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        大直徑厚壁無縫鋼管減徑環堆焊復合制造研究

        來源:不銹鋼管編輯 發布時間:2020-05-26 次瀏覽

        我公司電站鍋爐用大直徑厚壁無縫鋼管生產線年產成品鋼管2萬噸。該生產線的一個重要工序是,將:鋼管坯加熱至鍛造溫度后,用20MN臥式液壓機通過芯軸和減徑環進行壓制,迫使高溫管坯產生熱塑性變形并沿鋼管軸向拉伸??梢?,減徑環是大直徑厚壁無縫鋼管生產線上的重要模具,其內孔高溫耐磨性和尺寸穩定性對毛坯鋼管的整體尺寸有重要影響。

        我們生產線上的減徑環一直是由45 #鋼鍛造原料制成的。其高溫耐磨性差,使用壽命只有60 -70倍。這種缺陷不僅增加了模具的成本,而且由于45 #鋼減徑環內孔工作面的嚴重磨損,增加了大直徑厚壁無縫鋼管的抗變形能力。高附加值的合金鋼管的抗變形能力將超過壓力機的額定壓力。因此,開發耐高溫、耐磨、工藝簡單的減徑環成為我公司亟待解決的技術問題。

        在歐洲,與我公司類似的鋼管生產線普遍采用鑲嵌硬質合金套管的方法來提高減徑環的耐磨性和使用壽命,但是硬質合金套管的制造工藝復雜且昂貴,這種方法不適合我公司的生產線。

        2.減徑環的運行狀況和故障模式

        我公司鋼管生產線上有兩種規格的減徑環鋼管:外徑1 350毫米、內徑395毫米-795毫米、外徑1750毫米和內徑600毫米-1320毫米。圖1是無縫鋼管生產的基本示意圖。

        減徑環厚度為300毫米,材質為45 #鋼鍛件。它在正常狀態下使用,硬度為160-220HBS。根據成品鋼管外徑尺寸的不同,減徑環的內孔規格分別為395毫米。高達1320毫米的生產線通常需要200多種規格的減徑環一起使用。每種規格的減徑環孔的有效厚度為5毫米。為了便于互換,減徑環的兩側都加工成對稱的錐面,以便使用。示出了典型的減徑環結構如圖2。

        當鋼管坯通過減徑環,時,由于高溫鋼管坯的輻射、對流和熱接觸傳導,減徑環內孔工作面的溫度將迅速升高到700以上的高溫。在受迫熱塑性變形條件下,紅熱鋼管外表面存在高的金屬間研磨抓持,特別是大直徑厚壁不銹鋼無縫管廠家無縫鋼管外表面附著的高硬度Fe3O4鐵皮,與減徑環內孔一起碎裂磨損,同時減徑環內孔錐面也因冷熱疲勞產生嚴重裂紋。當裂紋發展到一定程度時,會導致減徑環疲勞斷裂。

        3.堆焊合金研究

        基于對上述操作條件的分析,減徑環內孔強化的傳統思路是優先選用紅硬性好的熱作模具鋼。典型的鋼類型包括3Cr2W8V和4Cr5MoV(即H13)。然而,熱作模具鋼屬于馬氏體型鋼,在淬火和回火后通過二次沉淀硬化進行強化,回火溫度一般為500-650。一旦使用溫度超過上述溫度,達到700-900以上,硬度和耐磨性將大大降低。

        為此,經過大量實驗研究,成功研制出了高錳沉淀強化奧氏的鉻錳鉬系堆焊合金。加入足夠的錳以保證在堆焊合金,形成穩定的奧氏體,碳是擴展奧氏體區域的元素,也可以降低錳含量,從而降低冷硬度

        兩種堆焊焊條的堆焊金屬成分見表1,其中D437為3Cr2W8V系列熱作模具鋼堆焊焊條,D750為奧氏鉻錳合金堆焊焊條。測試板的尺寸為200毫米150毫米40毫米,基底金屬為正火45鋼。堆焊電源采用DC反極性。

        對樣品進行處理和線切割,以制備熱處理、化學成分和金相組織分析樣品。

        試驗結果表明, D437 堆焊合金在室溫下硬度較高。經560x6h彌散回火處理后,硬度高達58HRC。金相的組織是索氏體碳化物,而堆焊合金含有更多的鉬、鎢、釩等合金元素,可以提高紅硬性。它在600甚至650具有優異的耐熱性和耐磨性。

        雖然D750 堆焊合金的常溫硬度遠低于D437 堆焊合金,后者僅為32-30 HRC,但由于墻體采用高錳奧氏鋼結構,高溫硬度降小,具有加工硬化效果。含鉻10%以上,更多的第二相金屬間化合物分散沉淀在奧氏,墓體上,更適合700-900以上的減徑環使用。

        4 減徑環復合材料堆焊制造工藝

        使用45 #鋼作為基材,工作面手工覆蓋具有優異高不銹鋼無縫鋼管溫耐磨性的電極。試驗減徑環的外徑為1,750毫米,壁厚為300毫米,內孔預加工至639毫米,即單面為8毫米的硬質堆焊層。減徑環內孔兩側的錐面工作長度分別為150毫米,深度為8毫米的凹面尖端也經過堆焊處理。由于減徑環的厚度為300毫米,為了避免堆焊過程中熱影響區45鋼基體的硬化和使用中金屬剝落的危險,在堆焊前使用A132焊條(4.0毫米),而不預熱過渡層。



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