高鉻鐵素體不鏽鋼無縫管的冷加工工藝的製作方法

2023-11-04 21:47:57

專利名稱：高鉻鐵素體不鏽鋼無縫管的冷加工工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於金屬加工領域，尤其涉及鐵素體不鏽鋼管的製造，特別適用於鐵素體不鏽鋼無縫管的冷加工。
背景技術：
鐵素體不鏽鋼係指鉻含量在11％-30％，具有體心立方晶體結構，在使用狀態下以鐵素體組織為主的不鏽鋼。鐵素體不鏽鋼除具有不鏽性和耐一般腐蝕性能外，重要的是其耐氯化物應力腐蝕、耐點蝕、耐縫隙腐蝕等局部腐蝕性更為優良，它鐵素體不鏽鋼的強度高，熱膨脹係數低，又有節鎳不鏽鋼的美稱，雖其優點多多卻用途不廣，原因在於，鐵素體不鏽鋼塑性差、冷加工困難，特別是高鉻不鏽鋼成型困難，加工過程中易產生裂紋，合格率相當低，加大了成本，制約了產業應用。
業界在不鏽鋼無縫鋼管制造上有很多成績，如中國專利95195732.5公開了一種製造無縫鋼管的方法以及用於實施該製造方法的製造設備，該方法可以通過簡化的製造工序和製造設備以低的製造成本製造具有良好的生產性和優於現有產品的性能的無縫鋼管。該方法由包括依次連續的下述①～⑧的工序構成，從鋼坯製造到產品的工序和製造設備由連續的一條線路連接。①由連續鑄造法製造橫斷面形狀為圓形的鋼坯的工序；將鋼坯冷卻到Ar#-[1]相變點以下溫度的工序；將鋼坯加熱到可穿孔的溫度的工序；④以200/秒以下的應變速度進行穿孔軋制、製造空心管坯的工序；⑤通過連續延伸軋機和精軋機直接連接地配置的軋機、以預定的平均應變速度、加工度以及終軋溫度對空心管坯進行延伸軋制和精軋從而製造鋼管的工序；⑥在Ar#-[3]相變點以上的溫度對鋼管進行再結晶處理的工序；從Ar#-[3]相變點以上的溫度對鋼管進行淬火的工序；對鋼管進行回火處理的工序。
習知技術對於鐵素體不鏽鋼無縫鋼管制造尚無良策，尤其對高鉻鐵素體不鏽鋼小直徑無縫鋼管的生產製造，無法解決鋼管內外表面裂紋，深加工成材率相當低的問題。

發明內容
本發明所要解決的問題在於克服前述技術存在的上述缺陷，而提供一種高鉻鐵素體不鏽鋼無縫管的冷加工工藝。
本發明的首要目的在於提供一種適於加工高鉻鐵素體小直徑不鏽鋼無縫鋼管的工藝方法。
本發明解決其技術問題是採取以下技術方案來實現的，依據本發明提供的一種高鉻鐵素體不鏽鋼無縫管的冷加工工藝，對符合工藝條件的熱軋成型管材依如下工序製成鐵素體不鏽鋼無縫管，其中，包括如下工序第一序軋制，經矯直、修磨、截切、酸洗後上軋機軋制，變形量控制在40.5％；第二序軋制，對第一序軋製品進行退火，矯直、酸洗後上軋機軋制變形量控制在45％；第三序軋制，對第二序軋製品進行退火，矯直酸洗後軋機軋制，變形量控制在45％；第四序空拔，對第三序軋製品進行退火，再空拔，變形量控制在14.5％；第五序冷拔減壁，對第四序空拔管進行退火，再矯直、截切、減壁，變形量控制在29.5％；第六序冷拔減壁，對第五序空拔管進行退火，再矯直、截切、減壁，變形量控制在21.5％；第七序空拔，對第六序的冷拔減壁管進行退火，再空拔，變形量控制在13.5％；第八序空拔，對第七序的空拔管進行退火，再空拔，變形量控制在18.5％；第九序空拔，對第八序的空拔管進行退火，再空拔，變形量控制在24.5％，第十序軋制，對第九序的空拔管進行退火，再矯直、酸洗，軋制出成品，變形量控制在47.5％；第十一序成品退火，對第十序的成品管進行真空退火。
前述的冷加工工藝，其中第二序軋制，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在50分鐘，出爐水冷；第三序軋制，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在40分鐘，出爐水冷；第四序軋制，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在30分鐘，出爐水冷；第五序冷拔減壁，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在25分鐘，出爐水冷；第六序冷拔減壁，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在23分鐘，出爐水冷；第七序冷拔減壁，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在20分鐘，出爐水冷；第八序空拔，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在15分鐘，出爐水冷；第九序空拔，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在13分鐘，出爐水冷；第十序軋制，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在10分鐘，出爐水冷；第十一序成品退火，所述真空退火的入爐溫度500℃，爐溫升至880℃時，保溫30分鐘，出爐空冷。
本發明與現有技術相比具有顯著的優點和有益效果由以上技術方案可知，本發明在優異的結構配置下，至少有如下的優點本發明的工藝配置有效的解決了鐵素體不鏽鋼的脆性問題，減少甚至避免了碳、氮化合物的沉澱析出，大大改善高溫脆性問題，有效防止敏化，避免晶間腐蝕問題的出現；採用冷拔和冷軋工藝結合的方式進一步解決了生產鐵素體不鏽鋼無縫管易出裂紋的問題。本發明可大大提高了生產鐵素體不鏽鋼無縫管成品率，降低生產成本，與現有技術的相比具有顯著的技術進步，和重要的經濟意義，易於產業推廣和應用。


圖1本發明加工物熱處理中保溫時間曲線示圖；圖2是具有本發明的工藝流程圖；圖3鐵素體型鋼和奧氏體型鋼隨溫度變化晶粒度粗化的比較圖；圖4本發明產成品金相圖。
本發明的具體實施方式
由以下最佳實施例詳細給出具體實施方式
以下結合較佳實施例，對依據本發明提供的具體實施方式
、特徵及其功效，詳細說明如後；為了簡單和清楚的目的，下文恰當的省略了公知技術的描述，以免那些不必要的細節影響對本技術方案的描述。
製造一種AISI446鐵素體不鏽鋼無縫管，規格為Φ6.3×0.3mm，外徑為±0.1mm、壁厚為0.3-0.35mm、長度58.5±0.1mm；性能要求HV＜200深加工時不允許有裂紋，且加工後延伸一致。
首先，提供符合條件的鋼錠，其中，鋼錠的化學成份滿足碳C≤0.12％；矽Si＜1.0％；錳Mn≤0.8％；硫S≤0.03％；磷P＜0.0035％；鉻Cr24-27％；鈦Ti5c-0.8％，其餘是Fe，5c為5倍的碳含量，鉻Cr含量控制在24-25％範圍，更易進行後面的冷加工；鋼錠的氣體含量為氮氣N2、氫氣H2、氧氣O2均在30ppm；鋼錠的非金屬夾雜物允許值不允許矽酸鹽或氧化物成帶狀或網狀；鋼錠的低倍組織，縮孔和中心疏鬆的深度不超過鋼錠高度的4-5％；鋼錠的晶粒度均勻，且表面不允許有裂紋、結疤；鍛造工序中壓縮比K確定為8-12之間，以保證管坯的良好的機械性能；鍛造加工的始鍛溫度1050℃-1120℃，終鍛溫度800℃-850℃，以得到細的晶粒組織的錠棒，防止脆性；將鍛棒加工為管坯，並進行穿孔熱軋，(1)將鍛棒加工為管坯，選用最小的穿孔機組，Φ35二輥斜軋穿孔機組及Φ30三輥熱軋機組，以減少加工道次；(2)對管坯進行加熱，依照低溫慢速均勻加熱，高溫快速加熱的原則，以有效克服鋼質的脆性生成，避免加熱產生裂紋，具體是a.管坯隨爐加熱，600℃以前慢慢均勻加熱，加熱2小時；b.爐溫升至900℃進行保溫，保溫時間20-30分鐘；c.繼續加熱，爐溫升至1050℃-1100℃時；依前序可有效的使管坯斷面上和長度上加熱均勻，避免網狀碳化物的出現；避免因溫升過高，鋼管出現粗大的晶粒組織，降低鋼的高溫塑性。
(3).對(2)序的管坯穿孔而後，連續熱軋，終軋溫度850℃，變形量控制在45％，使管坯具有良好的塑性加工組織和改善金屬組織性能；在穿孔熱軋的工序中控制好加熱溫度的上下限、終軋溫度、變形量等參數，可有效控制金屬內部的構造變化，提高鋼管的機械性能；一種鐵素體不鏽鋼無縫管的冷加工工藝，對前序熱軋成型的管材進行冷加工，包括如下步驟第一序軋制，經矯直、修磨、截切、酸洗後上軋機軋制，變形量控制在40.5％；第二序軋制，對第一序軋製品進行退火，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在50分鐘，出爐水冷，矯直、酸洗後上軋機軋制變形量控制在45％；第三序軋制，對第二序軋製品進行退火，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在40分鐘，出爐水冷，矯直酸洗後軋機軋制，變形量控制在45％；第四序空拔，對第三序軋製品進行退火，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在30分鐘，出爐水冷，再空拔，變形量控制在14.5％；第五序冷拔減壁，對第四序空拔管進行退火，退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在25分鐘，出爐水冷，再矯直、截切、減壁，變形量控制在29.5％；第六序冷拔減壁，對第五序空拔管進行退火，退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在23分鐘，出爐水冷，再矯直、截切，減壁，變形量控制在21.5％；第七序空拔，對第六序的冷拔減壁管進行退火，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在20分鐘，出爐水冷，再空拔，變形量控制在13.5％；第八序空拔，對第七序的空拔管進行退火，退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在15分鐘，出爐水冷，再空拔，變形量控制在18.5％；第九序空拔，對第八序的空拔管進行退火，退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在13分鐘，出爐水冷，再空拔，變形量控制在24.5％；第十序軋制，對第九序的空拔管進行退火，退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在10分鐘，出爐水冷，再矯直、酸洗，軋制出成品，變形量控制在47.5％；第十一序成品退火，對第十序的成品管進行真空退火，所述真空退火的入爐溫度500℃，爐溫升至880℃時，保溫30分鐘，出爐空冷。
5.冷加工的工序的具體實施例是將Φ35的車光棒穿孔為Φ35.5×4.5-5的管材，進行熱軋成Φ30×3的管材；經過矯直、修磨、截切、酸洗處理後，上LD-30軋機，軋成Φ26×2，變形量為40.5％的管材；再進行退火、矯直、酸洗後，上LD-30軋機，軋成Φ23×1.2，變形量為45％的管材；再進行退火、矯直、酸洗後，上LD-30軋機，軋成Φ21×0.7，變形量為45％的管材；再進行退火、空拔至Φ17×0.75，變形量為14.5％的管材；再進行退火、矯直、截切後，用長芯棒減壁為Φ16.1×0.55，變形量為29.5％的管材；再進行退火、矯直、截切後，再用長芯棒減壁為Φ15.4×0.45，變形量為21.5％的管材；再進行退火、空拔至Φ12.7×0.48，變形量為13.5％的管材；繼續退火、空拔至Φ9.7×0.5，變形量為18.5％的管材，繼續退火、空拔至Φ7.1×0.55變形量為24.5％的管材；繼續退火，矯直、酸洗，上LDD6-12軋機軋成Φ6.3×0.3-0.35變形量為47.5％的管材；對成品管進行真空退火，入爐溫度500℃，爐溫升至880℃時，保溫30分鐘，出爐空冷。
以下結合鐵素體不鏽鋼無縫管制造困難的主要因素，闡述本方法的相應措施鐵素體不鏽鋼的脆性問題1.α脆性已知，α相硬而脆，含鉻在15-70％範圍內的合金，通過540-815℃加熱就會產生α脆性，並且在700-800℃左右加熱產生α脆性的速度最快；含鉻越高合金，α脆性越大；鉬Mo、矽Si、鈮Ni、錳Mn等能促進α相生成，碳C、氮N抑制其生成；而含鉻高達25-30％的鋼(如446鋼)，在熱處理時若冷卻速度慢，就能引起這種脆性；α相脆性的產生，使鋼的硬度提高，卻顯著降低了鋼的塑性，缺口韌性及耐蝕性能，給加工和使用帶來問題。
本發明在冷加工的退火處理中以水冷的方法著重解決了此問題，當α相現象出現時，可以通過加熱至800℃以上溫度，保溫一定時間使其溶解後快速水冷，冷卻至室溫，以此消除α相現象。
2. 475℃脆性已知，含鉻12％以上的鐵素體型鋼，加熱在340℃-540℃溫度時，經一定時間後，鋼的硬度增加，衝擊韌性顯著降低，尤以475℃時最為嚴重，硬度最高，27鉻鋼經475℃×100小時加熱後，其常溫的抗拉強度增加50％，屈服強度增加150％，而延伸率則變為零；鋼材中鋁Al、矽Si、鉬Mo、鈮Nb、鈦Ti、錳Mn、釩V等元素的存在，將促進這種脆性產生。
本發明在冷加工工藝的退火工藝中，以保溫時間的科學確定著重解決了此問題，當出現475℃脆性問題時，可以通過將鋼加熱到600℃以上，並保溫一定的時間，快速冷至室溫的辦法來消除，溫度越高脆性消除越容易，通常是在700-800℃之間處理為宜。
3.高溫脆性高溫脆性是伴隨著晶粒粗化而帶來的脆性，當鋼材加熱到950℃-1000℃以上，急冷至室溫就會產生這種高溫脆性，鋼材含鉻量越高，這種脆性越嚴重，如446鋼，經1000℃×100小時加熱時，常溫下的彎曲角度為零，因此高鉻鋼在熱處理時，最忌過熱，產生高溫脆性的基本原因是碳、氮等間隙元素的結合物在晶界析出，因此，降低鋼中的碳、氮含量，減少甚至避免碳、氮化合物的沉澱析出，可以大大改善高溫脆性。本發明在冷加工工藝的退火工序中將退火溫度確定為850-880℃就著重解決了此問題。
4.晶間腐蝕鐵素體型不鏽鋼的晶間腐蝕，加熱溫度在860℃以上時快速冷卻，材料被敏化後，會產生晶間腐蝕，反之，若緩慢冷卻就不會產生敏化。加熱溫度在700-800℃時，材料經短時間加熱即可恢復，若慢冷卻，即使溫度有所提高，管材也不產生晶間腐蝕。加入鈦Ti或鈮Nb，且當Ti≥6×(C+N)或Nb≥8×(C+N)時就可防止敏化。本發明在冷加工工序中當加工物加熱溫度到860℃以上時，快速冷卻，就著重解決了此問題。
塑性差，難加工問題由於鐵素體不鏽鋼的塑性很差，如446鋼，根據冷拔原理，金屬變形處於一向拉和二向壓的應力狀態，由於應力狀態中存在拉應力，拔制時金屬塑性差，然而對低塑性金屬拔制比較困難；根據冷軋原理，金屬變形過程反映了材料壓應力狀態，適合製造塑性差，拉拔困難的管材，冷軋的效率低，成本高，冷拔的效率高，故針對製造塑性很差的鐵素體不鏽鋼管，本發明在冷加工工藝中應用冷拔、冷軋結合的工藝著重解決了此問題。
在詳細說明的較佳實施例之後，熟悉該項技術人士可清楚的了解，在不脫離下述申請專利範圍與精神下可進行各種變化與修改，且本發明亦不受限於說明書中所舉實施例的實施方式。
權利要求
1.一種高鉻鐵素體不鏽鋼無縫管的冷加工工藝，對符合工藝條件的熱軋成型管材依序製成鐵素體不鏽鋼無縫管，其中，包括如下工序第一序軋制，經矯直、修磨、截切、酸洗後上軋機軋制，變形量控制在40.5％；第二序軋制，對第一序軋製品進行退火，矯直、酸洗後上軋機軋制變形量控制在45％；第三序軋制，對第二序軋製品進行退火，矯直酸洗後軋機軋制，變形量控制在45％；第四序空拔，對第三序軋製品進行退火，再空拔，變形量控制在14.5％；第五序冷拔減壁，對第四序空拔管進行退火，再矯直、截切、減壁，變形量控制在29.5％；第六序冷拔減壁，對第五序空拔管進行退火，再矯直、截切、減壁，變形量控制在21.5％；第七序空拔，對第六序的冷拔減壁管進行退火，再空拔，變形量控制在13.5％；第八序空拔，對第七序的空拔管進行退火，再空拔，變形量控制在18.5％，第九序空拔，對第八序的空拔管進行退火，再空拔，變形量控制在24.5％，第十序軋制，對第九序的空拔管進行退火，再矯直、酸洗，軋制出成品，變形量控制在47.5％，第十一序成品退火，對第十序的成品管進行真空退火。
2.如權利要求1所述的冷加工工藝，其特徵在於第二序軋制，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在50分鐘，出爐水冷；第三序軋制，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在40分鐘，出爐水冷；第四序軋制，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在30分鐘，出爐水冷；第五序冷拔減壁，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在25分鐘，出爐水冷；第六序冷拔減壁，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在23分鐘，出爐水冷；第七序冷拔減壁，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在20分鐘，出爐水冷；第八序空拔，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在15分鐘，出爐水冷；第九序空拔，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在13分鐘，出爐水冷；第十序軋制，所述的退火的入爐溫度500℃，爐溫升至850℃時，保溫時間在10分鐘，出爐水冷；第十一序成品退火，所述真空退火的入爐溫度500℃，爐溫升至880℃時，保溫30分鐘，出爐空冷。
全文摘要
一種高鉻鐵素體不鏽鋼無縫管的冷加工工藝，其中，對符合工藝條件的熱軋成型管材反覆軋制，將變形量控制在予設值；對前序軋製品進行退火，出爐水冷，再空拔；再反覆冷拔減壁，將變形量控制在予設值；對前序空拔管進行退火，出爐水冷，再矯直、截切、減壁，將變形量控制在予設值；再反覆空拔，將變形量控制在予設值；再成品退火，對前序的成品管進行真空退火，再空冷。本發明的工藝配置有效的解決了鐵素體不鏽鋼的脆性問題，減少甚至避免了碳、氮化合物的沉澱析出，大大改善高溫脆性問題，有效防止敏化，避免晶間腐蝕問題的出現；採用冷拔和冷軋工藝結合的方式解決了生產鐵素體不鏽鋼無縫管易出裂紋的問題。
文檔編號B23P13/00GK1721128SQ200410019978
公開日2006年1月18日 申請日期2004年7月14日 優先權日2004年7月14日
發明者於慶蓮 申請人:天津市天材科技發展有限公司