加氫裂化裝置用爐管的製造工藝的製作方法

2023-10-22 20:39:37 2

專利名稱：加氫裂化裝置用爐管的製造工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無縫鋼管的製造工藝，具體地講，涉及一種加氫裂化裝置 用爐管的製造工藝。
背景技術：
近年來，隨著中國在石油化工方面的迅速發展，以及國家經濟發展的需 要，加氫裂化裝置的能力不斷增大。現在福建煉油乙烯工程、青島大煉油工程以及其他的大煉油工程的加氫裂化裝置都已超過200萬噸/年。由於現在原 油雜質含量越來越多，爐管的工況條件越來越惡劣，氫和硫化氫腐蝕越來越 嚴重，爐管的設計溫度和壓力也越來越高。這就要求高壓爐管具有高的高溫 強度、抗腐蝕性以及儘可能整支交貨，以在爐膛內沒有焊縫。現在世界上爐管的主要製造工藝有鍛造膛孔、熱擠壓以及冷拔等方式。 其中鍛造膛孔的製造工藝，鋼管的性能主要依靠鍛造比，由於受膛孔刀具的 限制，爐管的長度比較短，使得爐管在爐膛內具有很多焊接點，從而不但增 加了焊接的工作量，並且由於焊接可能對爐管性能的破壞(爐管的熱影響區)， 以及焊接過程中人為的因素，使爐管的安全具有更多的不穩定性。而熱擠壓 的投資很大，且受擠壓力的限制，只能對小規格的鋼管採用熱擠壓的方式。 而冷拔的方式在冷拔過程中會產生拉應力。例如世界上著名的鋼管企業，德 國的克虜伯，西班牙的TUBCEX，日本住友的8"Schl60長度最長只能生產至 4米。目前國內的無縫鋼管的製造工藝一般包括選料及備料——冶煉——澆注 ——鍛造——熱穿孔——軋制——熱處理等步驟。其中在選料備料步驟中， 一般選用鐵合金+原料鋼，其製成後的鋼管的P含量大於或等於0. 03。該高 的P含量是導致夾雜物高的主要原因，從而造成了材料的脆性增加，強度降低，不能達到爐管的高溫強度要求。在冶煉步驟中，現有製造工藝採用N氣作為保護氣體，造成了最終材料的N含量增加，N化夾雜物含量高，從而影響 了鋼管的強度穩定性。在軋制步驟中，冷扎加工的壓縮比在10% — 30%之間, 雖然能夠達到一定的材料基體的晶粒度(2 — 5級)及強度值，但不能達到成 品鋼管的高溫強度值，其製成的鋼管的550。高溫抗拉強度小於等於360MPa。 另外，在現有製造工藝的熱處理步驟中， 一般進行固熔處理，並不進行穩定 化處理，會產生不完全的C化物的溶解，直接影響鋼管的晶間腐蝕性能，從 而降低了鋼管的使用壽命。發明內容本發明所要解決的技術問題在於，提供一種加氫裂化裝置用爐管的製造 工藝，通過降低P的含量，來提高最終製造的爐管的高溫強度。本發明所要解決的技術問題還在於，提供一種加氫裂化裝置用爐管的制 造工藝，降低N化夾雜物，使最終製造的爐管保持一定的強度穩定性。本發明所要解決的技術問題還在於，提供一種加氫裂化裝置用爐管的制 造工藝，通過調整軋制加工的壓縮比，提高最終製造的爐管的晶粒度等級， 從而提高爐管的高溫強度。本發明所要解決的技術問題還在於，提供一種加氫裂化裝置用爐管的制 造工藝，通過合理的熱處理方法，提高最終製造的爐管的抗晶間腐蝕性能， 從而保障了爐管的使用性能。本發明的上述技術問題可採用如下技術方案來解決， 一種加氫裂化裝置 用爐管的製造工藝，該工藝包括選料及備料步驟、冶煉步驟、澆注步驟、鍛 造步驟、熱穿孔步驟、軋制步驟以及熱處理步驟；其中在選料及備料步驟中， 選用P含量低於或等於0. 005%的純鐵為鐵基原料，選用鐵合金作為基本的合 金原料。在本發明中，所述的鐵合金中，Cr鐵中的Cr含量大於65X， P含量小於0.03%;鎳板為1#電解鎳，其中鎳+鈷的含量不小於99.97%， Nb合金選用 70A以上的鈮鐵。在本發明的選料備料步驟中，選用塊狀的鐵合金和石灰，其中石灰為1 級品80—60mm，鈦鐵為50 —IOO咖。在本發明的選料備料步驟中，選用經烘烤乾燥後的耐火材料、合金及保 護渣。在本發明的冶煉步驟中，採用電弧爐冶煉+氬氧爐(AOD)雙聯精練方法， 並具有一次不鏽鋼去P步驟。在本發明的冶煉步驟中，採用純氬氣保護。 在本發明的澆注步驟中，採用純氬氣保護。 在本發明的鍛造步驟中，鍛造比為4一7之間。在本發明的軋制步驟中，採用冷扎方法，其中冷扎變形率為35%—50%。 在本發明的熱處理步驟中，先進行固熔處理，然後再進行穩定化熱處理。 在本發明的上述固熔處理步驟中，固熔處理的溫度為1100° C—115(TC，保溫時間為大於2.5min/mm壁厚，然後快速冷卻，使碳化物溶於奧氏體中，並將此狀態保留至室溫。在本發明的穩定化熱處理步驟中，穩定化熱處理的溫度為920—95(T C,保溫時間根據壁厚確定，使Cr的含量完全溶解，而Nb的碳化物在冷卻過程中充分析出。在本發明的鍛造和熱穿孔步驟之間還包括有圓坯加工步驟，在該步驟中 對圓坯表面進行缺陷清除，使圓坯表面光滑。在本發明的圓坯加工步驟中，為了有效防止在穿孔過程可能產生的壁厚 不均問題，還包括在圓坯中心鑽工藝孔的步驟，從而既提高了圓坯穿孔時的 預前壓縮率，又保證了穿孔過程中壁厚的均勻性。在本發明的熱穿孔與軋制步驟之間，還包括有中間坯修磨、檢驗步驟， 在該步驟中，對荒管進行超聲波探傷，修磨不合格缺陷。在本發明的熱處理步驟後，還包括有檢驗步驟，該檢驗步驟包括水壓試驗、超聲波探傷、渦流探傷、液體滲透檢驗以及化學成分、力學性能、金相 檢驗、晶間腐蝕試驗。採用本發明的上述製造工藝，本發明的效果是顯著的1)由於本發明的 選料及備料步驟中採用低磷純鐵作為鐵基原料，與現有鋼管制造工藝中採用 原料鋼相比，從根本上降低了 P的含量，從而減少了最終成品鋼管的夾雜物 含量，提高了其高溫強度，使其能夠達到加氫裂化裝置用爐管的要求。並且， 由於進一步在冶煉步驟中增加了一次不鏽鋼去P步驟，從而更進一步提高了 成品鋼管的高溫強度。2)由於本發明在冶煉以及澆注步驟中，均釆用純氬氣 保護，與現有採用氮氣保護的方法相比，保障了最終成品鋼管的N含量，降 低了N化夾雜物，從而使成品鋼管能夠穩定保持一定的強度。3)由於本發明 在軋制步驟中採用冷扎方法，且壓縮比控制在35%—50%之間，從而保證了 成品鋼管的晶粒度要求，使其能夠達到4一7級，為成品鋼管形成最終的高溫 強度(大於或等於360MPa)提供了有利條件。4)由於本發明在熱處理步驟中 增加了穩定化熱處理步驟，使Nb的碳化物在冷卻過程中充分析出，碳不可能 再形成Cr的碳化物，從而有效消除了晶間腐蝕，提高了成品鋼管的高溫強度 值和晶粒度，使爐管的使用性能得到了保障。


圖l本發明的爐管的製造工藝路線圖； 圖2本發明的電弧爐冶煉參數表； 圖3本發明的A0D冶煉步驟中配備的化學成分表； 圖4 本發明的鋼錠模的參數表； 圖5本發明的鋼錠開坯加熱制度參數表； 圖6本發明的坯料鍛圓加熱制度參數表； 圖7本發明的穿孔加熱制度表； 圖8本發明的穿孔機工藝參數表；圖9本發明的兩輥冷軋示意圖；圖10本發明的TP347H爐管的化學成分(％)表; 圖11本發明的TP347H爐管的機械性能表； 圖12本發明的TP347H爐管的金屬夾雜物性能表; 圖13本發明的TP347H爐管的其他性能表； 圖14本發明的TP347H爐管的長度表。
具體實施方式
目前，由於TP374H特種不鏽鋼具有良好高溫強度和突出抗蠕變性能，爐 管一般選用TP374H特種不鏽鋼材質。在本發明中，以TP374H爐管為例，來 具體說明本發明的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝。如圖1所示，本發明的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝至少包括選料及 備料步驟、冶煉步驟、澆注步驟、鍛造步驟、熱穿孔步驟、軋制步驟以及熱 處理步驟；其中在選料及備料步驟中，選用P含量低於或等於0.005X的低硫 純鐵為鐵基原料，選用鐵合金作為基本的合金原料。這樣，由於選用低磷的 純鐵作為鐵基材料，與現有採用原料鋼作為鐵基材料相比，該純鐵的P含量 遠低於原料鋼的P含量，從而使最終作為爐管的成品鋼管的P含量僅為0. 011 左右，遠低於爐管要求的標準值0.040，從而極大地降低了成品鋼管中的夾雜 物，提高了構成爐管的成品鋼管的高溫強度要求。在本發明中，所述的鐵合金中，Cr鐵中的Cr含量大於65X， P含量小於 0.03%;鎳板為1#電解鎳，其中鎳+鈷的含量不小於99.97%， Nb合金選用 70A以上的鈮鐵。並且，在該選料及備料步驟中，最好選用塊狀的鐵合金和石 灰，不許成粉狀，其中石灰為1級品80—60咖，鈦鐵為50—100mm。在該選 料備料步驟中，選用的一切耐火材料如流鋼磚、包襯磚、袖磚等需要烘烤乾 燥，凡接觸鋼水的一切合金和保護渣等，也需要進行烘烤乾燥。在本發明的冶煉步驟中，釆用電弧爐冶煉+氬氧爐(AOD)雙聯精練方法，並具有一次不鏽鋼去P步驟。在該冶煉步驟中，按照TP347H爐管配方成分要 求，計算各種原輔材料用量。計算時，電爐採用返回法冶煉、中頻爐選用精 料冶煉，其原料材料配方必須精確計算；配方案理論計算成分，據實際溶清 成分，可有適當波動值。裝入量胺計劃牌號及錠型確定，要求注餘鋼水200Kg 左右，裝入量=(出鋼量一鐵合金加入量)+鋼鐵料綜合收得率。經過精心 得配料後，開始進行電弧爐冶煉，其參數參見圖2所示。當符合粗鋼水成分 要求且溫度大於165(TC時，出鋼進入AOD進行精練，在AOD精練過程中採用 全程的純氬保護，並選用脫氧劑(矽鈣鋇鋁+少量的稀土)及正確的餵入時 間，並根據TP347H的化學成分要求以及爐管的高溫強度要求等，配備如圖3 所示的化學成分。在該冶煉步驟中，由於具有一次不鏽鋼去P步驟，從而更 進一步減少了最終成品鋼管的夾雜物含量，提高了其高溫強度。並且，由於 在冶煉過程中採用純氬氣保護，與現有釆用氮氣保護的方法相比，保障了最 終成品鋼管的N含量，降低了 N化夾雜物，從而使成品鋼管能夠穩定保持一 定的強度。在本發明的澆注步驟中，根據TP347H爐管的單支長度要求，計算出單根 爐管的理論重量，結合成材率，選擇合適的鋼錠模子，資注成相應的鋼錠， 其中鋼錠模的參數如圖4所示。在澆注過程中，釆用純氬氣保護，耐火材料 的級別為一級以上，使用的保護渣為無碳渣，且保護渣須千燥無雜質。由於 在該澆注過程中，採用純氬氣保護，與現有採用氮氣保護的方法相比，保障 了最終成品鋼管的N含量，降低了N化夾雜物，從而使成品鋼管能夠穩定保 持一定的強度。在本發明的鍛造步驟中，其鍛造工藝包括鋼錠驗收——加熱——水壓 機開坯——二次加熱——鍛打——空冷——精整驗收——轉下道工序。在鍛 造過程中的加熱制度如圖5、圖6所示。各鋼錠(坯)按加熱制度所定工藝溫 度進行操作，加熱時間以入爐箅起算。鋼錠(坯)出爐前應加熱均勻，鋼錠 (坯)的溫差《3比為4一7之間。在本發明熱穿孔步驟中，採用錐形穿孔工藝，其具有旋轉鍛造的效果和 抑制圓周方向見切變形的作用，因此可以抑制鋼管的內面缺陷，管坯內、外 質量好，偏心率低，錐形軋輥的直徑沿出口方向逐漸加大，與穿孔時金屬的 流動速度逐漸增加一致，從而減小了作用在管坯上的周向剪應力，減少了毛管內外表面上的缺陷。熱穿孔的工藝如下裝爐——加熱——穿孔——冷卻——檢驗。穿孔的加熱制度如圖7所示。穿孔機的工藝參數如圖8所示。為 了達到荒管的最佳性能，穿孔的延伸率不小於2. 5。在本發明的軋制步驟中，採用冷扎方法，由於冷扎的特點，可以得到高 精度，表面質量好，組織均勻，機械性能好的成品管。在冷扎過程中根據爐 管的性能(如晶粒度等)控制冷加工變形率，冷扎變形率控制為35%—50%。 軋制鋼管的最長長度可達16米。其冷扎原理如下安裝在機架軸承中的工作軋輥，在軋制過程中藉助於裝在輥頸上的齒輪作 往復運動，同時又進行滾動；在下輥兩側裝著一對齒輪，是同裝在工作機架底座 兩側上的齒條相齒合的。如圖9所示，冷扎管時，鋼管套在錐形芯棒3上，用裝 在軋輥2的切，曹中的兩個軋，曹塊1進行軋制，在軋槽塊1的圓周上開有截面不斷 變化的孔型。孔型的起點尺寸相當於管料5的外徑，而其末端尺寸相當於成品管 6的外徑。當工作架在原始位置(如圖9所示的I-I位置)時，藉助於專門的機 構把管料向軋制方向送進一段距離。當工作機架向前移動時，已送進的這段管料 在由軋槽和芯棒3所構成的並逐漸減小的環形間隙中進行減徑和減壁。管料5的 變形部分成為工作錐。在軋制過程中，管料5的後端被壓住，不能在中心線方向 移動。當工作機架返回時，孔型可使已經軋制的一部分鋼管得到一定尺寸的正圓 形，並且可以在芯棒上對管料5變截面的錐形部分7進行均整。在軋槽塊3軋槽 的始端和末端均有一個叫做開口的切槽，這樣，在送進和迴轉的時候，管料5就 可以與不同車L槽i央1接觸。在本發明的熱處理步驟中，TP347H爐管的熱處理工藝如下固熔處理+ 穩定化處理。根據碳化物的溶解機制，選擇最合適的熱處理溫度和時間，固熔處理的溫度為溫度為1100° C—1150。 C，保溫時間為大於2.5min/咖壁厚， 然後快速冷卻，使碳化物(Cr23C6)溶於奧氏體中，並將此狀態保留至室溫， 從而有效改善鋼的耐蝕性。然後在固熔處理後進行穩定化熱處理，穩定化熱 處理的溫度為920—950° C,保溫時間根據壁厚確定，例如選擇為1小時、2 小時、4小時，使Cr的含量完全溶解，而Nb的碳化物不完全溶解，且在冷卻 過程中充分析出，使碳不可能再形成Cr的碳化物，從而有效消除晶間腐蝕， 提高了成品鋼管的高溫強度值和晶粒度，使爐管的使用性能得到了保障。在本發明的鍛造和熱穿孔步驟之間還包括有圓坯加工步驟。圓坯表面的 質量要求如下圓坯表面不得有裂紋、摺疊、結疤、夾雜等製造缺陷，如有 上述缺陷必須清理，表面缺陷清除後，該表面應光滑。清理標準，寬度不小 於深度的5倍，大於140mm的圓坯，清理深度不超過公稱尺寸的5%。圓坯長 度應大於或等於1500mm，圓坯彎曲度不得大於4nim/m。圓坯的外形尺寸允許 偏差±2。在本發明的圓坯加工步驟中，為了有效防止在穿孔過程可能產生的壁厚 不均問題，還包括在圓坯中心鑽工藝孔(4>80—4>120)的步驟，從而既提高 了圓坯穿孔時的預前壓縮率，又保證了穿孔過程中壁厚的均勻性。在本發明的熱穿孔與軋制步驟之間，還包括有中間坯修磨、檢驗步驟， 在該步驟中，對荒管進行超聲波探傷，修磨不合格缺陷，保證軋制荒管的質在本發明的熱處理步驟後，還包括有檢驗步驟，該檢驗步驟包括水壓試 驗、超聲波探傷、渦流探傷、液體滲透檢驗，從而保證檢測出各種缺陷，以 及化學成分、力學性能、金相檢驗、晶間腐蝕試驗等各項檢驗，從而保證了 爐管的工藝性能和實用性能。釆用本發明的上述加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其製成的TP347H的 化學性能如圖10所示，機械性能如圖11所示，非金屬夾雜物性能如圖12所 示，其他性能如圖13所示，所生產的長度如圖14所示。從圖IO—圖14可以 明顯看出，上述製造工藝製造出的爐管已經完全能夠滿足加氫裂化裝置用爐管的要求，並且解決了爐管的單支長度、高溫強度以及氫和硫化氫腐蝕等問 題，提高了爐管的使用壽命和疲勞壽命。
權利要求
1. 一種加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，該工藝包括選料及備料步驟、冶煉步驟、澆注步驟、鍛造步驟、熱穿孔步驟、軋制步驟以及熱處理步驟；其中在選料及備料步驟中，選用P含量低於或等於0.005％的純鐵為鐵基原料，選用鐵合金作為基本的合金原料。
2、 如權利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 所述的鐵合金中，Cr鐵中的Cr含量大於65X， P含量小於0.03X;鎳板為1 #電解鎳，其中鎳+鈷的含量不小於99.97%, Nb合金選用70A以上的鈮鐵。
3、 如權利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述選料及備料步驟中，選用塊狀的鐵合金和石灰。
4、 如權利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述選料備及料步驟中，選用經烘烤乾燥後的耐火材料、合金及保護渣。
5、 如權利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述冶煉步驟中，採用電弧爐冶煉+氬氧爐雙聯精練方法，並具有一次不 鏽鋼去P步驟。
6、 如權利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述冶煉步驟中，採用純氬氣保護。
7、 如權利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述澆注步驟中，採用純氬氣保護。
8、 如權利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述的鍛造步驟中，鍛造比為4一7之間。
9、 如權利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述軋制步驟中，採用冷扎方法，其中冷扎變形率為35%—50%。
10、 如權利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述熱處理步驟中，先進行固熔處理，然後再進行穩定化熱處理。
11、 如權利要求10所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於，在所述固熔處理步驟中，固熔處理的溫度為1100° C—115(T C，保溫時 間為大於2.5min/mm壁厚，然後快速冷卻，使碳化物溶於奧氏體中，並將此 狀態保留至室溫。
12、 如權利要求10所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述穩定化熱處理步驟中，穩定化熱處理的溫度為920—950° C，保溫時間 根據壁厚確定，使Cr的含量完全溶解，而Nb的碳化物在冷卻過程中充分析 出。
13、 如權利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述鍛造和熱穿孔步驟之間還包括有圓坯加工步驟，在該步驟中對圓坯表 面進行缺陷清除，使圓坯表面光滑。
14、 如權利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述圓坯加工步驟中，還包括在圓坯中心鑽工藝孔的步驟。
15、 如權利要求l所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述熱穿孔與軋制步驟之間，還包括有中間坯修磨、檢驗步驟，在該步驟 中，對荒管進行超聲波探傷，修磨不合格缺陷。
16、 如權利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於， 在所述熱處理步驟後，還包括有檢驗步驟。
17、 如權利要求16所述的加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，其特徵在於，所述檢驗步驟包括水壓試驗、超聲波探傷、渦流探傷、液體滲透檢驗以及化 學成分、力學性能、金相檢驗、晶間腐蝕試驗。
全文摘要
本發明涉及一種加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，該工藝包括選料及備料步驟、冶煉步驟、澆注步驟、鍛造步驟、熱穿孔步驟、軋制步驟以及熱處理步驟；其中在選料及備料步驟中，選用P含量低於或等於0.005％的低硫純鐵為鐵基原料，選用鐵合金作為基本的合金原料。採用本發明的該加氫裂化裝置用爐管的製造工藝，能夠通過降低P的含量，降低夾雜物含量，提高最終製造的爐管的高溫強度。
文檔編號B22D25/00GK101280385SQ200710065090
公開日2008年10月8日 申請日期2007年4月3日 優先權日2007年4月3日
發明者仇雲龍 申請人:南通特鋼有限公司