ASME SA-213 T91高壓鍋爐用無縫鋼管冷拔生產(chǎn)工藝研究_冶金/礦山/地質(zhì)_工程科技_專業(yè)資料。第３７卷第２期 ２００９年４月 金囊材料與冶金工程

 金囊材料與冶金工程ＭＥＴＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖ０１．３７ Ａｐｒ ＮＯ．２ ２００９ ＡＳＭＥ ＳＡ一２ １ ３ Ｔ９ １高壓鍋爐用 無縫鋼管冷拔生產(chǎn)工藝研究李旭升，陳紹林，田（衡陽鋼管（集團(tuán)）有限公司，湖南 摘 研衡陽４２１００１）  ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼具有高的熱強(qiáng)性能。 和工藝性能都能達(dá)到ＡＳＭＥ標(biāo)準(zhǔn)要求。 良好的持久塑性和焊接性能，以及良好的抗氧 化和抗腐蝕性能．可用于制造金屬壁溫＜６２５℃ 的高壓鍋爐再熱器、過熱器等受熱面管和金屬 壁溫≤６００℃的鍋爐集箱、蒸汽導(dǎo)管等?，F(xiàn)階 段，ＡＳＭＥ 由于ＡＳＭＥＳＡ一２１３ １ 生產(chǎn)工藝用戶需求ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼管（化學(xué) Ｔ９１鋼已逐步成為我國制 成分見表１）規(guī)格大多以小口徑鋼管為主，由于 熱軋機(jī)組能力限制，多數(shù)不能直接生產(chǎn)，國內(nèi) 生產(chǎn)ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３’１”９１鋼管廠家多以熱軋?zhí)?供毛管（荒管）供冷軋生產(chǎn)。衡陽華菱鋼管集 團(tuán)有限公司為生產(chǎn)ＡＳＭＥＳＡ一２１３ 造大容量亞臨界和超臨界電站鍋爐的主要鋼種。ＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼合金元素含量較多． 且鉻含量較高，因此采用傳統(tǒng)的冷拔生產(chǎn)方式 十分困難。衡陽華菱鋼管集團(tuán)有限公司冷拔分 廠經(jīng)過不斷探索，已摸索出成熟的冷加工工藝 方案，成功地批量生產(chǎn)出ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９１ Ｔ９１鋼管， 通過８９連軋管機(jī)組生產(chǎn)毛管，供冷撥管分廠生 產(chǎn)成品．冷拔分廠采用多道次循環(huán)冷拔生產(chǎn)成 品鋼管。８９連軋管機(jī)組生產(chǎn)ＡＳＭＥＳＡ一２１３ 鋼管。鋼管尺寸和內(nèi)外表面精度高，機(jī)械性能收稿ｔ：ｌ期：２００９—０３—０８ 作者簡介：李旭升（１９６８一），男．工程師，主要從事軋印工藝和質(zhì)量管理工作ａ 萬方數(shù)據(jù) ３６ 金屬材料與冶金工程 Ｖ０１．３７ Ｎｏ．２ Ｔ９１鋼管的工藝路線為：管坯切斷一環(huán)形爐加熱 一兩輥錐形輥穿孔一六機(jī)架半浮芯棒連軋一步進(jìn) 爐加熱一高壓水除磷一二十四機(jī)架微張力減徑一 鋸切一毛（荒）管。 表１ ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼化學(xué)成分（％） １．１ 毛（荒）管準(zhǔn)備及質(zhì)量檢驗(yàn) 為了確保投入冷拔生產(chǎn)的毛管質(zhì)量合格， 裝入庫。 毛管熱打頭時(shí)．加熱溫度在相變點(diǎn)溫度以 上．頭部強(qiáng)度、硬度較高，需要進(jìn)行毛管高溫 回火：半成品檢驗(yàn)及修磨，是為了清除毛管帶 來的較隱性而通過冷拔后所暴露出米的及冷拔 自身產(chǎn)生的缺陷。以保證鋼管質(zhì)量；成品預(yù)熱 回火及矯直目的是為成品熱處理做準(zhǔn)備，以便 保證成品管機(jī)械、工藝性能均勻穩(wěn)定。 １．３工藝參數(shù)的選擇１．３．１ 對毛管進(jìn)行了認(rèn)真準(zhǔn)備及仔細(xì)的質(zhì)量檢驗(yàn)。毛 管準(zhǔn)備及檢驗(yàn)的工藝路線為：熱軋毛管一毛管定 切一高溫回火一矯直一渦流探傷＋超聲探傷一毛 管檢驗(yàn)修磨一毛管熱打頭及頭部打孔。 熱軋毛（荒）管終軋溫度在相變點(diǎn)以上， 以至強(qiáng)度和硬度高、塑性差．直接矯直會出現(xiàn) 鋼管縱向裂紋或炸裂。因此，在矯直前，毛管 要進(jìn)行高溫回火處理，降低強(qiáng)度和硬度、提高 塑性。 １．２冷拔工藝流程 毛管高溫回火一毛管酸洗及潤滑一短芯棒冷 拔一高溫回火一酸洗一半成品檢驗(yàn)及修磨一酸洗 及潤滑一第二道短芯棒冷拔一軋頭一高溫回火一 酸洗一半成品檢驗(yàn)及修磨一酸洗及潤滑一空拔一 高溫回火一酸洗一半成品檢驗(yàn)及修磨一酸洗及潤 滑一空拔成品一預(yù)熱高溫回火一矯直一成品正火 ＋回火一矯直一切頭尾及取樣一理化檢驗(yàn)一渦流 探傷＋超聲探傷一切肓區(qū)及定尺一人工檢驗(yàn)一包 表２熱軋及正火ＡＳＭＥ 熱處理工藝參數(shù)ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼在熱軋及正火后冷 狀態(tài)時(shí)．強(qiáng)度及硬度高，塑性差（見表２）。為 了降低ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９ｌ鋼冷拔時(shí)強(qiáng)度及硬 度．提高塑性，找到適合冷拔生產(chǎn)的最佳熱處 理工藝。通過查找ＣＣＴ曲線，可以看出ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼的Ａｃ，相變點(diǎn)為９０５．５ ｏｃ，Ａｃ Ｊ 為８４０．９ ｏｃ，Ｍｓ為４２０’１２，Ｍｆ為２４０ ｏＣ。經(jīng)過 試驗(yàn)．ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９ｌ毛管及半成品經(jīng)高 溫回火處理后．可以獲得強(qiáng)度及硬度較低，塑 性較好的物理性能（見表３）。 Ｔ９１鋼管機(jī)械性能 ＳＡ一２１３ 表３高溫回火ＡＳＭＥ 鋼管機(jī)械性能 ＳＡ一２１３ Ｔ９１ １．３．２硫酸酸洗參數(shù)… ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９ｌ鋼中鉻含量較高。熱 軋或熱處理后的鋼管表面氧化膜中存在ＣｈＯ，和 尖品石ＦｅＯ?Ｅｒ９０３，酸洗比較困難。ＡＳＭＥ一２１３ ＳＡ Ｔ９ｌ鋼管氧化鐵皮若不清除干凈。冷拔時(shí) 會造成抖紋及鋼管內(nèi)外劃道。為了清除ＡＳ／ＶＩＥＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼管的氧化鐵皮．經(jīng)過不斷試驗(yàn)， 萬方數(shù)據(jù) ２００９＃－ｇ ２期 李旭升等：ＡＳＭＥＳＡ一２１３Ｔ９１高壓鍋爐用無縫鋼管冷拔生產(chǎn)工藝研究 ３７ 確定選用含有三價(jià)鐵硫酸鹽的硫酸溶液酸洗， 且在硫酸溶液中加入了少量食鹽及專用添加劑， 酸洗效果較好。硫酸酸洗的參數(shù)為：硫酸濃度 （Ｈ：Ｓ０４）１２％一１５％，食鹽（ＮａＣＩ）少量，添加 劑ｌ％．３％，亞鐵含量在１００—２００９／ｔ，，酸洗溫 度７０～８０℃，酸洗時(shí)問６０—９０ １．３．３專用潤滑油潤滑ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼管屬于高合金鋼，ｍｉｎ。 １．３．４冷拔工藝ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼管冷拔生產(chǎn)變形抗 力大，因此，對工模具強(qiáng)度及硬度要求高，采 用短芯棒拔制時(shí)。拉桿要求具有足夠的強(qiáng)度， 生產(chǎn)過程中拉桿才不會發(fā)生較大的彈性變形， 否則．會發(fā)生模具粘鋼劃道及拉桿抖動而造成 鋼管劃道及抖紋，影響鋼管實(shí)物質(zhì)量。生產(chǎn)時(shí) 使用加厚硬質(zhì)合金外模，強(qiáng)度及硬度較高的滲 金屬內(nèi)?；蚬つｄ搩?nèi)模。短芯棒拉桿選用直徑 較大及強(qiáng)度高的材料；拔制速度不能太大。短芯 棒拔制時(shí)，拔制速度應(yīng)在１５ ｍ／ｍｉｎ以下，無芯棒 拔制時(shí)，拔制速度在２５ｍ／ｍｉｎ以下。拔制速度快， 工模具發(fā)熱大．易粘鋼。ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９１ 采用傳統(tǒng)的磷化工藝及皂化工藝潤滑效果不好， 冷拔時(shí)鋼管易打槍斷頭及產(chǎn)生嚴(yán)霞劃道。衡陽 華菱鋼管集團(tuán)有限公司生產(chǎn)ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼管．采用了專用潤滑油，專用潤滑油潤滑 效果較好。專朋潤滑油潤滑的工藝路線為：酸 洗一水洗一干燥一專用潤滑油一瀝干一冷拔。表４ 鋼管冷拔工藝對比試驗(yàn)見表４和表５。 ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼４２×３．５冷拔工藝一 通過以上兩種冷拔工藝，經(jīng)大批量生產(chǎn)實(shí) 驗(yàn)證明以上工藝路線完全適合ＡＳＭＥ Ｔ９１鋼管冷拔生產(chǎn)。對ＡＳＭＥ 表６和表７。ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼管在冷拔變形量較ＳＡ一２１３ 表６ ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼管 冷拔前后試驗(yàn)結(jié)果木 ＳＡ一２１３ Ｔ９ｌ鋼 管進(jìn)行了冷拔前后力學(xué)性能試驗(yàn)．試驗(yàn)結(jié)果見 小時(shí)。加工硬化就達(dá)到一個(gè)較高的程度，隨著 變形量增加，只有少量加工硬化。因此在安排 冷拔生產(chǎn)工藝時(shí)，延伸系數(shù)相對可以取大些。 這樣可以減少中間準(zhǔn)備工序，降低生產(chǎn)成本， 加快鋼管生產(chǎn)周期，提高鋼管實(shí)物質(zhì)量。考慮 到拉桿、螺釘及內(nèi)模強(qiáng)度，帶芯棒拔制時(shí)，延 ?Ａｌ、Ａ２為退火毛管：Ｂ１、Ｂ２為拔制第一道次；Ｃ１、 Ｃ２為５７ｘ３．９未退火連拔第二道次，規(guī)格４９ｘ３９；ＡＩ、 Ｂｌ、Ｃｌ為同一根鋼管；Ａ２、Ｂ２、Ｃ２為同一根鋼管。 萬方數(shù)據(jù) ３８ 金屬材料與冶金工程 Ｖ０１．３７ Ｎｏ．２ 表７ ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９Ｉ銅管 發(fā)熱進(jìn)而粘鋼產(chǎn)生劃道。取得了較好效果。 ２．３抖紋 ‘ 冷拔前后試驗(yàn)結(jié)裂 抖紋是指在短芯棒生產(chǎn)時(shí)，鋼管內(nèi)外表面 呈現(xiàn)高低不一．?dāng)?shù)目不同的波浪形環(huán)痕，有的 是連續(xù)的，有的是斷續(xù)的，可能是整圈的，也 有可能不是整圈的。造成抖紋的具體原因是：酸 洗和潤滑質(zhì)量不好．拔制時(shí)摩擦力增加而且不斷 變化．熱處理后沿鋼管長度力學(xué)性能不一致，芯 棒拉桿過長過細(xì)，芯棒位置過前或過后，以及變 形量過大等。通過提高酸洗、潤滑和熱處理質(zhì)量 ?Ａ一由６３．５Ｘ５一道直接拔制到５７×３．９：Ｂ一由６３．５ 及避免使用直徑過細(xì)拉桿，正確調(diào)整芯棒位置， 合理安排變形量等．可以防止抖紋的產(chǎn)生。２．４縱向開裂 ×５一道直接拔制到６０Ｘ４．３；Ｃ一由６０ｘ４．３不退火． 直接拔制到５７ｘ３．９。 伸系數(shù)一般在１．２５—１．５０，無芯棒拔制時(shí)，由于 金屬變形不均勻．金屬內(nèi)部存在較大的殘余應(yīng) 力，延伸系數(shù)一般在１．１５。１．３０。ＡＳＭＥ２１３ ＳＡ一 縱向開裂是指鋼管呈現(xiàn)穿透管壁的縱向裂 開，具有突發(fā)性。一般發(fā)生在全長，有時(shí)發(fā)生 在靠錘頭部分一端。一般管縱向開裂通常出現(xiàn) 在無芯棒拔管中．ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９１鋼管冷拔后都存在著較大的殘余應(yīng)力． Ｔ９１鋼管帶 冷拔后若不及時(shí)進(jìn)行熱處理，鋼管在殘余應(yīng)力 及各種介質(zhì)的作用下。會發(fā)生縱向裂紋甚至全 長炸裂。試驗(yàn)證明．ＡＳＭＥＳＡ一２１３ 芯棒拔制后，若不進(jìn)行熱處理，放置時(shí)間較長， 也會發(fā)生縱向開裂。縱向開裂的具體原因?yàn)樽?形量大。拔制后鋼管內(nèi)存在較大的拉伸殘余應(yīng) 力。為了避免出現(xiàn)縱向開裂。合理安排變形量 及拔制后的鋼管應(yīng)及時(shí)進(jìn)行熱處理。 ３ Ｔ９１鋼管ｈ。 冷拔后至熱處理前．放置時(shí)間不能超過８ ２ 缺陷分析ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１冷拔鋼管主要缺陷有： 結(jié) 論ＳＡ一２１３ 內(nèi)折、劃道、抖紋、縱向開裂等。２．１ （１）采用高溫回火工藝對ＡＳＭＥＴ９ 內(nèi)折 內(nèi)折是指在鋼管的內(nèi)表面呈片狀、直線狀 １毛管及半成品進(jìn)行熱處理．鋼管可獲得塑性較 高、強(qiáng)度及硬度較低的力學(xué)性能，適于冷拔生產(chǎn)。 （２）通過在硫酸溶液中加入少量工業(yè)食鹽 及添加專用的添加劑，可以得到好的酸洗效果。 （３）采用專用潤滑油潤滑，潤滑效果好， 鋼管劃道少。 （４）冷拔延伸系數(shù)，芯棒管在１．２５．１．５０， 元芯棒拔制在１．１５一１．３０，冷拔生產(chǎn)正常．鋼管 不易出現(xiàn)抖紋和縱向裂紋。 （５）通過以上工藝實(shí)踐，已經(jīng)生產(chǎn)出數(shù)百 噸ＡＳＭＥＳＡ一２１３ 或螺旋狀的折疊。這種缺陷有全長性的，也有 局部的。主要是毛管穿孔及連軋生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的， 冷拔生產(chǎn)一般不會產(chǎn)生內(nèi)折缺陷。 ２．２劃道 劃道是指鋼管內(nèi)外表面上呈現(xiàn)縱向直線形 的連續(xù)或不連續(xù)的長短不一的劃痕，多為溝狀。 主要有兩種情況，一種是鋼管酸洗時(shí)氧化鐵皮 未洗凈，冷拔時(shí)氧化鐵皮粘結(jié)在模具表面而劃 傷鋼管：另一種情況是鋼管潤滑質(zhì)量不良，潤 滑膜起不到隔離變形金屬與模具作用，造成模 具發(fā)熱粘鋼而引起劃道，另外模具及鋼管本身 存在的質(zhì)量缺陷也會造成劃道。為了預(yù)防和消 除這種缺陷。必須提高酸洗和潤滑質(zhì)量，使用 強(qiáng)度及硬度高、光潔度好的模具，在實(shí)際生產(chǎn) 中，通過采朋兩套模具輪換生產(chǎn)．避免了模具 Ｔ９１鋼管，生產(chǎn)正常．鋼管 尺寸和內(nèi)外表面精度高，機(jī)械性能和工藝性能 都能達(dá)到ＡＳＭＥ標(biāo)準(zhǔn)要求