CN103243279B - 一种尿素级不锈钢管及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种尿素级不锈钢管及其生产工艺，化学成分：Ni:19.6-19.8%，Mo：3.2-3.5%，Cr：19.1-19.3%，C：0.025-0.028%，Si：1.3-1.5%，Mn：1.7-1.9%，S：0.03-0.05%，P：0.035-0.037%，Cu：0.03-0.05%，Co：0.012-0.016%，0：0.03-0.05%，Al：0.3-0.5%，Nb：0.07-0.09%，B:0.001-0.003%，N:0.03-0.05%，余量为Fe。通过前后两道不同的加热和冷却使钢管具有良好的抗晶间腐蚀和选择性腐蚀性能，并具有良好的强塑性。

Description

一种尿素级不锈钢管及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种不锈钢管的生产工艺，具体的说是一种尿素级不锈钢管及其生产工艺。

背景技术

尿素级不锈钢是一种专用奥氏体不锈钢,专用于尿素生产的尿素级不锈钢主要有316UG,00Cr25Ni22Mo2N(2RE69), 尿素生产是在高压(140-250大气压)和温度180-210度条件下,由二氧化碳与氨合成,其中间产物氨基甲酸铵等对不锈钢有强烈腐蚀性,一般不锈钢如316L都不能满足其耐腐蚀性，由此开发的专用钢钟称为尿素级不锈钢。尿素级不锈钢与传统不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高，具有优良的耐孔蚀性能。现有技术中，尿素级不锈钢生产过程中碳化物无法充分溶解，碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标，固溶不均会带来腐蚀速率超标和硬度超标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种尿素级不锈钢管及其生产工艺，具有良好的抗晶间腐蚀和选择性腐蚀性能，并可以使碳化物充分溶解，均匀扩散，避免了碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标，具有良好的强塑性。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种尿素级不锈钢管，其化学成分及质量百分比为：Ni:19.6-19.8%，Mo：3.2-3.5%，Cr：19.1-19.3%，C：0.025-0.028%，Si：1.3-1.5%，Mn：1.7-1.9%，S：0.03-0.05%，P：0.035-0.037%，Cu：0.03-0.05%，Co：0.012-0.016%，0：0.03-0.05%，Al：0.3-0.5%，Nb：0.07-0.09%，B:0.001-0.003%，N:0.03-0.05%，余量为Fe。

尿素级不锈钢管的生产工艺，其工艺线路为：管坯→固溶处理→剥皮锯切→加热→穿孔→第一酸洗→荒管检验→第一冷轧→第一脱脂→第一热处理→第一矫直切管→第一冷却→第二酸洗→中间检验→第二冷轧→第二脱脂→第二热处理→弯管及弯头热处理→第二冷却→光亮热处理→第三冷却→第二矫直切管→第三酸洗→成品表检→超声波探伤→涡流探伤→喷标识→包装；

固溶处理：加热温度为1100-1120℃，固溶后快速水冷，以7-9℃/s的冷却速率将管坯水冷至室温；

第二冷轧：采用三辊精轧，钢管管外径和壁厚尺寸偏差控制在±0.05mm，钢管内外表面粗糙度≤0.6um；

第一热处理工序：采用分段加热，加热一段的加热温度为885-890℃，加热二段的的加热温度为1005-1010℃，均热段的加热温度为1045-1050℃；

第一冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1-2℃/s的冷却速率将钢管水冷至850-870℃，然后空冷至800-830℃，再采用水冷以7-9℃/s的冷却速率将钢管水冷至360-380℃，再采用水冷以1-2℃/s的冷却速率冷却至室温；

第二热处理工序：热处理温度为1120-1125℃；

弯管及弯头热处理工序：采用过盈径向加压法弯制U形管，弯管最小的弯曲半径与管材外径之比R/D=1.5，弯管椭圆度控制在＜7%，管腿间距最小偏差控制在±1.5mm，弯头减壁＜15%；采用中频接触式加热U形管弯头热处理，弯头热处理温度控制在950-1050℃；

第二冷却工序：先以7-9℃/s冷却速率冷却至温度530-570℃，随后空冷至室温；

光亮热处理工序：热处理温度1100±10℃。

第三冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以7-9℃/s的冷却速率将钢管水冷至750-770℃，然后采用水冷以2-4℃/s的冷却速率将钢管水冷至360-380℃，再空冷至室温。

本发明的其它工序，如管坯、剥皮锯切、加热、穿孔、第一酸洗、荒管检验、第一冷轧、第一脱脂、第一矫直切管、第二酸洗、、第二矫直切管、第三酸洗、成品表检、超声波探伤、涡流探伤、喷标识和包装都可采用现有工艺。

本发明提高Cr、Ni和Mo的含量，降低C及S和P含量，配合热处理及冷却工序，使不锈钢在最终热处理后能获得全奥氏体组织，并使铁素体的含量不超过0.6%，材料具有良好的抗晶间腐蚀和选择性腐蚀性能，对尿素介质具有更好的耐腐蚀性。

本发明钢管加工前材料进行固溶处理，固溶温度为1040-1120℃，固溶后冷却，材料通过固溶处理可以获得稳定的奥氏体组织及良好的耐腐蚀性能，固溶水冷能获得良好的耐腐蚀性，固溶后快速水冷对抑制和减少P，Si等在晶界析出和偏聚，固溶水冷对晶界有热清洗作用。

本发明通过Ni、Mo和Cr的成分的控制，以及与第一热处理以及第一冷却工序的配合，可以使碳化物充分溶解，均匀扩散，避免了碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标，保证了材料的铁素体含量小于0.6%，常温下屈服强度≥175MPa,抗拉强度≥490MPa，延伸率≥35%，250℃高温屈服强度达到210MPa，抗拉强度达到565MPa；另外还可以使材料固溶充分，避免了常规热处理方式加热不均，固溶不均带来的腐蚀速率超标和硬度超标。

本发明通过Ni、Mo和Cr的成分的控制，以及与第二热处理以及第二冷却工序的配合，意外的获得了使尿素级不锈钢管的组织细小的技术效果，奥氏体组织尺寸更小，厚度更薄，分布更加均匀，使尿素级不锈钢管具有良好的强塑性；另外还可以使金相组织非常细小均匀，奥氏体非常均匀地弥散分布在基体上，没有网状组织存在，晶粒度为2级或更细，从而使尿素级不锈钢管具有强抗腐蚀性能的同时，具有良好的强塑性。

本发明弯管及弯头热处理采用过盈径向加压法及弯头热处理可以确保弯头性能与直管段性能一致。

本发明光亮热处理作为产品的最终热处理，决定了产品的最终性能，采用氢气保护气氛，热处理温度1100±10℃，既避免了碳化物在晶间的折出，同时又防止了热处理过程的渗碳和渗氮，保证了材料的晶间腐蚀性能和力学性能，常温下屈服强度≥175MPa,抗拉强度≥490MPa，延伸率≥35%，250℃高温屈服强度达到210MPa，抗拉强度达到565MPa。光亮热处理后通过第三冷却工序使其性能更为稳定，且奥氏体组织更为细小均匀。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的尿素级不锈钢管，其化学成分及质量百分比为：Ni:19.6%，Mo：3.2%，Cr：19.1%，C：0.025%，Si：1.3%，Mn：1.7%，S：0.03%，P：0.035%，Cu：0.03%，Co：0.012%，0：0.03%，Al：0.3%，Nb：0.07%，B:0.001%，N:0.03%，余量为Fe。

前述的尿素级不锈钢管，其化学成分及质量百分比为：Ni:19.8%，Mo：3.5%，Cr：19.3%，C：0.028%，Si：1.5%，Mn：1.9%，S：0.05%，P：0.037%，Cu：0.05%，Co：0.016%，0：0.05%，Al：0.5%，Nb：0.09%，B:0.003%，N:0.05%，余量为Fe。

前述的尿素级不锈钢管，其化学成分及质量百分比为：Ni:19.7%，Mo：3.3%，Cr：19.2%，C：0.027%，Si：1.4%，Mn：1.8%，S：0.034%，P：0.036%，Cu：0.04%，Co：0.014%，0：0.04%，Al：0.4%，Nb：0.08%，B:0.002%，N:0.04%，余量为Fe。

前述的尿素级不锈钢管，其组织结构为全奥氏体组织，铁素体含量小于0.6%，且奥氏体均匀地弥散分布在基体上，没有网状组织存在，晶粒度为2级或更细。

本发明的尿素级不锈钢管按照GB/T4334·5-2000方法，敏化处理后再硫酸—硫酸铜—铜屑溶液中24小时沸腾试验，经弯曲后试验，试验无晶间腐蚀裂纹，性能都达到国外先进标准，沸腾Mgcl2试验满足相关标准要求。

本发明减少材料中有害元素S、P含量，提高钢材的纯净度，对优化本产品的组织性能有显著的效果，要求S≤0.020，P≤0.035。

本发明通过前后两道不同的加热工序（即第一热处理和第二热处理），通过温度的控制可使碳化物充分溶解，均匀扩散；另外通过两道不同的冷却工序（即第一冷却和第二冷却），通过加热后的冷却，使材料固溶充分，避免了常规热处理方式加热不均，固溶不均带来的腐蚀速率超标和硬度超标。

本产品力学性能：常温下屈服强度达到175MPa以上，抗拉强度达到490MPa以上，延伸率≥35%，250℃高温屈服强度达到210MPa，抗拉强度达到565MPa，本产品均匀抗腐蚀，点蚀，应力腐蚀性能优于国外同类产品。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种尿素级不锈钢管，其化学成分及质量百分比为：Ni:19.6%，Mo：3.2%，Cr：19.1%，C：0.025%，Si：1.3%，Mn：1.7%，S：0.03%，P：0.035%，Cu：0.03%，Co：0.012%，0：0.03%，Al：0.3%，Nb：0.07%，B:0.001%，N:0.03%，余量为Fe。

本实施例的尿素级不锈钢管的生产工艺，其工艺线路为：管坯→固溶处理→剥皮锯切→加热→穿孔→第一酸洗→荒管检验→第一冷轧→第一脱脂→第一热处理→第一矫直切管→第一冷却→第二酸洗→中间检验→第二冷轧→第二脱脂→第二热处理→弯管及弯头热处理→第二冷却→光亮热处理→第三冷却→第二矫直切管→第三酸洗→成品表检→超声波探伤→涡流探伤→喷标识→包装；

固溶处理：加热温度为1100℃，固溶后快速水冷，以7℃/s的冷却速率将管坯水冷至室温；

第二冷轧：采用三辊精轧，钢管管外径和壁厚尺寸偏差控制在±0.05mm，钢管内外表面粗糙度≤0.6um；

第一热处理工序：采用分段加热，加热一段的加热温度为885℃，加热二段的的加热温度为1005℃，均热段的加热温度为1045℃；

第一冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1℃/s的冷却速率将钢管水冷至850℃，然后空冷至800℃，再采用水冷以7℃/s的冷却速率将钢管水冷至360℃，再采用水冷以1-2℃/s的冷却速率冷却至室温；

第二热处理工序：热处理温度为1120℃；

弯管及弯头热处理工序：采用过盈径向加压法弯制U形管，弯管最小的弯曲半径与管材外径之比R/D=1.5，弯管椭圆度控制在＜7%，管腿间距最小偏差控制在±1.5mm，弯头减壁＜15%；采用中频接触式加热U形管弯头热处理，弯头热处理温度控制在950℃；

第二冷却工序：先以7℃/s冷却速率冷却至温度530℃，随后空冷至室温；

光亮热处理工序：热处理温度1100℃。

第三冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以7℃/s的冷却速率将钢管水冷至750℃，然后采用水冷以2℃/s的冷却速率将钢管水冷至360℃，再空冷至室温。

本实施例的其它工序，如管坯、剥皮锯切、加热、穿孔、第一酸洗、荒管检验、第一冷轧、第一脱脂、第一矫直切管、第二酸洗、、第二矫直切管、第三酸洗、成品表检、超声波探伤、涡流探伤、喷标识和包装都可采用现有工艺。

实施例2

本实施例是一种尿素级不锈钢管，其化学成分及质量百分比为：Ni:19.8%，Mo：3.5%，Cr：19.3%，C：0.028%，Si：1.5%，Mn：1.9%，S：0.05%，P：0.037%，Cu：0.05%，Co：0.016%，0：0.05%，Al：0.5%，Nb：0.09%，B:0.003%，N:0.05%，余量为Fe。

本实施例的尿素级不锈钢管的生产工艺，其工艺线路为：管坯→固溶处理→剥皮锯切→加热→穿孔→第一酸洗→荒管检验→第一冷轧→第一脱脂→第一热处理→第一矫直切管→第一冷却→第二酸洗→中间检验→第二冷轧→第二脱脂→第二热处理→弯管及弯头热处理→第二冷却→光亮热处理→第三冷却→第二矫直切管→第三酸洗→成品表检→超声波探伤→涡流探伤→喷标识→包装；

固溶处理：加热温度为1010℃，固溶后快速水冷，以8℃/s的冷却速率将管坯水冷至室温；

第二冷轧：采用三辊精轧，钢管管外径和壁厚尺寸偏差控制在±0.05mm，钢管内外表面粗糙度≤0.6um；

第一热处理工序：采用分段加热，加热一段的加热温度为888℃，加热二段的的加热温度为1007℃，均热段的加热温度为1049℃；

第一冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1℃/s的冷却速率将钢管水冷至860℃，然后空冷至820℃，再采用水冷以8℃/s的冷却速率将钢管水冷至370℃，再采用水冷以2℃/s的冷却速率冷却至室温；

第二热处理工序：热处理温度为1123℃；

弯管及弯头热处理工序：采用过盈径向加压法弯制U形管，弯管最小的弯曲半径与管材外径之比R/D=1.5，弯管椭圆度控制在＜7%，管腿间距最小偏差控制在±1.5mm，弯头减壁＜15%；采用中频接触式加热U形管弯头热处理，弯头热处理温度控制在1000℃；

第二冷却工序：先以8℃/s冷却速率冷却至温度550℃，随后空冷至室温；

光亮热处理工序：热处理温度1090℃。

第三冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以8℃/s的冷却速率将钢管水冷至760℃，然后采用水冷以3℃/s的冷却速率将钢管水冷至370℃，再空冷至室温。

本实施例的其它工序，如管坯、剥皮锯切、加热、穿孔、第一酸洗、荒管检验、第一冷轧、第一脱脂、第一矫直切管、第二酸洗、、第二矫直切管、第三酸洗、成品表检、超声波探伤、涡流探伤、喷标识和包装都可采用现有工艺。

实施例3

本实施例是一种尿素级不锈钢管，其化学成分及质量百分比为：Ni:19.7%，Mo：3.3%，Cr：19.2%，C：0.027%，Si：1.4%，Mn：1.8%，S：0.034%，P：0.036%，Cu：0.04%，Co：0.014%，0：0.04%，Al：0.4%，Nb：0.08%，B:0.002%，N:0.04%，余量为Fe。

本实施例的尿素级不锈钢管的生产工艺，其工艺线路为：管坯→固溶处理→剥皮锯切→加热→穿孔→第一酸洗→荒管检验→第一冷轧→第一脱脂→第一热处理→第一矫直切管→第一冷却→第二酸洗→中间检验→第二冷轧→第二脱脂→第二热处理→弯管及弯头热处理→第二冷却→光亮热处理→第三冷却→第二矫直切管→第三酸洗→成品表检→超声波探伤→涡流探伤→喷标识→包装；

固溶处理：加热温度为1120℃，固溶后快速水冷，以9℃/s的冷却速率将管坯水冷至室温；

第二冷轧：采用三辊精轧，钢管管外径和壁厚尺寸偏差控制在±0.05mm，钢管内外表面粗糙度≤0.6um；

第一热处理工序：采用分段加热，加热一段的加热温度为890℃，加热二段的的加热温度为1010℃，均热段的加热温度为1050℃；

第一冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2℃/s的冷却速率将钢管水冷至870℃，然后空冷至830℃，再采用水冷以9℃/s的冷却速率将钢管水冷至380℃，再采用水冷以2℃/s的冷却速率冷却至室温；

第二热处理工序：热处理温度为1125℃；

弯管及弯头热处理工序：采用过盈径向加压法弯制U形管，弯管最小的弯曲半径与管材外径之比R/D=1.5，弯管椭圆度控制在＜7%，管腿间距最小偏差控制在±1.5mm，弯头减壁＜15%；采用中频接触式加热U形管弯头热处理，弯头热处理温度控制在1050℃；

第二冷却工序：先以9℃/s冷却速率冷却至温度570℃，随后空冷至室温；

光亮热处理工序：热处理温度1110℃。

第三冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以9℃/s的冷却速率将钢管水冷至770℃，然后采用水冷以4℃/s的冷却速率将钢管水冷至380℃，再空冷至室温。

本实施例的其它工序，如管坯、剥皮锯切、加热、穿孔、第一酸洗、荒管检验、第一冷轧、第一脱脂、第一矫直切管、第二酸洗、、第二矫直切管、第三酸洗、成品表检、超声波探伤、涡流探伤、喷标识和包装都可采用现有工艺。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种尿素级不锈钢管的生产工艺，所述尿素级不锈钢管的化学成分及质量百分比为：Ni:19.6-19.8%，Mo：3.2-3.5%，Cr：19.1-19.3%，C：0.025-0.028%，Si：1.3-1.5%，Mn：1.7-1.9%，S：0.03-0.05%，P：0.035-0.037%，Cu：0.03-0.05%，Co：0.012-0.016%，0：0.03-0.05%，Al：0.3-0.5%，Nb：0.07-0.09%，B:0.001-0.003%，N:0.03-0.05%，余量为Fe；

所述尿素级不锈钢管的生产工艺的工艺线路为： 管坯→固溶处理→剥皮锯切→加热→穿孔→第一酸洗→荒管检验→第一冷轧→第一脱脂→第一热处理→第一矫直切管→第一冷却→第二酸洗→中间检验→第二冷轧→第二脱脂→第二热处理→弯管及弯头热处理→第二冷却→光亮热处理→第三冷却→第二矫直切管→第三酸洗→成品表检→超声波探伤→涡流探伤→喷标识→包装；

其特征在于：

所述固溶处理：加热温度为1100-1120℃，固溶后快速水冷，以7-9℃/s的冷却速率将管坯水冷至室温；

所述第二冷轧：采用三辊精轧，钢管管外径和壁厚尺寸偏差控制在±0.05mm，钢管内外表面粗糙度≤0.6μm；

所述第一热处理工序：采用分段加热，加热一段的加热温度为885-890℃，加热二段的的加热温度为1005-1010℃，均热段的加热温度为1045-1050℃；

所述第一冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以1-2℃/s的冷却速率将钢管水冷至850-870℃，然后空冷至800-830℃，再采用水冷以7-9℃/s的冷却速率将钢管水冷至360-380℃，再采用水冷以1-2℃/s的冷却速率冷却至室温；

所述第二热处理工序：热处理温度为1120-1125℃；

所述弯管及弯头热处理工序：采用过盈径向加压法弯制U形管，弯管最小的弯曲半径与管材外径之比R/D=1.5，弯管椭圆度控制在＜7%，管腿间距最小偏差控制在±1.5mm，弯头减壁＜15%；采用中频接触式加热U形管弯头热处理，弯头热处理温度控制在950-1050℃；

所述第二冷却工序：先以7-9℃/s冷却速率冷却至温度530-570℃，随后空冷至室温；

所述光亮热处理工序：热处理温度1100±10℃；

所述第三冷却工序：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以7-9℃/s的冷却速率将钢管水冷至750-770℃，然后采用水冷以2-4℃/s的冷却速率将钢管水冷至360-380℃，再空冷至室温。

2.如权利要求1所述的尿素级不锈钢管的生产工艺，其特征在于：所述尿素级不锈钢管的化学成分及质量百分比为：Ni:19.6%，Mo：3.2%，Cr：19.1%，C：0.025%，Si：1.3%，Mn：1.7%，S：0.03%，P：0.035%，Cu：0.03%，Co：0.012%，0：0.03%，Al：0.3%，Nb：0.07%，B:0.001%，N:0.03%，余量为Fe。

3.如权利要求1所述的尿素级不锈钢管的生产工艺，其特征在于：所述尿素级不锈钢管的化学成分及质量百分比为：Ni: 19.8%，Mo：3.5%，Cr：19.3%，C：0.028%，Si：1.5%，Mn：1.9%，S：0.05%，P：0.037%，Cu：0.05%，Co：0.016%，0：0.05%，Al：0.5%，Nb：0.09%，B:0.003%，N:0.05%，余量为Fe。

4.如权利要求1所述的尿素级不锈钢管的生产工艺，其特征在于：所述尿素级不锈钢管的化学成分及质量百分比为：Ni:19.7%，Mo：3.3%，Cr：19.2%，C：0.027%，Si：1.4%，Mn：1.8%，S：0.034%，P：0.036%，Cu：0.04%，Co：0.014%，0：0.04%，Al：0.4%，Nb：0.08%，B:0.002%，N:0.04%，余量为Fe。

5.如权利要求1-4所述的尿素级不锈钢管的生产工艺，其特征在于：所述尿素级不锈钢管的组织结构为全奥氏体组织，铁素体含量小于0.6%，且奥氏体均匀地弥散分布在基体上，没有网状组织存在，晶粒度为2级或更细。