位置化學(xué)元素的波動很小,鋼錠偏析較小,S、P等有害元素的含量較低,鋼的純凈度高,S含量為0.002%～0.003%,P含量為0.009%～0.011%,H的含量低于1×10-6,As、Pb、Sn、Sb、Bi的總量小于120×10-6。3.2鋼管兩端金相組織的變化圖1是鋼管兩端靠近內(nèi)、外表面和壁厚1/2處分別取樣觀察的金相組織。從圖中可見,鋼管兩端橫截面不同位置的金相組織全部為粒狀貝氏體+鐵素體的組織,沒有發(fā)現(xiàn)黃塊馬氏體等不完全轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,鋼管兩端的組織差別不明顯,橫截面各部分組織略有差別。鋼管各部位的實(shí)際晶粒度為5～8級。3.3鋼管內(nèi)、外壁力學(xué)性能對鋼管兩端橫截面不同部位取樣進(jìn)行常溫力學(xué)性能分析,取樣包括鋼管壁厚方向不同位置的橫向試樣和縱向試樣,每一個部位取兩個試樣,檢測結(jié)果見表3。從表3的檢測結(jié)果看,12Cr1MoVG無縫鋼管室溫力學(xué)性能符合GB5310標(biāo)準(zhǔn)要求,而且:(1)縱向力學(xué)性能與橫向力學(xué)性能的差別不大。其中橫縱向Rm、Rp0.2的差別不明顯;橫縱向延伸率略有差別,縱向試樣平均值為31.8%,橫向試樣平均值為28.8%,橫向和縱向延伸率比值為0.9;(2)鋼管兩端的室溫力學(xué)性能沒有明顯差別,錠尾各點(diǎn)Rm、Rp0.2和A的平均值分別為549.2MPa、398.7MPa和29.75%,冒口各點(diǎn)Rm、Rp0.2和A的平均值分別為545.8MPa、395.4MPa和30.83%;(3)靠近鋼管內(nèi)、外壁的試樣Rm、Rp0.2值略高于壁厚1/2處的相應(yīng)值,屈強(qiáng)比Rp0.2/Rm=0.68～0.75。表明整支12Cr1MoVG無縫鋼管力學(xué)性能比較均勻。3.4高溫拉伸性能高溫瞬時力學(xué)性能試驗(yàn)在300～600℃范圍內(nèi)進(jìn)行。圖2是12Cr1MoVG高溫拉伸性能Rp0.2與溫度變化曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明12Cr1MoVG無縫鋼管高溫瞬時拉伸力學(xué)性能符合GB5310標(biāo)準(zhǔn)的要求。隨試驗(yàn)溫度的提高,Rp0.2逐漸下降,但在500℃以前降低的幅度不大。3.5沖擊韌性的測試分別取橫向和縱向沖擊試樣。表4和表5是沖擊試驗(yàn)結(jié)果。從表4和表5的結(jié)果看,12Cr1MoVG室溫沖擊韌性好,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GB5310標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求,并且在鋼管的兩端和鋼管橫截面上的不同位置,沖擊韌性沒有明顯差別,顯示出良好的均勻性。圖4是鋼管縱向脆性轉(zhuǎn)變溫度FATT50試驗(yàn)結(jié)果,FATT50=23℃。3.6試驗(yàn)結(jié)果符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)其它試驗(yàn)和檢驗(yàn)項(xiàng)目包括高