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大直径厚壁无缝钢管减径环堆焊复合制造研究

来源:不锈钢管编辑 发布时间:2020-05-26 次浏览

我企业电站锅炉用大直径厚壁无缝钢管生产线年产成品钢管2万吨。该生产线的一个重要工序是,将:钢管坯加热至锻造温度后,用20MN卧式液压机通过芯轴和减径环进行压制,迫使高温管坯产生热塑性变形并沿钢管轴向拉伸。可见,减径环是大直径厚壁无缝钢管生产线上的重要模具,其内孔高温耐磨性和尺寸稳定性对毛坯钢管的整体尺寸有重要影响。

大家生产线上的减径环一直是由45 #钢锻造原料制成的。其高温耐磨性差,使用寿命只有60 -70倍。这种缺陷不仅增加了模具的成本,而且由于45 #钢减径环内孔工作面的严重磨损,增加了大直径厚壁无缝钢管的抗变形能力。高附加值的合金钢管的抗变形能力将超过压力机的额定压力。因此,开发耐高温、耐磨、工艺简单的减径环成为我企业亟待解决的技术问题。

在欧洲,与我企业类似的钢管生产线普遍采用镶嵌硬质合金套管的方法来提高减径环的耐磨性和使用寿命,但是硬质合金套管的制造工艺复杂且昂贵,这种方法不适合我企业的生产线。

2.减径环的运行状况和故障模式

我企业钢管生产线上有两种规格的减径环钢管:外径1 350毫米、内径395毫米-795毫米、外径1750毫米和内径600毫米-1320毫米。图1是无缝钢管生产的基本示意图。

减径环厚度为300毫米,材质为45 #钢锻件。它在正常状态下使用,硬度为160-220HBS。根据成品钢管外径尺寸的不同,减径环的内孔规格分别为395毫米。高达1320毫米的生产线通常需要200多种规格的减径环一起使用。每种规格的减径环孔的有效厚度为5毫米。为了便于互换,减径环的两侧都加工成对称的锥面,以便使用。示出了典型的减径环结构如图2。

当钢管坯通过减径环,时,由于高温钢管坯的辐射、对流和热接触传导,减径环内孔工作面的温度将迅速升高到700以上的高温。在受迫热塑性变形条件下,红热钢管外表面存在高的金属间研磨抓持,特别是大直径厚壁不锈钢无缝管厂家无缝钢管外表面附着的高硬度Fe3O4铁皮,与减径环内孔一起碎裂磨损,同时减径环内孔锥面也因冷热疲劳产生严重裂纹。当裂纹发展到一定程度时,会导致减径环疲劳断裂。

3.堆焊合金研究

基于对上述操作条件的分析,减径环内孔强化的传统思路是优先选用红硬性好的热作模具钢。典型的钢类型包括3Cr2W8V和4Cr5MoV(即H13)。然而,热作模具钢属于马氏体型钢,在淬火和回火后通过二次沉淀硬化进行强化,回火温度一般为500-650。一旦使用温度超过上述温度,达到700-900以上,硬度和耐磨性将大大降低。

为此,经过大量实验研究,成功研制出了高锰沉淀强化奥氏的铬锰钼系堆焊合金。加入足够的锰以保证在堆焊合金,形成稳定的奥氏体,碳是扩展奥氏体区域的元素,也可以降低锰含量,从而降低冷硬度

两种堆焊焊条的堆焊金属成分见表1,其中D437为3Cr2W8V系列热作模具钢堆焊焊条,D750为奥氏铬锰合金堆焊焊条。测试板的尺寸为200毫米150毫米40毫米,基底金属为正火45钢。堆焊电源采用DC反极性。

对样品进行处理和线切割,以制备热处理、化学成分和金相组织分析样品。

试验结果表明, D437 堆焊合金在室温下硬度较高。经560x6h弥散回火处理后,硬度高达58HRC。金相的组织是索氏体碳化物,而堆焊合金含有更多的钼、钨、钒等合金元素,可以提高红硬性。它在600甚至650具有优异的耐热性和耐磨性。

虽然D750 堆焊合金的常温硬度远低于D437 堆焊合金,后者仅为32-30 HRC,但由于墙体采用高锰奥氏钢结构,高温硬度降小,具有加工硬化效果。含铬10%以上,更多的第二相金属间化合物分散沉淀在奥氏,墓体上,更适合700-900以上的减径环使用。

4 减径环复合材料堆焊制造工艺

使用45 #钢作为基材,工作面手工覆盖具有优异高不锈钢无缝钢管温耐磨性的电极。试验减径环的外径为1,750毫米,壁厚为300毫米,内孔预加工至639毫米,即单面为8毫米的硬质堆焊层。减径环内孔两侧的锥面工作长度分别为150毫米,深度为8毫米的凹面尖端也经过堆焊处理。由于减径环的厚度为300毫米,为了避免堆焊过程中热影响区45钢基体的硬化和使用中金属剥落的危险,在堆焊前使用A132焊条(4.0毫米),而不预热过渡层。



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