熱成形不鏽鋼複合鋼板制對焊管帽的製造方法
2023-05-26 05:19:21 1
專利名稱：熱成形不鏽鋼複合鋼板制對焊管帽的製造方法
技術領域：
本發明涉及不鏽鋼複合鋼板成型制對焊管帽的製造方法。
二背景技術：
為解決石油、化工等設備的耐腐蝕問題，不鏽鋼是常被選用的材料。但由於不鏽 鋼昂貴，對一些大型管道來說，往往改用複合鋼板來製作。不鏽鋼複合鋼板就是常用 的材料。己經有許多合金製備的複合板出現，如CN200720034357的鋯鋼複合板。
不鏽鋼複合鋼板是由較薄的復層及較厚的基層通過軋制或爆炸等方法複合而成。 其中復層滿足了耐腐蝕性的要求，而基層是利用相對復層成本低得多的碳素鋼或低合 金鋼來滿足強度方面的要求。由於其良好的經濟性而被廣泛用於石油、化工等行業的 壓力管道製造。
CN00133513.8焊縫對稱型鋼板制對焊彎頭及其製造工藝，該彎頭兩條合成焊縫 對稱於彎頭中心軸線兩側，殼體由非對稱大小兩塊弧形瓦狀體構成。其製造方法是將 鋼板用平行套裁緊密排料法經切割下料先巻製成半圓形瓦塊狀,然後高溫加熱，再進 行旋壓輾軋成大小兩塊弧形瓦狀體,調質熱處理後用等離子氣體保護焊機焊接成全徑 彎頭。
壓力管道用不鏽鋼複合鋼板管帽壓制分為冷壓和熱壓。根據材料性能特點及設備 條件，對於基層厚度大於10mm的不鏽鋼複合鋼板管帽的壓制，更好的方案是採用熱壓 成型。
當然不鏽鋼複合鋼板是性價比高的材料。本發明所述的不鏽鋼複合鋼板也包括其
它合金鋼複合板。
口不鏽鋼i合鋼板制對焊管帽是採用不鏽鋼複合鋼板，焊制後經不同模具壓製成型 而成的一種新型材料管件。它具有兩種材料特性優勢，既具有不鏽鋼的耐腐蝕、耐磨
性、抗磁性；又具有碳鋼良好的可焊性、成型性、拉延性和導熱性；合金材料高強、 耐高溫等諸多性能。它可廣泛運用於石油、化工等行業的耐腐、耐酸、高強等苛刻工 況惡劣環境。
三
發明內容
本發明目的是提出一種不鏽鋼複合鋼板製備對焊管帽的方法，尤其是採用不鏽 鋼複合鋼板，焊制後經不同模具壓製成型的一種新型材料的管帽。
本發明的技術方案是不鏽鋼複合鋼板成型製備對焊管帽的方法，根據管帽的尺 寸選擇不鏽鋼複合鋼板下料成坯料；管帽坯料在壓制毛坯前，進行超聲波探傷及表面 滲透探傷；將毛坯冷壓至管帽曲面深度的33±10%，將複合板層表面油汙及其它附著 物清除乾淨；為避免管帽加熱時復層表面發生氧化，尤其是可在複合板層表面均勻塗 上厚度為O. 2 0. 3 ram的抗氧化塗料；然後以壓機將毛坯在模具內進行熱壓成型 熱壓成型的條件是初始溫度按920 940'C，終壓溫度(即脫模時的溫度)不得低於850 °C;為避免複合鋼板的復層與基層結合強度及復層耐腐蝕性能的下降，應儘量縮短加 熱時間，爐內保溫時間控制在20min以內，且重新加熱次數不得超過2次，工件在538 850°C要迅速升溫或冷卻。
熱壓複合鋼板管帽的始壓溫度定在920 940'C ，並嚴格控制終壓溫度，使之脫 胎時不低於850'C 。為了防止複合層產生敏化，應嚴格控制衝壓過程中處于敏化溫度 的時間。為此，脫模後用3根風帶的壓縮空氣均勻地吹風，使其急速風冷。當溫度降 到538'C時，停止吹風。這樣既保證了複合層的耐蝕能力，又保證了基層組織處於正火狀態，因此，熱成型後的複合鋼板管帽不必再熱處理。
由於奧氏體不鏽鋼在538 85(TC緩慢冷卻時，晶界有高鉻的碳化物Cr23C6析出， 造成碳化物鄰近部分貧鉻，引起晶間腐蝕的傾向。因此，壓制過程中工件跨越這一 溫度範圍時必須加以控制，否則一旦產生晶間腐蝕傾向，將會在腐蝕介質的使用場合 加速管道內壁的腐蝕，從而使管道的使用壽命大為縮短。鑑於此，管帽的熱壓必須在 85(TC以上完成，對大型薄壁管帽而言，由於零件表面積大、散熱快，達到這一要求 具有一定的難度，以022Crl7Nil2Mo2(奧氏體型不鏽鋼)+Q245R，外徑1500 mm，壁厚 (3+14) mm的管帽熱壓工藝為例予以說明。
本發明的有益效果是在充分掌握奧氏體不鏽鋼性能的基礎上，進行加工，使不 鏽鋼複合板製備管帽有較好的質量，成品率高。
四
圖l是本發明冷壓預彎結構示意圖 圖2是本發明熱壓的工藝示意圖
五具體實施例方式
複合鋼板管帽熱壓成型，目前尚無成熟的經驗，其關鍵在於加熱溫度很難掌握。 既要保證基層的力學性能，又要保證復層的耐腐蝕能力。基層的加熱溫度必須使其處 於原始正火狀態，而且加熱過程中又要防止復層產生敏化現象，因為敏化後的材料易 於產生晶間腐蝕。熱壓管帽的加熱溫度既要高於複合層的敏化溫度(538 85(TC)，又 不能過高地超過基層的正火溫度(900 95(TC)。鑑於此，本發明將熱壓複合鋼板管帽 的始壓溫度定在920 940'C ,並嚴格控制終壓溫度，使之脫胎時不低於85(TC 。為 了防止複合層產生敏化，應嚴格控制衝壓過程中處于敏化溫度的時間。為此，脫胎後 用3根風帶的壓縮空氣均勻地吹風，使其急速風冷。當溫度降到538'C時，停止吹風。 這樣既保證了複合層的耐蝕能力，又保證了基層組織處於正火狀態，因此，熱成型後 的複合鋼板管帽不必再熱處理。
1熱壓準備
(1) 壓制毛坯前，對焊接接頭進行IOO超聲波探傷(基層)及表面滲透探傷(復 層)，合格方能採用。
(2) 用凸模配1與凹模圈2進行預壓球凸(冷壓)，並用壓邊圈3控制好周邊，防止 起皺和脫層，將管帽坯料先在室溫條件下冷壓預彎至l/3曲面深度左右。見圖l。
(3) 將復層表面油汙及其它附著物清除乾淨。
(4) 為避免管帽加熱時復層表面發生氧化，在復層均勻塗上厚度為O. 2 0. 3 mm 的抗氧化塗料。
常用的抗氧化塗料的品名1309D， Crl8Ni9Ti等材料在800 1300。C時可抗氧化、 防脫碳。
管帽加熱溫度不得超過基層和復層所允許的最高加熱溫度，並力求減少重複加 熱次數和縮短保溫時間。不鏽鋼複合鋼板加熱和熱處理規範各國不完全相同。復層為 奧氏體時，其加熱溫度為85(Tl00(TC， 最高不超過1150。C. 如16MnR+0Crl8Ni9Ti 複合鋼板，加熱溫度為90(T95(TC。終壓溫度高於80(TC且快速空冷時，可以不熱處 理。基層為鉻鉬鋼時，復層以選馬氏體或鐵索體鋼為宜。因鉻鉬鋼往往需正火加回火 處理，復層若為奧氏體鋼時，它是不宜在此回火溫度下緩冷的，否則會因敏化而使 耐晶間腐蝕性能降低。又如15CrMoR+0Crl3複合鋼板，熱成形加熱溫度為90(T95(TC， 若終壓溫度低於850。C，則需作900 950。C的正火處理，然後於670 700。C回火。
2熱壓
2. 1工藝要求對於022Crl7Nil4Mo2+Q245R管帽的熱壓，初始溫度按Q245R的熱壓溫度，即920 94(TC，終壓溫度(即脫模時的溫度)不得低於85(TC，如果溫度降至接近850'C仍未能 壓製成型，則應迅速回爐內加熱後再壓制。為避免複合鋼板的復層與基層結合強度及 復層耐腐蝕性能的下降，應儘量縮短加熱時間，爐內保溫時間控制在20min以內，且 重新加熱次數不得超過2次，工件在538 850'C要迅速升溫或冷卻。在圖2的保溫區 間進行熱壓。
2. 2熱處理工序
(1) 為加快工件升溫速度且保證受熱均勻，工件須待爐膛加熱至80(TC以後方可 入爐加熱，爐內不應同時加熱其他工件，為了避免硫和碳含量的增加，用中性火焰加 熱為宜，並通過適當調節噴油量，要求加熱均勻，避免局部過熱，使工件在15 min 之內達到920 940'C。用遠紅外線測溫儀及熱電偶嚴格控制爐溫。
(2) 在加熱工件的同時，將凹模預熱至450 550。C 。
(3) 工件出爐時，先將已預熱的凹模置於壓床就位，復層上需塗上潤滑劑，然後 迅速將工件送至凹模進行壓制，利用凹模熱量減緩工件的降溫速度。工件從出爐至壓 制完成(工件脫模)，控制在3min之內，以保證終壓溫度高於850 °C 。
(4) 按圖2所示爐溫曲線控制工件的加熱，以及在保溫時進行熱壓。入爐溫度 〉800°C，升溫速率230 280'C/h，終壓溫度(脫胎)》850°C，然後快速風冷至538 "C以下，再進行室溫冷卻。
(5) 為避免復層材料產生晶間腐蝕傾向，工件壓製成型後，可用兩臺600 800mm 的大風扇同時對工件吹風，使其在3 min之內降至550。C以下。
3檢驗
管帽在加熱及壓制過程中焊接接頭是否產生超標缺陷，為此應對拼接接頭進行 100%超聲波探傷及20 X射線探傷，並對復層表面進行100滲透探傷檢查。同時，為
了確認復層材料在加熱過程中有無產生晶間腐蝕傾向，在管帽直邊餘料處沿板材軋制 方向取出2個規格為100 mraX25咖的復層作為試樣毛坯，按GB/T4334. 5—2000《不
鏽鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗方法》進行試驗。
檢驗結果表明，管帽熱壓後所有焊接接頭均沒有產生裂紋等缺陷，復層亦無晶 間腐蝕傾向。經用戶使用，工作狀況良好。可見，對大型薄壁奧氏體不鏽鋼複合鋼 板管帽的熱壓成型，上述工藝是可行的。關鍵在於掌握好工件在538 850'C時的快速 升溫或冷卻，以及壓制工件的保溫，縮短壓制時間，保證工件在85(TC以上壓製成型。
根據材料性能特點及設備條件，對於基層厚度大於10mm的不鏽鋼複合鋼板管帽 熱壓成型。由於奧氏體不鏽鋼在538 85(TC緩慢冷卻時，晶界有高鉻的碳化物Cr23C6 析出，造成碳化物鄰近部分貧鉻，引起晶間腐蝕的傾向。因此，壓制過程中工件跨 越這一溫度範圍時必須加以控制，否則一旦產生晶間腐蝕傾向，將會在腐蝕介質的使 用場合加速管道內壁的腐蝕，從而使管道的使用壽命大為縮短。鑑於此，管帽的熱壓 必須在85(TC以上完成。
對大型薄壁管帽而言，由於零件表面積大、散熱快，達到這一要求具有一定的 難度。本發明以022Crl7Nil2Mo2(奧氏體型不鏽鋼)+Q245R，外徑1500咖，壁厚 (3+14)mm的管帽熱壓工藝進行了成功的加工。
權利要求
1、不鏽鋼複合鋼板成型製備對焊管帽的方法，其特徵是根據管帽的規格尺寸選擇不鏽鋼複合鋼板下料成坯料；管帽坯料在壓制毛坯前，進行超聲波探傷及表面滲透探傷；將毛坯冷壓至管帽曲面深度的33±10％，將複合板層表面油汙及其它附著物清除乾淨；為避免管帽加熱時復層表面發生氧化，在複合板層表面均勻塗上厚度為0.2～0.3mm的抗氧化塗料；然後以壓機將毛坯在模具內進行熱壓成型的條件初始溫度按920～940℃，終壓溫度不低於850℃；為避免複合鋼板的復層與基層結合強度及復層耐腐蝕性能的下降，應儘量縮短加熱時間，爐內保溫時間控制在20min以內，且重新加熱次數不得超過2次，工件在538～850℃要迅速升溫或冷卻。
2、 根據權利要求l所述的不鏽鋼複合鋼板成型製備對焊管帽的方法，其特徵是坯 料入爐溫度〉80(TC，升溫速230 280TVh，終壓溫度(脫模)》850°C，脫模後快速 風冷至538"C以下。
3、 根據權利要求2所述的不鏽鋼複合鋼板成型製備對焊管帽的方法，其特徵是工 件壓製成型後，用兩臺600 800咖的大風扇同時對工件吹風，使其在3min之內降至 538'C以下。
全文摘要
不鏽鋼複合鋼板成型製備對焊管帽的方法，根據管帽的規格尺寸選擇不鏽鋼複合鋼板下料成坯料；管帽坯料在壓制毛坯前，進行超聲波探傷及表面滲透探傷；將毛坯冷壓至管帽曲面深度的33±10％，將複合板層表面清潔；在複合板層表面均勻塗上厚度為0.2～0.3mm的抗氧化塗料；然後以壓機將毛坯在模具內進行熱壓成型條件是初始溫度按920～940℃，終壓溫度(即脫模時的溫度)不得低於850℃；為避免複合鋼板的復層與基層結合強度及復層耐腐蝕性能的下降，爐內保溫時間控制在20min以內，且重新加熱次數不得超過2次，工件在538～850℃要迅速升溫或冷卻。
文檔編號B21J5/00GK101543873SQ20091003116
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月24日 優先權日2009年4月24日
發明者姜麗琴, 姜才明, 陸浩良 申請人:江陰市東發機械設備製造有限公司