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C-276镍基耐蚀合金25mm×2.5mm无缝管的组织与性能

来源:至德钢业 日期:2020-06-08 19:37:03 人气:83

采用热挤压工艺挤压出了C-276镍基耐蚀合金荒管。通过多道次冷轧变形研制出25mm×2.5mm的无缝管。结果表明:C-276合金管材平均晶粒度7级左右,具有较好的力学和抗晶间腐蚀性能。400~700℃高温拉伸试验的屈服强度是300MPa以上。开发的C-276无缝管的化学成分、组织及性能满足要求。

C-276合金是一种Ni-Cr-Mo系镍基耐蚀合金,其化学成分如表1所示。C-276合金以Ni为基体,同时含有大量CrMo等元素,极低的CSi含量,因此显示出优异的耐蚀性能。它不仅在氧化性介质,而且在还原性介质中均具有很好的抗腐蚀能力,特别是在含氟离子、氯离子的氧化性酸中、在有氧或氧化剂存在的还原性酸中、在氧化性酸加还原性酸的混合酸中、在湿氯和含氯气的水溶液中均具有其它耐蚀合金难以相比的耐蚀性。因此,C-276合金在化工领域,如低压羧基合成醋酸(醋酐)、氯化法钛白粉、高压法三聚氰胺等得到广泛应用。该合金也越来越多地应用于核工业、石油与天然气、电厂烟气脱硫等领域,产品形式主要有管材和板材。

目前,国内大多企业从国外进口C-276板材,通过焊接做成管材及各种容器而使用。众所周知,镍基合金在焊接过程中,容易产生敏化行为而导致器件的抗腐蚀性能降低。因此,长期以来,大多数研究人员针对C-276合金的焊接性能、焊后热处理及其对耐腐蚀性能的影响进行了大量的研究。而有关C-276合金无缝钢管的制造及其加工、使用性能的研究则鲜有报道。C-276合金具有合金化程度高(特别是钼含量很高),冶炼困难,容易产生缺陷等特点。同时,由于该合金变形抗力大,其高温变形抗力高达300MPa以上,热加工过程十分困难,且容易出现加工裂纹。采用常规的穿孔工艺制造无缝管材基本上是不太可能的。长期以来,C-276合金无缝管大多从国外进口。但是,随着国内钢厂冶炼水平的提高,目前国内也能够冶炼出合格的C-276合金坯呗。因此,C-276合金无缝管的国产化势在必行。

1C-276合金的组织特性

Ni-Cr-Mo系合金在众多领域展示了优异的耐腐蚀性能,其理论基础来自控制相的析出秩序、影响组织长期稳定性和力学性能的合金相变热力学和动力学基础。因此,要想通过制定合理的热加工和热处理工艺获得良好的组织,进而提高C-276合金的使用性能,就需要掌握C-276合金相的析出规律。

1C-276合金(15Cr-16Mo-3.5W)的平衡相图。从图中可以发现,随着液态金属温度的降低,液相逐渐向固相转变,其凝固范围大约在1350~1380℃,当温度继续降低到1160℃左右时,奥氏体组织中开始产生第二相,如MC型碳化物和P相山。析出相的形态如图2所示。当这些第二相出现时就可能会影响到该合金的热加工性能和使用性能(如晶间腐蚀)。因此,不管在热加工过程中还是在使用过程中,都应尽量避免有害相析出,以改善合金的使用性能、减少设备的维护费用,提高设备的服役寿命和企业的经济效益。

因此,在C-276合金产品制造过程中,一旦产生第二相,就必须采用相应的热处理将其溶解,确保合金组织的稳定性及产品的使用性能。试验结果表明,C-276合金在1100℃以上固溶时,第二相会逐渐消失,但是仍残留少量第二相,而固溶温度在1170℃以上时,第二相基本上完全回溶到奥氏体基体中。

2C-276合金无缝管的工艺及性能

2.1无缝管成形工艺

C-276合金无缝钢管的整个开发制造流程可以简化为:铸锭冶炼一锻造开坯→管坯加工一热挤压成形一冷轧成形→固溶处理→酸洗→检验→成品。合金坯采用VIM+ESR双联工艺冶炼。经入厂复验,管坯化学成分符合技术条件要求(表2)。管坯各类夹杂物含量为0.5~1.0级,符合技术条件要求。

挤压用坯经剥皮机剥皮后,消除了锻、轧圆钢表面的缺陷(氧化皮、裂纹等)。然后,根据实际要求将长钢坏进行分段、钻孔、端面加工,并进行尺寸公差和表面质量检查。管坯在加热前进入连续脱脂清洗装置进行清洗和脱脂,清除管坯内、外表面上的油脂和污物,防止管坯在预热炉加热过程中被污染,确保管坯质量。将清洗后的管坯送入环形预热炉中进行预热后,再送人感应炉中进行加热,并在立式扩孔挤压机上进行扩孔。最后,将感应加热的扩孔管坯送人挤压机进行热挤压,得到组织致密、性能均匀的挤压荒管。从而避免了两辊斜轧穿孔荒管内、外表面容易开裂、折叠等质量缺陷。挤压荒管在周期式冷轧管机上完成冷轧变形,经过多道次冷轧,最终轧制出25mm×2.5mm的成品钢管,长度可达12m以上。

2.2无缝管理化性能

从成品管上分别取样进行金相、室温和高温拉伸试验、晶间腐蚀性能评价试验及压扁试验和扩口试验,以评价管的使用性能及工艺性能。

1)组织及力学性能。对成品管进行微观组织观察(图4),结果表明,管基本上为奥氏体组织,晶粒度约为7级。晶界和晶内析出相很少。室温拉伸试验按照GB/T228-2002的规定,拉伸试样采用在整管上取试样。室温拉伸试后,管的屈服强度为440MPa,抗拉强度为844MPa,伸长率为49.5%。同时,按照GB/T4338-2006的规定,进行高温拉伸试验。高温拉伸结果表明,在400~700℃,管的屈服强度仍高达300MPa以上。

(2)晶间腐蚀性能。为了检验管的抗晶间腐蚀性能,按照ASTMG28A法(Fe2SO43+50%H3SO1溶液)进行腐蚀试验,试验时间为24h。结果表明,其平均腐蚀速率为3.9mm/a,腐蚀后的组织照片如图6所示,腐蚀深度为82.9um。国内镍及镍合金制压力容器标准(JB/T4756-2006)规定,C-276合金无缝钢管参照G28A法试验,其平均腐蚀速率应小于12mm/a

由此可见,C-276合金成品管的晶间腐蚀性能完全符合相关标准要求,可以代替进口产品。

(3)压扁和扩口试验。对成品管取样进行压扁试验和扩口试验。压扁试验按照GB/T246的规定进行,压扁管段试样长度为65mm。扩口试验按照ASME SB829规定进行。试验时采用顶角为60的圆锥顶头进行扩口试验,扩径率为管子外径的30%。结果表明,试样经压扁、扩口后未出现可视裂缝和裂口,满足工艺要求。

综上可知,采用热挤压和冷轧工艺试制的425mm×2.5mm的镍基合金C-276无缝管,其各项指标均能满足ASMESB622标准要求,完全可以替代进口产品。

3结论

采用热挤压和冷轧工艺开发出的25mm>×2.5mmC-276镍基耐蚀合金无缝管,平均晶粒度为7级,具有较好的力学性能和抗晶间腐蚀性能,400~700C高温屈服强度大于300MPa,满足ASME SB622等相关标准要求,完全可以替代进口产品。

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