一種高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝的製作方法
2023-05-02 07:20:56
一種高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種合金管生產工藝，尤其涉及一種高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝。本發明工藝依次包括離心鑄造管坯、管坯剪斷、酸洗、第一道冷軋、中間退火、第二道冷軋、成品熱處理、理化檢驗、矯直、精整、渦流探傷（替代水壓試驗）、管體檢驗、超聲波探傷、噴標打包入庫等步驟，本發明生產流程短，可大幅度降低鎳基合金管的生產周期，提高生產效率，降低生產成本，且管坯採用離心鑄造方法生產管坯，材料利用率高，避免材料的浪費；離心鑄造管坯內表面粗糙度高，因此離心鑄造後採用酸洗的方法降低離心鑄造管坯內表面粗糙度，且兩次變形均採用冷軋的方法進行，可省略熱擠壓過程，及熱擠壓設備的增設，降低生產成本。
【專利說明】一種高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種合金管生產工藝，尤其涉及一種高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝。
【背景技術】
[0002]高壓鍋爐用合金管特別是超超臨界高壓鍋爐用合金管材要求材料具有很高的高溫強度、抗蠕變斷裂及耐蝕性能。鎳基合金作為一種理想的高溫合金材料近年來得到了廣泛的研究。由於鎳基合金具有較高的熱變形抗力和較差的熱塑性，因此鎳基合金管的生產具有較高的難度。
[0003]對現有技術文獻的檢索發現，中國發明專利[申請號:200410100466.5]公開了一種鍛造棒熱穿孔+冷加工(冷軋或冷拔)工藝加工Inconel690合金管材，由於鎳基合金具有較高的熱變形抗力，因此用熱穿孔對鎳基合金加工的難度大而且廢品率高，管坯的質量難以保證，該專利主要用於熱變形抗力較小的鎳基合金(如IncOnel690合金)管材的加工。中國發明專利[申請號:02144977.5〕公開了一種棒材+機加工+冷旋壓+冷軋工藝生產高溫合金管材的方法。該工藝需要先將棒材加工成旋壓坯料即用機加工的方法打孔，這種工藝材料利用率低，造成生產成本大幅提高。中國發明專利[申請號:201010538426.0]公開了一種鍛造棒熱擠壓+強力冷旋壓減薄加工大口徑鎳基合金管材。該工藝熱擠壓設備和強力冷旋壓設備造價較高，不適用於一般中小企業。中國發明專利[申請號:201010538461.6]公開了一種離心鑄造+熱擠壓+冷軋或冷拔的方法加工小口徑薄壁鎳基合金管的方法，該工藝同樣也存在熱擠壓設備和強力冷旋壓設備造價較高，不適用於一般中小企業的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是克服現有技術存在的缺陷，提供一種生產成本低，設備投資少的
高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝。
[0005]實現本發明目的的技術方案是:一種高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝；其特徵在於:所述鎳基合金管制備方法包括如下步驟:
[0006](I)採用臥式離心鑄造機鑄造鎳基合金管坯，所述管坯的外徑為20?300mm，壁厚為3?50mm ;
[0007](2)將管坯鋸斷至所需長度，並對管坯內外壁進行酸洗處理；酸洗處理後用清水衝洗，乾燥待用；
[0008](3)將步驟(2)中酸洗處理後的管坯進行第一道冷軋，冷軋變形量為20?35% ；
[0009](4)將步驟(3)所得的管材進行中間退火，所述中間退火溫度為1070?1200°C ；
[0010](5)將步驟(4)所得的管材進行第二道冷軋，所述第二道冷軋變形量20?35% ；
[0011](6)將步驟(5)所得的管材進行成品熱處理，所述成品熱處理包括固溶處理、中間熱處理和兩次時效處理；[0012](7)將步驟(6)所得的成品管材依次進行理化檢驗、矯直、精整、渦流探傷、管體檢驗、超聲波探傷後進行噴標打包入庫。
[0013]上述技術方案，所步驟(I)中離心鑄造澆注速度為20?30kg/s ;開始澆注時至15s內逐漸增加離心鑄造機型筒轉速，直至澆注完畢；澆注結束後，以與加速時同樣的規律降低型筒轉速，直至管坯鑄件完全凝固。
[0014]上述技術方案，所述步驟(2)中酸洗所用溶液為HF+HN03，所述HF質量分數為10%-15%，HNO3 質量分數為 30%-50%。
[0015]上述技術方案，所述步驟(4)中的中間退火溫度為1150°C。
[0016]上述技術方案，所述步驟(6)中所述固溶處理溫度為1150?1250°C，固溶處理時間為I?2h，固溶處理後水霧冷卻；中間處理溫度為980?1080°C，時間為3?5h，空冷；一次時效處理溫度為843°C，一次時效處理時間為24h，空冷；二次時效處理溫度為760°C，二次時效處理時間為16h，空冷。
[0017]上述技術方案，所述步驟(7)中的成品鎳基合金管的外徑10?114mm，壁厚為2?20mmo
[0018]上述技術方案，所述鎳基合金為Inconel617合金，成分為鉻(Cr):20?25%，銅(Cu):0.2 ?0.7%，碳(C):0.01 ?0.2%，鑰(Mo):8.0 ?10.0%，鈷(Co): 10 ?15%，鋁(Al):0.5 ?1.5%,鈦(Ti):0.2 ?0.6%,硼(B):0.01 ?0.02%,鎢(W):0.01 ?0.3%,鉭(Ta):0.01?0.3%，釹(Nd)和/或釔(Y):0.02?0.6%，餘量為鎳(Ni )及其它不可避免的微量雜
質元素。
[0019]採用上述技術方案後，本發明具有以下積極的效果:
[0020](I)本發明生產流程短，可大幅度降低鎳基合金管的生產周期，提高生產效率，降低生產成本，且管坯採用離心鑄造方法生產管坯，材料利用率高，避免材料的浪費；離心鑄造管坯內表面粗糙度高，因此離心鑄造後採用酸洗的方法降低離心鑄造管坯內表面粗糙度，且兩次變形均採用冷軋的方法進行，可省略熱擠壓過程，及熱擠壓設備的增設，降低生產成本；
[0021](2)本發明離心鑄造時速度選則在20?30%之間，且鑄造過程及凝固過程均採用一定的加速度對離心鑄造機型筒進行加速和減速，可保證離心鑄造後管坯能夠獲得全部細小的織等軸晶組織，且離心管坯密度高，組織均勻緻密，氣孔、疏鬆等缺陷少，強度高；
[0022](3)本發明採用1070?1200°C的中間退火溫度，優選1150°C的中間退火溫度可使組織發生完全再結晶且分布均勻，進一步提高材料的組織均勻性；
[0023](4)本發明採用比傳統鎳基合金較高的固溶處理溫度，從而可縮短固溶處理時間，縮短工藝周期，提高加工效率；且較高溫度的固溶處理還可獲得優良的固溶效果，對後續時效提供良好的基礎，達到彌散強化的顯著效果；
[0024](5)本發明在傳統的Inconel617合金中還添加了 W、B、Ta及稀土元素，其中W主要起固溶強化的作用具有較低環境敏感性，優先佔據晶界位置，起到淨化晶界的作用，且B在晶界的隔離能比自由表面低，更有利於B偏聚在晶界，進一步提高晶界結合強度，稀土元素的添加不僅可以起到固溶強化的作用，還可提高基體的電極電位，從而大大提高鎳基合金管的耐蝕性。【具體實施方式】
[0025]本發明為針對離心鑄造後管件的特點，在鎳基合金管冷軋前加入一道酸洗工藝，通過反覆提拉管材，使酸液可以在管件內部充分流動的酸洗方式降低鑄件內表面粗糙度，所述酸洗溶液為HF+HN03，HF質量分數為10%-15%，HNO3質量分數為30%_50% ;此外，冷軋工藝還可以有效改善管件內部偏析的情況，並通過成品熱處理徹底消除偏析，並獲得理想的組織。本發明具體工藝路線如下:管坯離心鑄造一管坯剪斷一酸洗一第一道冷軋一退火一第二道冷軋一成品熱處理一理化檢驗一矯直一精整一渦流探傷(替代水壓試驗)一管體檢驗一超聲波探傷一噴標打包入庫。
[0026](實施例1)
[0027]本發明高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝包括以下步驟:
[0028](I)採用臥式離心鑄造機鑄造鎳基合金管坯，所述管坯的外徑為92mm，壁厚為8mm ;離心鑄造澆注速度為20kg/s ;開始澆注時至15s內逐漸增加離心鑄造機型筒轉速，直至澆注完畢；澆注結束後，以與加速時同樣的規律降低型筒轉速，直至管坯鑄件完全凝固；
[0029](2)將管坯鋸斷至4600mm長度，並對管坯內外壁進行酸洗處理；酸洗處理後用清水衝洗，乾燥待用；
[0030](3)將步驟(2)中酸洗處理後的管坯進行第一道冷軋，冷軋變形量為20?35%，軋制後所得中間管外徑為76mm,壁厚為6mm ；
[0031](4)將步驟(3)所得的管材進行中間退火，所述中間退火溫度為1200°C ；
[0032](5)將步驟(4)所得的管材進行第二道冷軋，所述第二道冷軋變形量20?35%，軋制後得到成品管外徑為57mm,壁厚為4.5mm,長度為12000mm ；
[0033](6)將步驟(5)所得的管材進行成品熱處理，所述成品熱處理包括固溶處理、中間熱處理和兩次時效處理；固溶處理溫度為1250°C，固溶處理時間為2h，固溶處理後水霧冷卻；中間處理溫度為1080°C，時間為3h，空冷；一次時效處理溫度為843°C，一次時效處理時間為24h，空冷；二次時效處理溫度為760°C，二次時效處理時間為16h，空冷。
[0034](7)將步驟(6)所得的成品管材依次進行理化檢驗、矯直、精整、渦流探傷、管體檢驗、超聲波探傷後進行噴標打包入庫。
[0035]本實施例鎳基合金管材料為Inconel617，合金材料成分(重量百分比)為:鉻(Cr):20 ?25%，銅(Cu):0.2 ?0.7%，碳(C):0.01 ?0.2%，鑰(Mo):8.0 ?10.0%，鈷(Co):10 ?15%，鋁(Al ):0.5 ?1.5%，鈦(Ti):0.2 ?0.6%，硼(B):0.01 ?0.02%，鎢(W):0.01 ?0.3%,鉭(Ta):0.01?0.3%，釹(Nd):0.02?0.6%，餘量為鎳(Ni)及其它不可避免的微量雜質元素。
[0036](實施例2)
[0037]本發明高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝包括以下步驟:
[0038](I)採用臥式離心鑄造機鑄造鎳基合金管坯，所述管坯的外徑為20mm，壁厚為3mm ;離心鑄造澆注速度為25kg/s ;開始澆注時至15s內逐漸增加離心鑄造機型筒轉速，直至澆注完畢；澆注結束後，以與加速時同樣的規律降低型筒轉速，直至管坯鑄件完全凝固；
[0039](2)將管坯鋸斷至1550mm長度，並對管坯內外壁進行酸洗處理；酸洗處理後用清水衝洗，乾燥待用；
[0040](3)將步驟(2)中酸洗處理後的管坯進行第一道冷軋，冷軋變形量為20?35%，軋制後所得中間管外徑為15mm,壁厚為2.4mm ；
[0041](4)將步驟(3)所得的管材進行中間退火，所述中間退火溫度為1150°C ；
[0042](5)將步驟(4)所得的管材進行第二道冷軋，所述第二道冷軋變形量20?35%，軋制後得到成品管外徑為IOmm,壁厚為2mm,長度為6000mm ；
[0043](6)將步驟(5)所得的管材進行成品熱處理，所述成品熱處理包括固溶處理、中間熱處理和兩次時效處理；固溶處理溫度為1200°C，固溶處理時間為lh，固溶處理後水霧冷卻；中間處理溫度為1020°C，時間為5h，空冷；一次時效處理溫度為843°C，一次時效處理時間為24h，空冷；二次時效處理溫度為760°C，二次時效處理時間為16h，空冷。
[0044](7)將步驟(6)所得的成品管材依次進行理化檢驗、矯直、精整、渦流探傷、管體檢驗、超聲波探傷後進行噴標打包入庫。
[0045]本實施例鎳基合金管材料為Inconel617，合金材料成分(重量百分比)為:鉻(Cr):20 ?25%，銅(Cu):0.2 ?0.7%，碳(C):0.01 ?0.2%，鑰(Mo):8.0 ?10.0%，鈷(Co):10 ?15%，鋁(Al ):0.5 ?1.5%，鈦(Ti):0.2 ?0.6%，硼(B):0.01 ?0.02%，鎢(W):0.01 ?0.3%,鉭(Ta):0.01?0.3%，釔(Y):0.02?0.6%，餘量為鎳(Ni)及其它不可避免的微量雜質元素。
[0046](實施例3)
[0047]本發明高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝包括以下步驟:
[0048](I)採用臥式離心鑄造機鑄造鎳基合金管坯，所述管坯的外徑為150mm，壁厚為28mm ;離心鑄造澆注速度為30kg/s ;開始澆注時至15s內逐漸增加離心鑄造機型筒轉速，直至澆注完畢；澆注結束後，以與加速時同樣的規律降低型筒轉速，直至管坯鑄件完全凝固；
[0049](2)將管坯鋸斷至7180mm長度，並對管坯內外壁進行酸洗處理；酸洗處理後用清水衝洗，乾燥待用；
[0050](3)將步驟(2)中酸洗處理後的管坯進行第一道冷軋，冷軋變形量為20?35%，軋制後所得中間管外徑為132mm,壁厚為24mm ；
[0051](4)將步驟(3)所得的管材進行中間退火，所述中間退火溫度為1070°C ；
[0052](5)將步驟(4)所得的管材進行第二道冷軋，所述第二道冷軋變形量20?35%，軋制後得到成品管外徑為114mm,壁厚為20mm,長度為12000mm;
[0053](6)將步驟(5)所得的管材進行成品熱處理，所述成品熱處理包括固溶處理、中間熱處理和兩次時效處理；固溶處理溫度為1150°C，固溶處理時間為1.5h，固溶處理後水霧冷卻；中間處理溫度為980°C，時間為5h，空冷；一次時效處理溫度為843°C，一次時效處理時間為24h，空冷；二次時效處理溫度為760°C，二次時效處理時間為16h，空冷。
[0054](7)將步驟(6)所得的成品管材依次進行理化檢驗、矯直、精整、渦流探傷、管體檢驗、超聲波探傷後進行噴標打包入庫。
[0055]本實施例鎳基合金管材料為Inconel617，合金材料成分(重量百分比)為:鉻(Cr):20 ?25%，銅(Cu):0.2 ?0.7%，碳(C):0.01 ?0.2%，鑰(Mo):8.0 ?10.0%，鈷(Co):10 ?15%，鋁(Al ):0.5 ?1.5%，鈦(Ti):0.2 ?0.6%，硼(B):0.01 ?0.02%，鎢(W):0.01 ?0.3%,II(Ta) = 0.01?0.3%，釹(Nd)和釔(Y)的混合物:0.02?0.6%，餘量為鎳(Ni)及其它不可避免的微量雜質元素。
[0056]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝；其特徵在於:所述鎳基合金管制備方法包括如下步驟: (1)採用臥式離心鑄造機鑄造鎳基合金管坯，所述管坯的外徑為20?300mm，壁厚為.3 ?50mm ； (2)將管坯鋸斷至所需長度，並對管坯內外壁進行酸洗處理；酸洗處理後用清水衝洗，乾燥待用； (3)將步驟(2)中酸洗處理後的管坯進行第一道冷軋，冷軋變形量為20?35%； (4)將步驟(3)所得的管材進行中間退火，所述中間退火溫度為1070?1200°C； (5)將步驟(4)所得的管材進行第二道冷軋，所述第二道冷軋變形量20?35%； (6)將步驟(5)所得的管材進行成品熱處理，所述成品熱處理包括固溶處理、中間熱處理和兩次時效處理； (7)將步驟(6)所得的成品管材依次進行理化檢驗、矯直、精整、渦流探傷、管體檢驗、超聲波探傷後進行噴標打包入庫。
2.根據權利要求1所述的高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝，其特徵在於:所步驟(I)中離心鑄造澆注速度為20?30kg/s ;開始澆注時至15s內逐漸增加離心鑄造機型筒轉速，直至澆注完畢；澆注結束後，以與加速時同樣的規律降低型筒轉速，直至管坯鑄件完全凝固。
3.根據權利要求1所述的高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝，其特徵在於:所述步驟(2)中酸洗所用溶液為HF+HN03，所述HF質量分數為10%-15%，HNO3質量分數為30%_50%。
4.根據權利要求1所述的高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝，其特徵在於:所述步驟(4)中的中間退火溫度為1150°C。
5.根據權利要求1所述的高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝，其特徵在於:所述步驟(6)中所述固溶處理溫度為1150?1250°C，固溶處理時間為I?2h，固溶處理後水霧冷卻；中間處理溫度為980?1080°C，時間為3?5h，空冷；一次時效處理溫度為843°C，一次時效處理時間為24h，空冷；二次時效處理溫度為760°C，二次時效處理時間為16h，空冷。
6.根據權利要求1所述的高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝，其特徵在於:所述步驟(7)中的成品鎳基合金管的外徑10?114mm,壁厚為2?20mm。
7.根據權利要求1?6任一項權利要求所述的高壓鍋爐用鎳基合金管生產工藝，其特徵在於:所述鎳基合金為Inconel617合金，成分為鉻(Cr):20?25%，銅(Cu):0.2?0.7%，碳(C):0.01 ?0.2%，鑰(Mo):8.0 ?10.0%，鈷((:0):10 ?15%，鋁(Al):0.5 ?1.5%，鈦(Ti):.0.2 ?0.6%，硼(B):0.01 ?0.02%，鎢(W):0.01 ?0.3%，鉭(Ta):0.01 ?0.3%，釹(Nd)和/或乾(Y):0.02?0.6%，餘量為鎳(Ni)及其它不可避免的微量雜質元素。
【文檔編號】B23P15/00GK103753146SQ201410030716
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】周文慶, 周益鑫, 範琪 申請人:常州盛德無縫鋼管有限公司