西安2507/2205不锈钢管的组织与性能(néng)
西安2507/2205不锈钢管的组织与性能(néng)
采用(yòng)热穿孔工艺,结合多(duō)道次冷轧变形,开发出大口径2507无缝钢管,规格為(wèi)219*20mm。结果表明:2507无缝钢管金相组织优良,铁素體(tǐ)含量约45%~55%。钢管具有(yǒu)良好的力學(xué)性能(néng),低温冲击功可(kě)达70J以上。同时,钢管具有(yǒu)较好的耐点腐蚀性能(néng),腐蚀速率小(xiǎo)于3.0mdd。本次开发的大口径2507无缝钢管化學(xué)组成、金相组织及室温力學(xué)性能(néng)、低温冲击性能(néng)均满足ASME SA790、ISO 13680等产品标准要求,可(kě)以用(yòng)于石化、海洋、油气开采等领域。
超级双相不锈钢(UNS 2507)由于超低碳和高铬、高钼、高氮的成分(fēn)设计,与UNS S32205双相不锈钢相比,具有(yǒu)更高的强度、更好的耐点腐蚀、耐应力腐蚀性能(néng)。目前主要用(yòng)于各种苛刻环境,尤其是在高氯化物(wù)环境中,常用(yòng)作海水热交换器、海底油田管道缆、海水淡化等装置。
苛刻的酸性油气田环境中,根据介质浓度、温度、压力等工况,可(kě)选用(yòng)的材料主要有(yǒu)马氏體(tǐ)不锈钢、双相不锈钢和镍基合金等。因此,在一些高温、高压、高含CO2、H2S环境中常采用(yòng)镍基合金材料。而在一些含CO2、Cl-且H2S含量较低的油气开采环境中,2507合金由于具有(yǒu)冷加工硬化显著、抗应力腐蚀性能(néng)好、耐点蚀,相对于镍基合金油井管而言,具有(yǒu)价格低、性能(néng)相当等特点,综合性能(néng)则优于马氏體(tǐ)不锈钢。因此得到越来越广泛的应用(yòng),应用(yòng)形式主要是管材[1]-[5]。
通常来讲,无缝钢管尺寸较小(xiǎo)时,通过热挤压工艺或者热穿孔工艺,结合冷轧工艺可(kě)以生产出符合要求的超级双相无缝钢管。但是,对于大口径超级双相无缝钢管,采用(yòng)热挤压工艺生产比较困难,特别是管材長(cháng)度要求较長(cháng)时。因此,针对大口径(外径大于219mm)、長(cháng)度较長(cháng)(9m以上)等特殊需求,本公司开展了2507超级双相无缝钢管的研制开发,并形成了批量生产的能(néng)力。
1、大口径2507无缝钢管的制造流程
大口径2507合金无缝钢管的整个开发制造流程可(kě)以简化為(wèi):钢锭冶炼→锻造开坯→管坯加工→热穿孔→冷轧成形→固溶热处理(lǐ)→酸洗→检验→成品。
钢坯由某特钢公司提供,采用(yòng)電(diàn)炉+AOD精炼工艺冶炼。经公司入厂复验,管坯化學(xué)成分(fēn)见表1,结果表明成分(fēn)符合ASME SA790、ISO 13680等相关产品标准要求。管坯各类夹杂物(wù)含量為(wèi)0.5~1.5级,也符合技术条件要求,如图1所示
钢坯经剥皮机剥皮后,彻底消除表面的缺陷(氧化皮、裂纹等)。根据实际要求将钢坯进行分(fēn)段、机加工,并进行尺寸公差和表面质量检查。管坯在加热前进行清洗,**管坯内外表面上的油脂和污物(wù),防止管坯在加热过程中被污染,确保管坯质量。将清洗后的管坯送入斜底式加热炉中进行加热到设定温度后,送入斜轧穿孔机中进行热穿孔,得到内外表面质量良好、性能(néng)均匀的穿孔荒管。荒管经过固溶热处理(lǐ)后进行内外表面检验,為(wèi)后续冷轧工艺提供合格的荒管,并為(wèi)*终的成品管材提供了可(kě)靠的质量保证。穿孔荒管在周期式冷轧管机上完成冷轧变形,经过多(duō)道次冷轧,*终轧制出251mm×17mm的成品钢管,長(cháng)度达10m以上。
2、大口径2507无缝钢管的组织与性能(néng)
2.1 金相组织演化
由于采用(yòng)热穿孔工艺进行荒管制备,穿孔工艺对荒管金相组织的影响非常显著,特别影响到两相比与相组织、形态的控制。如果穿孔工艺控制不好的话,在荒管组织中容易产生金属间相、二次奥氏體(tǐ)相等,进而影响到荒管质量和成品管材的性能(néng)。
试验检验结果表明,热穿孔荒管金相组织较差,两相比例不协调,并且含有(yǒu)较多(duō)的**相,如图2(a)所示。特别是,由于钢材存在随温度的降低发生由韧性到脆性的转变。一旦钢管组织不正常,低温(-10℃~-50℃)冲击性能(néng)则大大恶化,冲击功降低到20J左右,甚至更低,此时断口形貌為(wèi)明显的脆性断裂特征,如图3(a)所示。因此对热穿孔荒管及中间规格管进行合适的热处理(lǐ),调整钢管内部组织中的两相比例与相组成、形态。试验结果表明,经过适当热处理(lǐ)后,中间管的金相组织逐渐恢复正常,基本上未见金属间相等出现,如图2(b)所示。低温(-10℃~-50℃)冲击性能(néng)逐渐提高到60~150J左右,断口特征从脆性断裂转变為(wèi)韧性断裂特征,如图3(b)所示
2.2 力學(xué)性能(néng)
从成品钢管取样分(fēn)别进行包括金相、室温拉伸和低温冲击试验、点腐蚀性能(néng)评价试验,以评价钢管的使用(yòng)性能(néng)及工艺性能(néng)。
金相结果如图2(c)中所示。从测试结果可(kě)以看出,成品钢管中两相含量比较均匀,铁素體(tǐ)含量大约在45%~55%左右,符合相关产品标准。同时,两相界面清晰、过渡光滑,未见金属间等**相。
对成品规格的2507管的冲击功,进行了检测,结果如图4所示。从图中可(kě)以发现,无论是固溶态还是冷变形态的成品管,其冲击性能(néng)优异。冲击功随着实验温度的降低而降低,且固溶态的冲击功遠(yuǎn)高于冷加工态。
此外,成品管的低温(-10℃)冲击功均高于70J。对其断口进行观察发现,為(wèi)韧性断裂,如图3(b)所示。
采用(yòng)ASTM G48A法进行了点腐蚀实验。结果表明,点腐蚀速率小(xiǎo)于3.0 mdd。综合金相组织、冲击性能(néng)、室温拉伸、点腐蚀等检验结果,可(kě)以发现,本次开发的大口径2507无缝钢管性能(néng)优异,完全满足ASMESA790、ISO13680标准要求。
3、结论
西安华达不锈钢有(yǒu)限公司有(yǒu)限公司采用(yòng)热穿孔和冷轧工艺成功开发了规格為(wèi)219*20mm的大口径2507超级双相无缝钢管。大口径2507无缝钢管金相组织、力學(xué)性能(néng)优异,符合ASME SA790、状态抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/% 硬度/HRC冷变形1060 960 27 33固溶态815 580 44 25ISO13680等产品标准,可(kě)用(yòng)于石化、海洋、油气开采等领域。