一種大口徑厚壁耐熱合金管無壓余擠壓方法
【專利摘要】一種大口徑厚壁耐熱合金管無壓余擠壓方法，屬于耐熱合金管熱加工【技術(shù)領(lǐng)域】。將一高度為待擠壓管坯高度的1/4～1/2、外圓與內(nèi)圓尺寸與待擠壓管坯相同的低合金高強(qiáng)鋼材料制作的壓余墊在常規(guī)燃?xì)鉅t中加熱到700℃～1000℃，出爐后高壓水除鱗，噴刷潤滑劑，放置于擠壓動模之上，然后在壓余墊上面放置待擠壓管坯，擠壓軸運(yùn)動推動壓余墊將壓力傳遞給管坯，實(shí)現(xiàn)擠壓管成型；當(dāng)壓余墊材料完全充滿擠壓凹模，此時管坯坯料全部被擠出擠壓凹模，壓余與成品管分離，可直接、順利地吊離成品管。本發(fā)明通過對壓余墊材料、形狀尺寸、加熱溫度控制及潤滑方式的選擇，提高了生產(chǎn)連續(xù)性，降低了原材料成本，管坯成材率可達(dá)100％，并且成品管表面質(zhì)量良好。
【專利說明】一種大口徑厚壁耐熱合金管無壓余擠壓方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耐熱合金熱加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種大口徑厚壁耐熱合金管無壓余擠壓方法，適用于700°C蒸汽參數(shù)超超臨界火電機(jī)組相關(guān)耐熱合金管道制備。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，600°C超超臨界火電機(jī)組鍋爐管道用大口徑厚壁高端無縫鋼管P91/92規(guī)格為Φ273?Φ 1066mm，壁厚20?130mm。隨著蒸汽溫度和壓力參數(shù)的提高，P91/92的持久強(qiáng)度偏低和抗蒸汽氧化能力不足，不能滿足未來700°C先進(jìn)超超臨界火電站最高使用溫度段管道用大口徑厚壁無縫管的要求，因此，使用鎳基耐熱合金管才能滿足苛刻的服役環(huán)境下的各項(xiàng)性能要求。
[0003]但是，鎳基耐熱合金由于其變形抗力大，再結(jié)晶溫度高，熱加工溫度窗口窄，高溫?zé)崴苄缘?，?dǎo)致該類合金熱加工成型非常困難，若將耐熱合金制作成大口徑厚壁無縫管(規(guī)格為Φ273?Φ500mm，壁厚20?100mm)，更是困難重重，目前全世界工程師們都在致力于這項(xiàng)工作。采用垂直熱擠壓制管技術(shù)可使管坯在三向壓應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行熱成型，不僅解決了鎳基耐熱合金變形難的問題，而且可以避免由于張應(yīng)力引起的內(nèi)、外表面缺陷等問題。
[0004]在3萬噸力以上的大型垂直擠壓機(jī)制管技術(shù)中，擠壓模具由擠壓動模和擠壓靜模2部分組成。為增加金屬流動性、降低擠壓力以及延長擠壓模具壽命，在擠壓靜模設(shè)計時將擠壓凹模入模設(shè)計成一定角度。因此，在擠壓工步的末期，擠壓軸到達(dá)擠壓凹模入模口處，必定有一部分坯料充滿整個擠壓凹模而無法完全被擠出，使得擠壓后的鋼管無法被直接吊離，如圖1所示。因此，必須利用沖剪器沖切這部分壓余，達(dá)到成品管與壓余料分離的目的，即擠壓動模退回，在擠壓筒內(nèi)準(zhǔn)確地放入沖剪器，重復(fù)擠壓動作，沖切壓余，壓余和成品管分離后，才能順利吊離成品管。
[0005]可見，沖切壓余工序有諸多不利影響:
[0006]1.降低生產(chǎn)效率，增加能耗。擠壓工序過程是連續(xù)進(jìn)行的，但是在切壓余這個工步被中斷了。因此，必須將壓余切除后才能進(jìn)行吊管、清理、換模、潤滑、冷卻芯棒等工步，然后進(jìn)入下一個擠壓作業(yè)循環(huán)，所以，沖切壓余影響了擠壓過程的連續(xù)性，降低了勞動生產(chǎn)率，不但費(fèi)時，而且費(fèi)力。
[0007]2.增加原材料成本，降低管坯成材率。沖切后的壓余量一般占管坯重量的3?5%。例如:擠壓成品管外徑Φ460mmX厚壁80mm的鎳基耐熱合金CN617管，一支7.5t的待擠壓管坯，一次擠壓后產(chǎn)生的壓余量達(dá)230kg?375kg，按目前鎳、鉻、鈷、鑰等合金元素的市價計算，每支鎳基耐熱合金合金管壓余廢料的成本30700元?50160元左右，即每噸可成本4090元?6688元左右。若采用無壓余擠壓方法可使管坯成材率約達(dá)到100%，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。
[0008]3.影響成品管表面質(zhì)量，后續(xù)機(jī)加工困難。擠壓末期，為了順利吊離成品管，擠壓動模需要退回，在擠壓軸上準(zhǔn)確地放入沖剪器，擠壓動模重復(fù)擠壓動作，沖切壓余，這個過程大約需要40秒到I分鐘時間。此時未被分離的耐熱合金料正充滿整個擠壓凹模，與擠壓筒和擠壓凹模接觸面積變大。由于熱傳導(dǎo)作用，坯料表面溫度迅速降低，加上鎳基耐熱合金熱變形溫度窗口窄以及玻璃潤滑劑潤滑效果有限等因素，溫度降低和因溫降引起的潤滑摩擦邊界條件的改變使得沖剪壓余時部分被擠出的管末端表面出現(xiàn)嚴(yán)重的橫向或V型裂紋，不但影響成品管的表面質(zhì)量，而且后續(xù)機(jī)加工非常困難。
[0009]目前，清華大學(xué)張人佶教授團(tuán)隊(duì)對鋁合金無壓余擠壓技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究，但是，與鋁合金擠壓條件不同的是，超過3萬噸力的大型垂直擠壓機(jī)無壓余擠壓技術(shù)更復(fù)雜，還沒有相關(guān)報道和研究。同時，利用大型垂直擠壓機(jī)制管工藝制備電力、軍工等國家戰(zhàn)略領(lǐng)域用高端大口徑成品管已成主流工藝選擇，因此，發(fā)明一種實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的大口徑厚壁耐熱合金管無壓余擠壓方法迫在眉捷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明目的在于提供一種大口徑厚壁耐熱合金管無壓余擠壓的方法，針對當(dāng)前3萬噸力以上的大型垂直擠壓機(jī)切壓余工序影響生產(chǎn)效率、管坯成材率低及成品管表面質(zhì)量差等問題，克服了現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明主要采用下面的技術(shù)方案:
[0012]將一高度為待擠壓管坯高度的1/4?1/2、外圓與內(nèi)圓尺寸與待擠壓管坯相同的低合金高強(qiáng)鋼材料制作的壓余墊在常規(guī)燃?xì)鉅t中加熱到700°C?1000°C，出爐后高壓水除鱗，噴刷潤滑劑，放置于擠壓動模之上，然后在壓余墊上面放置待擠壓管坯，擠壓軸運(yùn)動推動壓余墊將壓力傳遞給管坯，實(shí)現(xiàn)擠壓管成型；當(dāng)壓余墊材料完全充滿擠壓凹模，管坯坯料全部被擠出擠壓凹模，此時可直接、順利地吊離成品管。
[0013]所述的空心管還規(guī)格為外徑Φ450ι?πι?Φ 1145mm、內(nèi)徑Φ150?Φ350ι?πι,最佳熱加工溫度范圍1050°C?1200°C。
[0014]壓余墊材料為低合金高強(qiáng)鋼，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與耐熱合金反應(yīng)，化學(xué)成分如下(重量 ％ ):C0.08-0.15 % ；Si ^ 0.55% ；Mn0.6-1.5 % ；Cu ^ 0.50 % ；N1.30-1.5 % ；Cr ^ 0.80% ；Mo ^ 0.60% ；V ^ 0.05% ；Nb ^ 0.03 % ；Fe94-99 % ;其 600 ?85(TC 真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線如圖2所示。擠壓前壓余墊材料的加熱溫度滿足下式:
[0015]T0 = TJT2(I)
[0016]式中:TQ為壓余墊材料出爐溫度，范圍為720?980°C，J1為壓余墊材料真應(yīng)力所對應(yīng)的溫度，范圍650±30°C，此應(yīng)力值等于鎳基耐熱合金最低熱加工下限溫度對應(yīng)的真應(yīng)力值；T2為壓余墊材料除鱗和噴刷潤滑劑過程中的溫度降低值，范圍100?300°C ；
[0017]壓余墊尺寸:高度為待擠壓管坯高度的1/4?1/2，外圓與內(nèi)圓尺寸與待擠壓管坯尺寸相同；
[0018]壓余墊的潤滑:壓余墊上表面采用與管坯相同的高溫玻璃潤滑劑；壓余墊側(cè)面及下表面則采用石墨或氧化硼潤滑劑。
[0019]壓余墊與擠壓管分離時機(jī)判斷:根據(jù)體積不變定律，由管坯尺寸計算成品管長度，同時在擠壓機(jī)上方豎一鋼質(zhì)標(biāo)尺，標(biāo)尺零起點(diǎn)從擠壓凹模出口處計算；當(dāng)擠出成品管高度達(dá)到或超過成品管計算高度后，停止擠壓，利用吊鉗直接吊離成品管。
[0020]本發(fā)明所述耐熱合金管坯的化學(xué)成分(重量％ )為:C0.04-0.08% ；Crl9-23% ；Coll-21 % ；Mo5.0-10.0 % ；T1.3-2.4 % ；A10.3-0.6 % ；W0.1-1.0 % ；B0.002-0.006 % ；ZrO-0.15% ；Nb < 0.5% ；V ( 0.5% ；N ( 0.015% ；Mg < 0.02% ;余量為鎳以及不可避免的雜質(zhì)元素。
[0021]本發(fā)明專利的壓余墊材料選擇低成本的鋼種，變形后的壓余墊可重新回爐加熱到1250°C，根據(jù)管坯尺寸熱成型，實(shí)現(xiàn)壓余墊的循環(huán)使用。對于選擇的壓余墊而言，加熱溫度很重要，若加熱溫度過高，起不到傳壓介質(zhì)的作用，過軟的壓余墊材料金屬流動性更好，其金屬流動性快于耐熱合金外表面金屬流動性，使得擠壓管末端形成套管現(xiàn)象；若壓余墊加熱溫度過低，壓余墊變形抗力過高，可能發(fā)生擠不動等“悶車”現(xiàn)象。因此，除壓余墊材料和尺寸選擇，溫度控制也很關(guān)鍵。擠壓結(jié)束時機(jī)判斷是根據(jù)體積不變定律，由管坯尺寸計算成品管長度，根據(jù)成品管長度決定擠壓過程是否結(jié)束。
[0022]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:在待擠壓管坯與擠壓動模之間放置低合金高強(qiáng)鋼材料制作的壓余墊，通過加熱溫度、保溫和潤滑的優(yōu)化配合，可在超過3萬噸力的大型垂直擠壓機(jī)無壓余擠壓技術(shù)中很好地應(yīng)用，通過對壓余墊材料、形狀尺寸及潤滑方式的選擇，可明顯提高熱擠壓生產(chǎn)過程連續(xù)性，管坯成材率可達(dá)100%，節(jié)約原材料成本大約5000元/噸，且耐熱合金成品管表面質(zhì)量良好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為3噸力以上的大型垂直擠壓機(jī)現(xiàn)有技術(shù)擠壓末期示意圖。其中，擠壓軸1、擠壓芯桿2、擠壓墊3、擠壓筒4、擠壓靜模5、擠壓成品管6 ;箭頭表示運(yùn)動方向。
[0024]圖2為本發(fā)明壓余墊材料在600°C?850°C真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線。
[0025]圖3為本發(fā)明使用的管坯在1050°C?1200°C真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但不限于本發(fā)明實(shí)施例。
[0027]實(shí)施例1
[0028]本發(fā)明實(shí)施例耐熱合金管坯的主要成分(重量％ ):C:0.055 % ；Cr:21.9% ；Co:11.5 % ；Mo:8.5 % ；T1:0.40 % ；A1:1.10 % ；B:0.0037 % ；Zr:0.04 % ；Nb:0.045 % ；V:0.18% ；Ni為余量，其最佳熱加工溫度范圍的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線如圖3所示。本發(fā)明的待擠壓管坯尺寸:外徑Φ950ι?πιΧ高100mmX壁厚320mm ;壓余墊尺寸Φ950ι?πιΧ壁厚320mmX高300mm ;成品管規(guī)格為外徑Φ460ι?πιΧ壁厚80mm。
[0029]壓余墊材料加熱溫度800°C，保溫10h，出爐后高壓水“除鱗”(即去除氧化鐵皮)，下表面和側(cè)表面涂覆氧化硼潤滑劑，放置于擠壓筒中，測其表面溫度610°C。經(jīng)包套處理后的管坯加熱溫度至1200°C，保溫48h，出爐后噴涂玻璃潤滑劑，管坯外涂玻璃粉為844-7型號，粒度:100目；內(nèi)涂粉粒度:110目；噴粉后的管坯放置于擠壓筒中壓余墊上，其上再放置玻璃墊起潤滑作用，厚度50mm ;擠壓動模向上運(yùn)動開始擠壓。通過查看豎立標(biāo)尺，當(dāng)成品管長度達(dá)到計算長度時，擠壓完成，吊車吊鉗直接吊離成品管；吊離后，擠壓動模退回，壓余墊由于自身重力與擠壓動模一起下降，取下壓余墊，清理擠壓模具和擠壓筒，冷卻芯棒，可順利、快速地準(zhǔn)備下一循環(huán)擠壓作業(yè)。若從放置管坯到清理完成模具、擠壓筒這一整個熱擠壓工步的時間來計算，與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明工藝，可節(jié)省時間25%，大大提高生產(chǎn)效率，管坯成材率可達(dá)100%，同時成品管表面質(zhì)量良好。
【權(quán)利要求】
1.一種大口徑厚壁耐熱合金管無壓余擠壓方法，其特征在于:將一高度為待擠壓管坯高度的1/4?1/2、外圓與內(nèi)圓尺寸與待擠壓管坯相同的低合金高強(qiáng)鋼材料制作的壓余墊在燃?xì)鉅t中加熱到700°C?1000°C，出爐后高壓水除鱗，噴刷潤滑劑，放置于擠壓動模之上，然后在壓余墊上面放置待擠壓管坯，擠壓軸運(yùn)動推動壓余墊將壓力傳遞給管坯，實(shí)現(xiàn)擠壓管成型；當(dāng)壓余墊材料完全充滿擠壓凹模，管坯坯料全部被擠出擠壓凹模，此時可直接吊離成品管。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 壓余墊材料為低合金高強(qiáng)鋼，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與耐熱合金發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)成分重量 ％ 如下:C0.08-0.15 %, Si ^ 0.55 %, Mn0.6-1.5 %, Cu ^ 0.50 %, N1.30-1.5 %,Cr ^ 0.80%, Mo ^ 0.60%, V ^ 0.05%, Nb ^ 0.03%,Fe94-99% ;擠壓前壓余墊材料的加熱溫度滿足下式: T0 = T\+T2(1) 式中:!；為壓余墊材料出爐溫度，范圍為720?980°C，；?\為壓余墊材料真應(yīng)力所對應(yīng)的溫度，范圍650±30°C，此應(yīng)力值等于鎳基耐熱合金最低熱加工下限溫度對應(yīng)的真應(yīng)力值；T2為壓余墊材料除鱗和噴刷潤滑劑過程中的溫度降低值，范圍100?300°C ； 壓余墊的潤滑:壓余墊上表面采用與管坯相同的高溫玻璃潤滑劑；壓余墊側(cè)面及下表面則采用石墨或氧化硼潤滑劑。
3.如權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于:所述耐熱合金管的化學(xué)成分(重量％)為:C0.04-0.08 % ；Crl9-23 % ；Coll-21 % ；Mo5.0-10.0 % ；T1.3-2.4 % ；A10.3-0.6 % ；W0.1-1.0 % ；B0.002-0.006 % ；Zr0-0.15 % ；Nb < 0.5 % ；V ^ 0.5 % ；N ^ 0.015 % ；Mg< 0.02% ;余量為鎳以及不可避免的雜質(zhì)元素。
4.如權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于:所述的空心管坯規(guī)格為外徑Φ450πιπι?Φ 1145mm、內(nèi)徑 Φ150 ?Φ350ι?πι，熱加工溫度范圍 1050°C?1200°C。
【文檔編號】C22C19/05GK104259233SQ201410361086
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月26日
【發(fā)明者】劉正東, 陳正宗, 包漢生, 楊鋼, 干勇 申請人:鋼鐵研究總院