專利名稱：高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管的制造工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種合金鋼無縫鋼管，尤其是涉及一種高壓鍋爐、鍋爐、換熱 器用不銹鋼無縫鋼管的制造工藝。
背景技術：
根據全面建設小康社會的經濟發展目標，2020年全國裝機容量將達到9.5 億千瓦，其中火電裝機容量仍然占70%以上。即今后歲月將投產3.5億千瓦左 右的火電機組。火電建設將主要發展高效率、低污染的超臨界(SC)和超超臨 界(USC)機組。建設上述機組的主要關鍵技術是鍋爐蒸汽壓力及溫度等參數 提高后所須采用的鍋爐用新型耐熱鋼管。隨著蒸汽壓力和蒸汽溫度的提高，電 廠的熱效率提高，供電煤耗降低，因而需要更多的能承受此蒸汽壓力和蒸汽溫 度的高壓鍋爐管。高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管要求有高的高溫 蠕變斷裂強度和高的抗高溫蒸汽腐蝕能力，高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼 無縫鋼管又要求有足夠的韌性、可加工性和焊接性。高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管含有較高的鉻含量，該鋼在高 溫下被氧化，在它們表面形成一層薄的氧化膜，它非常致密而且穩定，從而防 止了氧的深透擴散和鋼表面的繼續氧化。高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無 縫鋼管含有較高含量的鉻和鎳，鉻和鎳原子尺寸與鐵原子尺寸有差異，高含量 的鉻和鎳使晶格發生畸變，組織得到強化，并有較高的再結晶溫度，使鋼有較 高的高溫強度。高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管一般為奧氏體不銹鋼，所謂奧 氏體組織是指鋼中鐵原子和碳原子之間的排列方式；奧氏體組織是面心立方結 構，在一個立方體中，鐵原子占據立方體的8個角，(鐵原子數量為8X1/8=1 個)，碳原子占據立方體六個面的中心(碳原子數量為1/2X6=3個)；鐵素體 組織是體心立方結構，鐵原子占據立方體的8個角(鐵原子數量為8X 1/8=1個)，碳原子占據立方體的正中心(1個碳原子)。具有體心立方的鐵素體金屬晶體 中，有68%的體積被原子所占據；具有面心立方的奧氏體金屬晶體中，有74% 的體積被原子所占據。原子個數之比，在奧氏體中為碳原子鐵原子=3: 1; 而在鐵素體中為碳原子鐵原子=1: 1 。高溫下鐵原子晶格尺寸較大，可以固 溶較多的碳原子，所以， 一般奧氏體不銹鋼和碳素鋼在高溫下均為奧氏體組織； 隨著溫度的降低，鐵原子晶格尺寸縮小，碳原子從鐵原子晶格中析出，故碳素 鋼在室溫下為鐵素體組織；而奧氏體不銹鋼中由于含有較多的鎳，在高溫和低 溫下均為奧氏體組織。碳素鋼從高溫冷卻時，碳化物從鐵晶格中析出，慢冷使 碳化物析出呈彌散分布，鋼的韌性較好；奧氏體不銹鋼從高溫快速冷卻時，碳 固溶在奧氏體基體內，獲得均勻的單相組織，使鋼的韌性較好，此為固溶操作， 奧氏體不銹鋼通過固溶獲得較好的韌性。發明內容本發明的目的，在于提供一種高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管 的制造工藝，以使制得的無縫鋼管具有高的高溫蠕變斷裂強度和高的抗高溫蒸 汽腐蝕能力，以及足夠的韌性、可加工性和焊接性。本發明的目的是這樣實現的 一種高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫 鋼管的制造工藝，包括以下兩個方面a、奧氏體不銹鋼鋼坯的冶煉對于TP304鋼種，控制碳含量在0.055%—0.075%;對于TP304H鋼種，控制碳含量在0.075%—0.095%;對于TP321鋼種，控制碳含量在0.055%—0.075%，控制鈦含0.35%—0.50%;對于TP321H鋼種，控制碳含: 0.45%—0.60%;對于TP347鋼種，控制碳含』 0.60%_0.80%;對于TP347H鋼種，控制碳含: 0.80%—1.00%;在:在0.075%—0.095%，控制鈦含量在在0.055%_0.075%，控制鈮含量在:在0.075%—0.095%，控制鈮含量在對于0Crl8Ni9鋼種，控制碳含量在0.050%—0.065%; 對于1Crl8Ni9鋼種，控制碳含量在0.075%—0.095%;b、無縫鋼管的制造以上述奧氏體不銹鋼鋼坯為原料，通過熱穿孔、潤滑烘干、冷拔/冷軋、熱 處理和酸洗工序制造成無縫鋼管；在熱穿孔工序中，熱穿孔溫度對于TP304鋼種控制在1140-1150°C，對于 TP304H鋼種控制在1150-1160°C，對于TP321鋼種控制在1150-1160°C ，對于 TP321H鋼種控制在1150-1160°C，對于TP347鋼種控制1100-1120°C，對于 TP347H鋼種控制1100-1120°C，對于0Crl8Ni9鋼種控制在1140-1150。C，對于 1Crl8Ni9鋼種控制在1150-1160°C;在潤滑烘干工序中，采用潤滑劑配方為1.2-1.5重量份的3號工業脂配10 重量份的石灰；在冷拔/冷軋工序中，將冷變形量控制在50%以下；在熱處理工序中，采用適當高的在制品軟化溫度和適當低的成品固溶溫度；在酸洗工序中，采用的酸洗配方為氫氟酸5%~8%重量，硝酸10%~15% 重量，余量為水。所述的熱穿孔工序中，先將管坯緩慢加熱到800°C，然后加速升溫到各鋼 種所需溫度，并保溫足夠時間，使管坯內外溫度幾乎一致，再進行熱穿孔。所述的熱穿孔工序中，控制頂頭前壓縮率為4.5-5.0%，控制輥腰壓下量為 11-13%，控制穿孔橢圓度為1.07—1.10。所述的熱處理工序中，針對不同的鋼種和不同壁厚的不銹鋼管采用不同的 在制品軟化溫度和成品固溶溫度；對于不含鈮、鈦的鋼種，壁厚l-5mm的不銹鋼管，在制品固溶溫度控制在 1080-1130°C，成品固溶溫度控制在970-1020°C;壁厚6-10 mm的不銹鋼管， 在制品固溶溫度控制在1090-1140°C，成品固溶溫度控制在980-1030°C;壁厚 11-20mm的不銹鋼管，在制品固溶溫度控制在1110-1150°C，成品固溶溫度控 制在990-1040°C;對于含鈮或鈦的鋼種，壁厚l-5mm的不銹鋼管，在制品固溶溫度控制在1100-1140°C，成品固溶溫度控制在970-1020°C;壁厚6-10 mm的不銹鋼管， 在制品固溶溫度控制在1110-1150°C，成品固溶溫度控制在980-1030°C;壁厚 11-20mm的不銹鋼管，在制品固溶溫度控制在1120-1160°C，成品固溶溫度控 制在9卯-1040。C。對于高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管，適當提高碳含量，可使 鐵原子晶格中固溶較多的碳，使鋼產生較多的固溶強化，以提高鋼的高溫強度。 所以本發明的工藝在奧氏體不銹鋼鋼坯的冶煉中適當提高了鋼中的碳含量。采用高溫度的固溶處理，使已經析出的第二相盡可能充分固溶于奧氏體 內，能明顯提高鋼的高溫強度，但過分提高成品鋼管的高溫強度，使成品鋼管 的彎曲度增加，也使鋼管的表面氧化層增厚，從而使鋼管表面的粗糙度增加， 表面美觀度降低。兼要使第二相盡可能充分固溶于奧氏體以提高高溫強度，又 要使成品表面不粗糙、不彎曲，就要釆用適當高的在制品軟化溫度，使第二相 盡可能充分固溶于奧氏體內；又在完全成形變形后，采用適當低的成品固溶溫 度，使成品表面不粗糙、不彎曲。所以本發明的工藝在熱處理工序中采用了適 當高的在制品軟化溫度和適當低的成品固溶溫度。對于含鈮、鈦的鋼種，鈮和鈦的碳、氮化物需要更高的溫度才能溶解到基 體內，然后在高溫運行時緩慢地以彌散分布的形式析出，從而提高鋼的高溫強 度。所以本發明的工藝對于含鈮、鈦的鋼種采用了更高的在制品軟化溫度。試驗發現，高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管的高溫變形抗力隨 著溫度的升高而降低，因此，本發明在熱穿孔工序中，將熱穿孔溫度在不含鈮 鋼種控制較高的溫度，而含鈮鋼種控制中等的溫度。熱穿孔過程中頂頭前壓縮 量愈大則變形不均勻程度愈大，導致管坯中心區的切應力和拉應力增加，引起 內折缺陷。因此，本發明在熱穿孔工序中，采用了最合適的頂頭前壓縮率為 4.5-5.0%。減小穿孔輥腰壓下量，可使不均勻變形減小，引起內折缺陷的可能 性減小，穿孔變得容易。因此，本發明在熱穿孔工序中，將輥腰壓下量控制在 11-13%。穿孔橢園度大，穿孔過程中橫變形大，穿孔快；但橢園度過大，易產 生外裂和內裂。因此，本發明在熱穿孔工序中，控制橢園度為1.07 1.10。采用本發明的高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管的制造工藝，可 使制得的無縫鋼管具有高的高溫蠕變斷裂強度和高的抗高溫蒸汽腐蝕能力，以及足夠的韌性、可加工性和焊接性。可滿足鍋爐蒸汽壓力及溫度等參數提高后 對高壓鍋爐管的需要。
具體實施方式
實施例1首先按照冶煉TP304鋼種的基本要求，控制其中的碳含量為 0.055%_0.075%，冶煉軋制成TP304奧氏體不銹鋼鋼坯。然后以TP304奧氏體不銹鋼鋼坯為原料，通過熱穿孔、潤滑烘干、冷拔/ 冷軋、熱處理和酸洗工序制造成壁厚為4mm的不銹鋼管無縫鋼管。其中，在 熱穿孔工序中，先將管坯緩慢加熱到800°C，然后加速升溫到1140-1150°C,并 保溫足夠時間，使管坯內外溫度幾乎一致，再進行熱穿孔。在熱穿孔過程中， 控制頂頭前壓縮量為4.5-5.0%，控制輥腰壓下量為11-13%，控制穿孔橢圓度為 1.07—1.10。在潤滑烘干工序中，采用潤滑劑配方為1.3重量份的3號工業脂 配10重量份的石灰；在冷拔/冷軋工序中，將冷變形量控制在50%以下；在熱 處理工序中，將在制品固溶溫度控制為IOO(TC;成品固溶溫度控制為1020°C; 在酸洗工序中，采用的酸洗配方為氫氟酸6%重量，硝酸12%重量，余量為水。實施例2首先按照煉制TP304H鋼種的基本要求，控制其中的碳含量為 0.075%—0.095%，冶煉軋制成TP304H奧氏體不銹鋼鋼坯。然后以TP304H奧氏體不銹鋼鋼坯為原料，通過熱穿孔、潤滑烘干、冷拔/ 冷軋、熱處理和酸洗工序制造成壁厚為8mm的不銹鋼管無縫鋼管。其中，在 熱穿孔工序中，先將管坯緩慢加熱到80(TC，然后加速升溫到1150-1160°C，并 保溫足夠時間，使管坯內外溫度幾乎一致，再進行熱穿孔。在熱穿孔過程中， 控制頂頭前壓縮率為4.5-5.0%，控制輥腰壓下量為11-13%，控制穿孔橢圓度為 1.07—1.10。在潤滑烘干工序中，采用潤滑劑配方為1.4重量份的3號工業脂 配10重 量份的石灰；在冷拔/冷軋工序中，將冷變形量控制在50%以下；在熱 處理工序中，將在制品固溶溫度控制為IIO(TC;成品固溶溫度控制為1030°C; 在酸洗工序中，采用的酸洗配方為氫氟酸7%重量，硝酸13%重量，余量為水。實施例3首先按照煉制TP321鋼種的基本要求，控制其中的碳含量在 0.055%—0.075%，控制鈦含量在0.35%—0.50%;冶煉軋制成TP321奧氏體不 銹鋼鋼坯。然后以TP321奧氏體不銹鋼鋼坯為原料，通過熱穿孔、潤滑烘干、冷拔/ 冷軋、熱處理和酸洗工序制造成壁厚為16mm的不銹鋼管無縫鋼管。其中，在 熱穿孔工序中，先將管坯緩慢加熱到800°C，然后加速升溫到1150-1160°C，并 保溫足夠時間，使管坯內外溫度幾乎一致，再進行熱穿孔。在熱穿孔過程中， 控制頂頭前壓縮率為4.5-5.0%，控制輥腰壓下量為11-13%，控制穿孔橢圓度為 1.07—1.10。在潤滑烘干工序中，采用潤滑劑配方為1.3重量份的3號工業脂 配10重量份的石灰；在冷拔/冷軋工序中，將冷變形量控制在50%以下；在熱 處理工序中，將在制品固溶溫度控制112(TC;成品固溶溫度控制為1040°C。 在酸洗工序中，采用的酸洗配方為氫氟酸8%重量，硝酸14%重量，余量為 水。實施例4首先按照煉制TP321H鋼種的基本要求，控制碳含量在0.075%—0.095%， 控制鈦含量在0.45%—0.60%;冶煉軋制成TP321H奧氏體不銹鋼鋼坯。然后以TP321H奧氏體不銹鋼鋼坯為原料，通過熱穿孔、潤滑烘干、冷拔/ 冷軋、熱處理和酸洗工序制造成壁厚為3mm的不銹鋼管無縫鋼管。其中，在 熱穿孔工序中，先將管坯緩慢加熱到800°C，然后加速升溫到1150-1160°C，并 保溫足夠時間，使管坯內外溫度幾乎一致，再進行熱穿孔。在熱穿孔過程中， 控制頂頭前壓縮率為4.5-5.0%，控制輥腰壓下量為11-13%，控制穿孔橢圓度為 1.07_1.10。在潤滑烘干工序中，采用潤滑劑配方為1.3重量份的3號工業脂 配10重量份的石灰；在冷拔/冷軋工序中，將冷變形量控制在50%以下；在熱 處理工序中，將在制品固溶溫度控制為1100°C，成品固溶溫度控制1020°C。 在酸洗工序中，采用的酸洗配方為氫氟酸7%重量，硝酸13%重量，余量為 水。實施例5奧氏體不銹鋼鋼坯為原料，通過熱穿孔、潤滑烘干、冷拔/ 冷軋、熱處理和酸洗工序制造成壁厚為8mm的不銹鋼管無縫鋼管。其中，在 熱穿孔工序中，先將管坯緩慢加熱到80(TC，然后加速升溫到1100-1120°C，并 保溫足夠時間，使管坯內外溫度幾乎一致，再進行熱穿孔。在熱穿孔過程中， 控制頂頭前壓縮率為4.5-5.0%，控制輥腰壓下量為11-13%，控制穿孔橢圓度為 1.07—1.10。在潤滑烘干工序中，采用潤滑劑配方為1.4重量份的3號工業脂 配10重量份的石灰；在冷拔/冷軋工序中，將冷變形量控制在50%以下；在熱 處理工序中，將在制品固溶溫度控制為1120°C，成品固溶溫度控制1030°C。 在酸洗工序中，采用的酸洗配方為氫氟酸7%重量，硝酸14%重量，余量為 水。實施例6首先按照煉制TP347H鋼種的基本要求，控制碳含量在0.075%—0.095%, 控制鈮含量在0.80%—1.0%;冶煉軋制成TP347H奧氏體不銹鋼鋼坯。然后以TP347H奧氏體不銹鋼鋼坯為原料，通過熱穿孔、潤滑烘干、冷拔/ 冷軋、熱處理和酸洗工序制造成壁厚為15mm的不銹鋼管無縫鋼管。其中，在 熱穿孔工序中，先將管坯緩慢加熱到800°C，然后加速升溫到1100-1120°C，并 保溫足夠時間，使管坯內外溫度幾乎一致，再進行熱穿孔。在熱穿孔過程中， 控制頂頭前壓縮率為4.5-5.0%，控制輥腰壓下量為11-13%，控制穿孔橢圓度為 1.07—1.10。在潤滑烘干工序中，采用潤滑劑配方為1.5重量份的3號工業脂 配10重量份的石灰；在冷拔/冷軋工序中，將冷變形量控制在50%以下；在熱 處理工序中，將在制品固溶溫度為1130°C;成品固溶溫度控制為1040°C。在 酸洗工序中，采用的酸洗配方為氫氟酸8%重量，硝酸14%重量，余量為水。實施例7首先按照煉制0Crl8Ni9鋼種的基本要求，控制碳含量在0.050%—0.065%; 冶煉軋制成0Crl8Ni9奧氏體不銹鋼鋼坯。然后以0Crl8Ni9奧氏體不銹鋼鋼坯為原料，通過熱穿孔、潤滑烘干、冷 拔/冷軋、熱處理和酸洗工序制造成壁厚為12mm的不銹鋼管無縫鋼管。其中，在熱穿孔工序中，先將管坯緩慢加熱到800°C,然后加速升溫到1140-1150°C， 并保溫足夠時間，使管坯內外溫度幾乎一致，再進行熱穿孔。在熱穿孔過程中， 控制頂頭前壓縮率為4.5-5.0%，控制輥腰壓下量為11-13%，控制穿孔橢圓度為 1.07—1.10。在潤滑烘干工序中，采用潤滑劑配方為1.3重量份的3號工業脂 配10重量份的石灰；在冷拔/冷軋工序中，將冷變形量控制在50%以下；在熱 處理工序中，將在制品固溶溫度控制為lll(TC;成品固溶溫度控制為103(TC; 在酸洗工序中，采用的酸洗配方為氫氟酸6%重量，硝酸12%重量，余量為水。實施例8首先按照煉制1Crl8Ni9鋼種的基本要求，控制碳含量在0.075%—0.095%; 冶煉軋制成1Crl8Ni9奧氏體不銹鋼鋼坯。然后以1Crl8Ni9奧氏體不銹鋼鋼坯為原料，通過熱穿孔、潤滑烘干、冷 拔/冷軋、熱處理和酸洗工序制造成壁厚為14mm的不銹鋼管無縫鋼管。其中， 在熱穿孔工序中，先將管坯緩慢加熱到800°C，然后加速升溫到1150-1160°C， 并保溫足夠時間，使管坯內外溫度幾乎一致，再進行熱穿孔。在熱穿孔過程中， 控制頂頭前壓縮率為4.5-5.0%，控制輥腰壓下量為11-13%，控制穿孔橢圓度為 1.07—1.10。在潤滑烘干工序中，采用潤滑劑配方為1.4重量份的3號工業脂 配10重量份的石灰；在冷拔/冷軋工序中，將冷變形量控制在50%以下；在熱 處理工序中，將在制品固溶溫度控制為1120°C;成品固溶溫度控制為1030°C。 在酸洗工序中，采用的酸洗配方為氫氟酸7%重量，硝酸14%重量，余量為 水。
權利要求
1、一種高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管的制造工藝，其特征在于包括以下兩個方面a、奧氏體不銹鋼鋼坯的冶煉對于TP304鋼種，控制碳含量在0.055％—0.075％；對于TP304H鋼種，控制碳含量在0.075％—0.095％；對于TP321鋼種，控制碳含量在0.055％—0.075％，控制鈦含量在0.35％—0.50％；對于TP321H鋼種，控制碳含量在0.075％—0.095％，控制鈦含量在0.45％—0.60％；對于TP347鋼種，控制碳含量在0.055％—0.075％，控制鈮含量在0.60％—0.80％；對于TP347H鋼種，控制碳含量在0.075％—0.095％，控制鈮含量在0.80％—1.00％；對于0Cr18Ni9鋼種，控制碳含量在0.050％—0.065％；對于1Cr18Ni9鋼種，控制碳含量在0.075％—0.095％；b、無縫鋼管的制造以上述奧氏體不銹鋼鋼坯為原料，通過熱穿孔、潤滑烘干、冷拔/冷軋、熱處理和酸洗工序制造成無縫鋼管；在熱穿孔工序中，熱穿孔溫度對于TP304鋼種控制在1140-1150℃，對于TP304H鋼種控制在1150-1160℃，對于TP321鋼種控制在1150-1160℃，對于TP321H鋼種控制在1150-1160℃，對于TP347鋼種控制1100-1120℃，對于TP347H鋼種控制1100-1120℃，對于0Cr18Ni9鋼種控制在1140-1150℃，對于1Cr18Ni9鋼種控制在1150-1160℃；在潤滑烘干工序中，采用潤滑劑配方為1.2-1.5重量份的3號工業脂配10重量份的石灰；在冷拔/冷軋工序中，將冷變形量控制在50％以下；在熱處理工序中，采用適當高的在制品軟化溫度和適當低的成品固溶溫度；在酸洗工序中，采用的酸洗配方為氫氟酸5％～8％重量，硝酸10％～15％重量，余量為水。
2、 如權利要求1所述的高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管的制 造工藝，其特征在于所述的熱穿孔工序中，先將管坯緩慢加熱到80(TC，然 后加速升溫到各鋼種所需的熱穿孔溫度，并保溫足夠時間，使管坯內外溫度幾 乎一致，再進行熱穿孔。
3、 如權利要求1所述的高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管的制 造工藝，其特征在于所述的熱穿孔工序中，控制頂頭前壓縮率為4.5-5.0%， 控制輥腰壓下量為11-13%，控制穿孔橢圓度為1.07—1.10。
4、 如權利要求1所述的高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管的制 造工藝，其特征在于所述的熱處理工序中，針對不同的鋼種和不同壁厚的不 銹鋼管采用不同的在制品軟化溫度和成品固溶溫度；對于不含鈮、鈦的鋼種，壁厚l-5mm的不銹鋼管，在制品固溶溫度控制在 1080-1130°C，成品固溶溫度控制在970-1020°C;壁厚6-10 mm的不銹鋼管， 在制品固溶溫度控制在10卯-114(TC，成品固溶溫度控制在980-1030°C;壁厚 11-20mm的不銹鋼管，在制品固溶溫度控制在1110-1150°C，成品固溶溫度控 制在990-1040°C;對于含鈮或鈦的鋼種，壁厚l-5mm的不銹鋼管，在制品固溶溫度控制在 1100-1140°C，成品固溶溫度控制在970-1020°C;壁厚6-10 mm的不銹鋼管， 在制品固溶溫度控制在1110-1150°C，成品固溶溫度控制在980-1030°C;壁厚 11-20mm的不銹鋼管，在制品固溶溫度控制在1120-1160°C，成品固溶溫度控 制在9卯-1040。C。
全文摘要
一種高壓鍋爐、鍋爐、換熱器用不銹鋼無縫鋼管的制造工藝，包括奧氏體不銹鋼鋼坯的冶煉和無縫鋼管的制造兩個方面。在奧氏體不銹鋼鋼坯的冶煉中，適當提高相應鋼種中的碳含量，并對含鈦、鈮的鋼種控制鋼中的鈦、鈮含量。在無縫鋼管的制造中，將熱穿孔溫度按不同鋼種分別進行控制；將冷變形量控制在50％以下；采用適當高的在制品軟化溫度和適當低的成品固溶溫度進行熱處理。采用本發明的制造工藝，可使制得的無縫鋼管具有高的蠕變斷裂強度和高的抗高溫蒸汽腐蝕能力，以及足夠的韌性、可加工性和焊接性。可滿足鍋爐蒸汽壓力及溫度等參數提高后對高壓鍋爐管的需要。
文檔編號B21C1/16GK101530869SQ20081003460
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月14日 優先權日2008年3月14日
發明者傅豐仁, 曉 錢, 錢樂中 申請人:錢樂中;錢 曉;傅豐仁