大口径 800H 合金无缝对焊管件的开发

由于800H合金具有优良的高温机械性能、高温抗蠕变性、抗氧化性和耐腐蚀性，因此在工业管道中的应用越来越广泛，特别是在石油、化工、核电等领域。 在这种情况下，需求是由于 800H 合金管材、板材、棒材和其他型材也在增加。 关于Incoloy 800系列合金无缝管的供应，目前国内外市场可用的规格通常为DN200至DN250，较大的管为焊管。 当谈到 Incoloy 800 系列合金无缝管标准时，ASTM 规范中列出的最大无缝管规格为 DN150。
在国内 800H （UNS N08810） 合金材料订单中，最大规格为 800H 合金管和 800H 对焊管件 为 DN400，设计规定管道和管件为无缝结构。 这种设计要求很难带来原材料的采购。 国内外关联公司无法提供如此大型的 800H 合金无缝管。

当管件制造商遇到通常不使用的原材料等级、市场上没有的原材料以及订单数量较少时，通常的解决方案是通过以锻件为毛坯进行机械加工来完成对焊管。 如果只能买一根小管子，而需要的对焊管件太大，解决办法是先把管子胀大再用制造的方法，或者采用增径的工艺。 但是，这些方法都不适用于这种情况。

原因如下：

1、订购的对焊管件数量多，使用锻件的成本巨大。

2、由于采购合同是一次性采购无缝管和管件，即使使用原材料成本高的计划锻件，或者使用扩管和扩径来完成成品，制造大对焊管件、大缝无管销售合同的问题也解决不了。

为了解决采购合同和管件生产中要求的大口径无缝管问题，管件厂家通过市场调研，并与国内具有800H合金生产经验的冶金和管材制造企业取得了联系，最终决定这批800H合金无缝管由国内相关企业生产，并合作解决重要问题， 我们已经完成了从冶炼到制管的所有工作。

800H 合金无缝管

其他要求

综合考虑设计人员的意见、相关信息以及管材变形加工的可加工性，800H合金无缝管符合ASTM B407标准的要求。 以及任何其他合同要求。 表 1 列出了相应标准的规定和合同的附加要求。

表 1 标准对应条款和附加合同要求

铝+钛/%

颗粒大小

壁厚负偏差/%

X 射线无损检测系统方法

ASTM B407 规范

0.85-1.20

5 级或以上

≤12.5

水压和涡流

其他要求

≤0.7

2-5 级

≤10

水压 + 涡流，超声 + 内窥镜

原材料的质量是决定质量的主要条件。 管件的质量。 以上对800H合金无缝管的附加要求主要是为了满足材料服务需要。 管件的制造过程 。

（1） 根据相关研究数据，800H 合金中 Al 和 Ti 的增加对蠕变强度有利，但对韧性有负面影响 [2]。 为了使材料在 600 °C 以上具有良好的蠕变断裂强度，并在 700 °C 以下长期使用后仍保持良好的韧性，Al + Ti 的含量应控制在 0.7% 以下 [3]。

（2） 800H 合金的两个主要性能是其抗高温蠕变性。 将晶粒尺寸控制在 2~5 大大提高了材料的蠕变断裂强度 [2-XNUMX]。

（3） 需要负偏差。 管道壁厚不超过标称壁厚 （%）。 这是为了确保壁厚，同时考虑到对焊管件变形时可能造成的壁厚损失。 对焊管件满足要求。

（4） 另一个无损检测要求是每根合金管都经过水压试验。 基于此，对 DN 100 以下的合金管进行涡流检测，对 DN 100 及以上的合金管进行超声检测。 必须对每根合金管的两端进行渗透测试，并用内窥镜检查每根合金管的内表面（放大 16 倍）。 所有这些要求主要是为了保证工厂 800H 合金无缝管的质量。

800H合金无缝管的质量

在第 800 批大口径 XNUMX H 合金无缝管原型生产完成后，管件制造商制作了对焊管件原型。 在形成和热处理弯头的触探试验 （PT） 中发现直径为 1.5 mm 或更小的点状缺陷不规则分布在管件的内外表面，并对缺陷进行抛光处理。 排除。 合金管的这种缺陷将无法满足管件的质量要求。
后续的技术分析认为，缺陷在材料生产的早期阶段更容易出现，应从起霜阶段就找出原因，包括材料的冶炼阶段。 冶金企业考虑到缺陷的原因，进行了分析研究，进一步改进了工艺技术。 通过相关企业的共同努力，终于有可能满足材料标准规定的要求，采购附加要求，以及合金管用管件的生产工艺。 随后的管件原型结果表明，改进的工艺技术提供的大口径 800H 合金无缝管消除了上述缺陷，满足了合金管件制造工艺的质量要求。
通过大型800H合金无缝管的生产过程，相关公司积累了生产大口径800H合金无缝管的技术经验，为此类产品的后续市场应用铺平了道路。

800H对焊管件的成型工艺

800H合金材料具有良好的变形加工性能，适用于冷热加工。 需要注意的是，800H合金在材料成型过程中的加工硬化现象大于普通奥氏体不锈钢。 因此，在采用冷成型工艺时，应考虑装机容量。 使用的管道应处于溶液处理状态。 如果冷作变形相对较大，则可能需要中间热处理以去除加工硬化。 这避免了在成型过程中管道出现裂纹，从而导致报废。
根据 800H 合金材料采购订单中对焊管件的规格和公司现有成型设备的能力，管件制造商会考虑冷成型工艺与热成型工艺的比较，热成型工艺通常具有 800 一次性成型的特点。 外观质量好，成本低，所有 XNUMXH 合金对焊管件决定采用冷成型工艺生产。 整个生产工艺流程为材料复检→下料→成型→热处理→力学检测和产品粒度检测→喷砂→最终加工→外观和尺寸检测→超声波和渗透检测→酸洗和钝化→打标→包装。
800H合金无缝对焊管件的类型包括弯头、三通和异径管。不同品种的冷成型工艺方法见表2。
表 2 所示的加工方法是生产不锈钢对焊管件的先进成型工艺，已经过多年的制造经验验证。 可用于生产800H合金对焊管件。
表2 冷成型加工方法 不同类型的对焊管件

品种

进程名称

方法描述

肘

冷推

与弯头直径相同的无缝管经过冷压，并使用专用成型机进行成型。 弯头的形状由外模和内芯保证。

茶

液压气球

使用与三通直径相同的无缝管，并使用特殊的液压机通过液压膨胀形成。 T 形的形状由成型模具的型腔保证。

还原剂

减小直径

使用与减速机大端直径相同的无缝管，并通过液压机将直径冷压成型。 减速器的形状由成型模具的内腔保证。

目前，管件制造商采用冷成型工艺生产800H合金弯头、三通、异径管等无缝对焊管件，最大尺寸为DN400，最大壁厚为16mmmo。

图 1 800H 合金缝无对焊管件

800H对焊管件的热处理

热处理的作用

热处理是 800H 合金质量控制的另一个重要环节。 通过对 XNUMXH 合金管件使用特定的共溶剂热处理：

（1）可以消除材料在产品冷变形过程中的硬化，恢复材料的机械性能。

（3） 恢复和调整材料的结构，以达到所需的粒径。 满足材料在高温条件下的抗蠕变性要求 [4-<>]。

规格表中的热处理温度

如果产品规格规定了某些参数，制造商通常必须根据规定的参数进行制造。
镍和镍合金管件规范 ASTM B366 [5] 规定 UNS N08810 管件的推荐热处理温度为 1147 ~ 1177 °C，规范对此有说明，并规定应参考最终热处理温度。 与材料制造商合作。
镍铁铬合金无缝管在 ASTM B407 的规范中，美国 N08810 无缝管给出的最低最终热处理温度为 1121 °C，对此没有评论。
同样是 ASTM 材料规格，它与 UNS N08810 中使用的材料相同。 无缝无管和管件规格的最低热处理温度为 26°C。
根据咨询结果，UNS N08810 合金无缝管的管道制造商进行最终热处理的最低温度为 1130°C。

热处理工艺UNS N08810 对焊管件

在制定800H合金对焊管件的热处理工艺时，我们参考了ASTM B366的热处理要求，分析了合金管制造企业的固溶热处理工艺，并进行了UNS N08810合金对焊的热处理工艺试验。 进行了管道工作。 根据测试结果，开发了固溶热处理工艺。 表 3 显示了固溶热处理工艺的主要内容。
表 3 固溶热处理工艺的主要内容 UNS N08810 管件

炉温/°C

保温温度/°C

等

冷却方式

800-1000

1162 5 ±

1.5 分钟/毫米，但不少于 15 分钟

水冷式

热处理设备采用箱式电炉。 炉的装料温度确定在 800~1000°C。 目的是使加热的工件尽快达到保温温度，并减少奥氏体材料在敏感温度区的停留时间，以减少痰液的沉淀。 它在产品之间产生碳化物，提高材料的耐腐蚀性 [6-7]。

热处理工艺试验结果发现保温温度为 1162°C。 该温度也是 ASTM B1147 中规定的 1177 °C 至 366 °C 之间的中间值。 固溶热处理合金管制造商的保温温度 该温度高于ASTM B1130中规定的最低热处理温度，但为407°C。 但是，它低于 ASTM B366 中规定的最低热处理温度。 从粒度测试的比较结果。 在 1130°C 下热处理的材料粒度明显小于在 1162°C 下热处理的产品的粒度。
根据热处理实验的结果。 将工件的保持时间控制在 1.5 分钟/毫米，但不应低于 15 分钟的壁厚。 这是为了获得材料粒度的预期值。 实验证明，如果保留时间过长，材料的粒度会变得过大。

测试结果

800H合金无缝堆焊管件的粒度和力学性能的试验结果表明，经过特定的固溶热处理。 每批产品的粒度和机械性能均达到目标要求和产品规格。

图 2 ~ 图 5 是 800 种规格的 4H 合金管的晶粒尺寸复检和对焊管的晶粒尺寸检查照片（放大 100 倍）。

表 4 列出了 800 规格 4H 合金管的机械性能和对焊管件的机械性能。
表 4 合金管和对焊管件四种规格的机械性能

规格/mm

您的姓名

拉伸强度/Mpa

承载能力/Mpa

伸长率/%

硬度/HB

DN400×16 型

管

530

275

57.5

121-138

管件

525

245

54.5

126-130

DN350×13 型

管

515

210

55

125-133

管件

540

215

56.5

123-139

DN250×9.5

管

555

310

49

90-110

管件

525

282

56.5

98-136

DN200×8.2

管

580

395

48

90-110

管件

555

325

56

88-136

总结

1）通过发展大口径800H合金对焊管件，推动大型800H无缝管的生产。 为未来大口径 800H 合金无缝管和无缝对焊管件的市场应用提供了有益的经验。

2）800H接箍管的质量是控制对焊管件质量的主要条件。 相关冶金和管材制造企业应进一步加强 800H 冶炼、管材制造和配套工艺技术的研发，为市场提供高质量的 800H 合金材料，以满足日益增长的市场需求。

3） 已在实践中证明该设备的容量是否满足形成 800H 合金对焊管件所需的估计吨位。 不锈钢对焊管件的冷成型工艺可用于生产800H合金对焊管件。

4）采用特定的热处理工艺是控制800H合金对焊管件质量的另一个重要条件。 通过特定的固溶热处理，产品的力学性能和粒度指数可达到预期值，满足使用中XNUMXH合金对焊管件的要求。