ASME SA-213 T91高压锅炉用无缝钢管

ASME SA-213 T91高压锅炉用无缝钢管冷拔生产工艺研究_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。第３７卷第２期 ２００９年４月 金囊材料与冶金工程

 金囊材料与冶金工程ＭＥＴＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖ０１．３７ Ａｐｒ ＮＯ．２ ２００９ ＡＳＭＥ ＳＡ一２ １ ３ Ｔ９ １高压锅炉用 无缝钢管冷拔生产工艺研究李旭升，陈绍林，田（衡阳钢管（集团）有限公司，湖南 摘 研衡阳４２１００１）  ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１钢具有高的热强性能。 和工艺性能都能达到ＡＳＭＥ标准要求。 良好的持久塑性和焊接性能，以及良好的抗氧 化和抗腐蚀性能．可用于制造金属壁温＜６２５℃ 的高压锅炉再热器、过热器等受热面管和金属 壁温≤６００℃的锅炉集箱、蒸汽导管等。现阶 段，ＡＳＭＥ 由于ＡＳＭＥＳＡ一２１３ １ 生产工艺用户需求ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９１钢管（化学 Ｔ９１钢已逐步成为我国制 成分见表１）规格大多以小口径钢管为主，由于 热轧机组能力限制，多数不能直接生产，国内 生产ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３’１”９１钢管厂家多以热轧提 供毛管（荒管）供冷轧生产。衡阳华菱钢管集 团有限公司为生产ＡＳＭＥＳＡ一２１３ 造大容量亚临界和超临界电站锅炉的主要钢种。ＳＡ一２１３ Ｔ９１钢合金元素含量较多． 且铬含量较高，因此采用传统的冷拔生产方式 十分困难。衡阳华菱钢管集团有限公司冷拔分 厂经过不断探索，已摸索出成熟的冷加工工艺 方案，成功地批量生产出ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９１ Ｔ９１钢管， 通过８９连轧管机组生产毛管，供冷拨管分厂生 产成品．冷拔分厂采用多道次循环冷拔生产成 品钢管。８９连轧管机组生产ＡＳＭＥＳＡ一２１３ 钢管。钢管尺寸和内外表面精度高，机械性能收稿ｔ：ｌ期：２００９—０３—０８ 作者简介：李旭升（１９６８一），男．工程师，主要从事轧印工艺和质量管理工作ａ 万方数据 ３６ 金属材料与冶金工程 Ｖ０１．３７ Ｎｏ．２ Ｔ９１钢管的工艺路线为：管坯切断一环形炉加热 一两辊锥形辊穿孔一六机架半浮芯棒连轧一步进 炉加热一高压水除磷一二十四机架微张力减径一 锯切一毛（荒）管。 表１ ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１钢化学成分（％） １．１ 毛（荒）管准备及质量检验 为了确保投入冷拔生产的毛管质量合格， 装入库。 毛管热打头时．加热温度在相变点温度以 上．头部强度、硬度较高，需要进行毛管高温 回火：半成品检验及修磨，是为了清除毛管带 来的较隐性而通过冷拔后所暴露出米的及冷拔 自身产生的缺陷。以保证钢管质量；成品预热 回火及矫直目的是为成品热处理做准备，以便 保证成品管机械、工艺性能均匀稳定。 １．３工艺参数的选择１．３．１ 对毛管进行了认真准备及仔细的质量检验。毛 管准备及检验的工艺路线为：热轧毛管一毛管定 切一高温回火一矫直一涡流探伤＋超声探伤一毛 管检验修磨一毛管热打头及头部打孔。 热轧毛（荒）管终轧温度在相变点以上， 以至强度和硬度高、塑性差．直接矫直会出现 钢管纵向裂纹或炸裂。因此，在矫直前，毛管 要进行高温回火处理，降低强度和硬度、提高 塑性。 １．２冷拔工艺流程 毛管高温回火一毛管酸洗及润滑一短芯棒冷 拔一高温回火一酸洗一半成品检验及修磨一酸洗 及润滑一第二道短芯棒冷拔一轧头一高温回火一 酸洗一半成品检验及修磨一酸洗及润滑一空拔一 高温回火一酸洗一半成品检验及修磨一酸洗及润 滑一空拔成品一预热高温回火一矫直一成品正火 ＋回火一矫直一切头尾及取样一理化检验一涡流 探伤＋超声探伤一切肓区及定尺一人工检验一包 表２热轧及正火ＡＳＭＥ 热处理工艺参数ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１钢在热轧及正火后冷 状态时．强度及硬度高，塑性差（见表２）。为 了降低ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９ｌ钢冷拔时强度及硬 度．提高塑性，找到适合冷拔生产的最佳热处 理工艺。通过查找ＣＣＴ曲线，可以看出ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９１钢的Ａｃ，相变点为９０５．５ ｏｃ，Ａｃ Ｊ 为８４０．９ ｏｃ，Ｍｓ为４２０’１２，Ｍｆ为２４０ ｏＣ。经过 试验．ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９ｌ毛管及半成品经高 温回火处理后．可以获得强度及硬度较低，塑 性较好的物理性能（见表３）。 Ｔ９１钢管机械性能 ＳＡ一２１３ 表３高温回火ＡＳＭＥ 钢管机械性能 ＳＡ一２１３ Ｔ９１ １．３．２硫酸酸洗参数… ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９ｌ钢中铬含量较高。热 轧或热处理后的钢管表面氧化膜中存在ＣｈＯ，和 尖品石ＦｅＯ?Ｅｒ９０３，酸洗比较困难。ＡＳＭＥ一２１３ ＳＡ Ｔ９ｌ钢管氧化铁皮若不清除干净。冷拔时 会造成抖纹及钢管内外划道。为了清除ＡＳ／ＶＩＥＳＡ一２１３ Ｔ９１钢管的氧化铁皮．经过不断试验， 万方数据 ２００９＃－ｇ ２期 李旭升等：ＡＳＭＥＳＡ一２１３Ｔ９１高压锅炉用无缝钢管冷拔生产工艺研究 ３７ 确定选用含有三价铁硫酸盐的硫酸溶液酸洗， 且在硫酸溶液中加入了少量食盐及专用添加剂， 酸洗效果较好。硫酸酸洗的参数为：硫酸浓度 （Ｈ：Ｓ０４）１２％一１５％，食盐（ＮａＣＩ）少量，添加 剂ｌ％．３％，亚铁含量在１００—２００９／ｔ，，酸洗温 度７０～８０℃，酸洗时问６０—９０ １．３．３专用润滑油润滑ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１钢管属于高合金钢，ｍｉｎ。 １．３．４冷拔工艺ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１钢管冷拔生产变形抗 力大，因此，对工模具强度及硬度要求高，采 用短芯棒拔制时。拉杆要求具有足够的强度， 生产过程中拉杆才不会发生较大的弹性变形， 否则．会发生模具粘钢划道及拉杆抖动而造成 钢管划道及抖纹，影响钢管实物质量。生产时 使用加厚硬质合金外模，强度及硬度较高的渗 金属内模或工模钢内模。短芯棒拉杆选用直径 较大及强度高的材料；拔制速度不能太大。短芯 棒拔制时，拔制速度应在１５ ｍ／ｍｉｎ以下，无芯棒 拔制时，拔制速度在２５ｍ／ｍｉｎ以下。拔制速度快， 工模具发热大．易粘钢。ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９１ 采用传统的磷化工艺及皂化工艺润滑效果不好， 冷拔时钢管易打枪断头及产生严霞划道。衡阳 华菱钢管集团有限公司生产ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９１钢管．采用了专用润滑油，专用润滑油润滑 效果较好。专朋润滑油润滑的工艺路线为：酸 洗一水洗一干燥一专用润滑油一沥干一冷拔。表４ 钢管冷拔工艺对比试验见表４和表５。 ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１钢４２×３．５冷拔工艺一 通过以上两种冷拔工艺，经大批量生产实 验证明以上工艺路线完全适合ＡＳＭＥ Ｔ９１钢管冷拔生产。对ＡＳＭＥ 表６和表７。ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１钢管在冷拔变形量较ＳＡ一２１３ 表６ ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１钢管 冷拔前后试验结果木 ＳＡ一２１３ Ｔ９ｌ钢 管进行了冷拔前后力学性能试验．试验结果见 小时。加工硬化就达到一个较高的程度，随着 变形量增加，只有少量加工硬化。因此在安排 冷拔生产工艺时，延伸系数相对可以取大些。 这样可以减少中间准备工序，降低生产成本， 加快钢管生产周期，提高钢管实物质量。考虑 到拉杆、螺钉及内模强度，带芯棒拔制时，延 ?Ａｌ、Ａ２为退火毛管：Ｂ１、Ｂ２为拔制第一道次；Ｃ１、 Ｃ２为５７ｘ３．９未退火连拔第二道次，规格４９ｘ３９；ＡＩ、 Ｂｌ、Ｃｌ为同一根钢管；Ａ２、Ｂ２、Ｃ２为同一根钢管。 万方数据 ３８ 金属材料与冶金工程 Ｖ０１．３７ Ｎｏ．２ 表７ ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９Ｉ铜管 发热进而粘钢产生划道。取得了较好效果。 ２．３抖纹 ‘ 冷拔前后试验结裂 抖纹是指在短芯棒生产时，钢管内外表面 呈现高低不一．数目不同的波浪形环痕，有的 是连续的，有的是断续的，可能是整圈的，也 有可能不是整圈的。造成抖纹的具体原因是：酸 洗和润滑质量不好．拔制时摩擦力增加而且不断 变化．热处理后沿钢管长度力学性能不一致，芯 棒拉杆过长过细，芯棒位置过前或过后，以及变 形量过大等。通过提高酸洗、润滑和热处理质量 ?Ａ一由６３．５Ｘ５一道直接拔制到５７×３．９：Ｂ一由６３．５ 及避免使用直径过细拉杆，正确调整芯棒位置， 合理安排变形量等．可以防止抖纹的产生。２．４纵向开裂 ×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。 伸系数一般在１．２５—１．５０，无芯棒拔制时，由于 金属变形不均匀．金属内部存在较大的残余应 力，延伸系数一般在１．１５。１．３０。ＡＳＭＥ２１３ ＳＡ一 纵向开裂是指钢管呈现穿透管壁的纵向裂 开，具有突发性。一般发生在全长，有时发生 在靠锤头部分一端。一般管纵向开裂通常出现 在无芯棒拔管中．ＡＳＭＥＳＡ一２１３ Ｔ９１钢管冷拔后都存在着较大的残余应力． Ｔ９１钢管带 冷拔后若不及时进行热处理，钢管在残余应力 及各种介质的作用下。会发生纵向裂纹甚至全 长炸裂。试验证明．ＡＳＭＥＳＡ一２１３ 芯棒拔制后，若不进行热处理，放置时间较长， 也会发生纵向开裂。纵向开裂的具体原因为变 形量大。拔制后钢管内存在较大的拉伸残余应 力。为了避免出现纵向开裂。合理安排变形量 及拔制后的钢管应及时进行热处理。 ３ Ｔ９１钢管ｈ。 冷拔后至热处理前．放置时间不能超过８ ２ 缺陷分析ＡＳＭＥ ＳＡ一２１３ Ｔ９１冷拔钢管主要缺陷有： 结 论ＳＡ一２１３ 内折、划道、抖纹、纵向开裂等。２．１ （１）采用高温回火工艺对ＡＳＭＥＴ９ 内折 内折是指在钢管的内表面呈片状、直线状 １毛管及半成品进行热处理．钢管可获得塑性较 高、强度及硬度较低的力学性能，适于冷拔生产。 （２）通过在硫酸溶液中加入少量工业食盐 及添加专用的添加剂，可以得到好的酸洗效果。 （３）采用专用润滑油润滑，润滑效果好， 钢管划道少。 （４）冷拔延伸系数，芯棒管在１．２５．１．５０， 元芯棒拔制在１．１５一１．３０，冷拔生产正常．钢管 不易出现抖纹和纵向裂纹。 （５）通过以上工艺实践，已经生产出数百 吨ＡＳＭＥＳＡ一２１３ 或螺旋状的折叠。这种缺陷有全长性的，也有 局部的。主要是毛管穿孔及连轧生产时产生的， 冷拔生产一般不会产生内折缺陷。 ２．２划道 划道是指钢管内外表面上呈现纵向直线形 的连续或不连续的长短不一的划痕，多为沟状。 主要有两种情况，一种是钢管酸洗时氧化铁皮 未洗净，冷拔时氧化铁皮粘结在模具表面而划 伤钢管：另一种情况是钢管润滑质量不良，润 滑膜起不到隔离变形金属与模具作用，造成模 具发热粘钢而引起划道，另外模具及钢管本身 存在的质量缺陷也会造成划道。为了预防和消 除这种缺陷。必须提高酸洗和润滑质量，使用 强度及硬度高、光洁度好的模具，在实际生产 中，通过采朋两套模具轮换生产．避免了模具 Ｔ９１钢管，生产正常．钢管 尺寸和内外表面精度高，机械性能和工艺性能 都能达到ＡＳＭＥ标准要求