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擠壓無縫鋼管時玻璃潤滑劑起到的作用

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  中國無縫管網本報訊:20G和12Cr1MoVG作為鍋爐用優質碳素鋼、合金鋼的代表,在實踐中已經得到廣泛的應用和發展。12Cr1MoVG是較早開發成功,應用較成熟的低合金珠光體熱強鋼,含碳量較低,工藝性、導熱性好,具有較高的持久強度和持久塑性。傳統鋼擠壓生產采用石墨(片狀石墨與機油、焦油或油脂等混和成的涂料)作為潤滑劑。但石墨潤滑劑的缺點是:①導熱系數較大,隔熱差、工模具溫升大,磨損快,擠壓長產品困難。②容易引起產品增碳,當擠壓不銹鋼時容易產生晶間腐蝕,故擠壓后必須去除滲碳層,結果增加了金屬消耗。③往往會使環境污染。
  
  玻璃潤滑劑與石墨相比,其優點是:①玻璃導熱系數小,能防止坯料表面過快冷卻,同時也能起到保護工模具作用。②具有良好的潤滑性能,可采用大的擠壓比和提高擠壓速度,從而可擴大擠壓機生產的產品范圍。③玻璃潤滑劑化學穩定性好,不會引起組織缺陷。④可以方便地改變玻璃潤滑劑的配比,獲得不同的物理性能(如軟化點、粘度等),以適應擠壓不同材質的產品需要。⑤使用玻璃作為潤滑劑時可以保持清潔。總之,玻璃潤滑劑優點顯著。國外許多研究結果指明,擠壓鋼時采用玻璃潤滑劑效果最好。
  
  中國無縫管網本報訊:擠壓無縫鋼管時必須進行潤滑的部位有:擠壓模、擠壓筒和芯棒三個部位。
  
  (1)擠壓模的潤滑:模子的潤滑常用將玻璃粉壓制成玻璃墊的方法,即在擠壓前把玻璃墊置于模子與坯料之間。為了保證玻璃墊能連續軟化在摩擦表面上,要求玻璃墊的形狀與模孔入口錐和坯料端部形狀相吻合。玻璃墊外徑一般比擠壓筒直徑小3~5mm。玻璃墊內孔直徑小于或等于模孔直徑。玻璃墊的厚度一般取坯料長度的4%~8%。
  
  (2)擠壓筒和芯棒的潤滑:擠壓筒和芯棒的潤滑應選用軟化點低、粒度小的玻璃粉涂敷在鋼坯內孔和外表面。此外,也可以用玻璃布纏包繞在坯料表面上和將玻璃布條繞在芯棒上的方法。
  
  (3)鋼管表面玻璃膜的去除:由于擠壓時采用了玻璃潤滑劑,擠壓鋼管內外表面上殘留一層厚度20~50μm的玻璃膜,其性質硬而脆,有害于以后的加工和使用,必須清除。清除方法有機械法和化學法。機械法有噴丸、水冷和拉伸矯直等方法。應用化學法清除玻璃膜時,由于在鋼管表面上殘留的玻璃潤滑劑具有較高的化學穩定性,清除它需要采用堿溶液或酸溶液。酸洗法的不足之處在于對各種鋼管材質的侵蝕性大,可能使鋼管表面產生過酸洗,尤其對碳鋼的侵蝕性更大,因此應用上受到限制。目前采用酸堿聯合清除法。一般用于制造蒸汽溫度在540℃以下的集箱、蒸汽管道,金屬壁溫不超過580℃的過熱器、再熱器及部分鑄鍛件,是目前高參數火力發電廠中應用最普遍的主蒸汽管道、再熱器管道用鋼之一。隨著我國電站機組運行參數和單機容量的急劇增加以及高溫鍋爐管道向大口徑發展的需要,促進了高溫高強鍋爐管的進一步研究,而目前國內可生產的熱軋(拔)無縫鋼管最大外徑規格達720mm,更大直徑的無縫鋼管只能通過熱擴徑工藝等來實現。較生產成本高和生產設備昂貴的熱軋無縫鋼管而言,采用具有生產流程簡單、質量穩定、經濟實用等特點的推制式熱擴工藝,可以在較短的時間內使鋼管直徑增大,且成本低,生產效率高。也正因為如此,作為冶煉、軋管主線延伸的推制式熱擴鋼管很好的填補了國內外各大鋼廠生產非標、特殊型號大口徑無縫鋼管欠缺的空白,解決了用戶的特殊需求。
  
  推制式熱擴鋼管過程實質為一種特殊的形變熱處理。通過對低溫形變退火處理的20G和12Cr1MoVG無縫鋼管、原管以及經后續熱處理后的鋼管在顯微組織、室溫力學性能等方面進行對比分析研究,并參考GB5310-2008標準進行了評價。
  
  實驗用材料的化學成分符合GB5310-2008的要求。雙相不銹鋼是既有奧氏體又有鐵素體組織結構且兩相獨立存在并含量較大的一類不銹鋼。第三代雙相不銹鋼又稱為超級雙相不銹鋼PRE(Cr%+3.3×(Mo+0.5W)%+16N%)≥40。
  
  中國無縫管網本報訊:S32750(022Cr25Ni7Mo4N)是一種典型的超級雙相不銹鋼,鋼中Cr、Mo、N含量高,具有良好的耐點蝕、縫隙腐蝕性能。適用于石油化工、煉油、真空制鹽、煙氣脫硫等腐蝕環境更為苛刻的領域。
  
  S32750(022Cr25Ni7Mo4N)超級雙相不銹鋼熱加工塑性低,熱變形抗力高。針對鋼種材料特性,研究了太鋼SMS-MEER的6000擠壓機熱擠壓工藝。主要研究內容為預熱熱處理制度、擴孔變形量、感應加熱制度、熱擠壓變形量、冷卻制度及熱擠壓管坯性能。
  
  試驗材料采用電爐+AOD+LF爐冶煉,徑鍛后車光至Φ219mm,S32750的主要成分見表1。
  
  表1 S32750的化學成分
  
  元素CSiMnPSCrNiMoN
  
  標準要求≤0.030≤0.80≤1.20≤0.035≤0.02024.00~26.006.00~8.003.00~5.000.24~0.32
  
  實際0.0220.0541.030.0290.00124.947.153.930.28
  
  工藝流程:管坯準備→環形爐預熱→一次感應加熱→擴孔→二次感應加熱→擠壓→冷卻。
  
  擠壓設備為6000噸臥式擠壓機。根據成品管尺寸要求,擠壓筒選擇為Φ230mm,擠壓針為Φ75mm,擠壓模為Φ89mm,成品鋼管規格為Φ89×7mm。此規格擠壓機的最大安全負荷為38MN。同時準備了擠壓雙相不銹鋼專用玻璃粉潤滑墊和玻璃粉。
  
  在該熱擠壓工藝下,S32750完成擠壓,表面質量良好。取鋼管頭尾進行拉伸試驗,執行ASTM A370標準,試驗結果均滿足標準要求。
  
  針對不同的成分設計,隨鐵素體增加,強度增加,隨奧氏體增加,韌性增加,強度降低。然而對同一鋼種而言,相比例對力學性能的影響無明顯變化。
  
  對擠壓管的金相分析表明,鐵素體與奧氏體相呈條帶狀分布,鐵素體相所占比例為49.52%,且晶界純凈無析出,滿足ASME標準規范要求。鋼管的硬度和腐蝕性能試驗結果均滿足標準要求。研究結果表明:
  
  1)S32750(022Cr25Ni7Mo4N)超級雙相不銹鋼σ相有害相析出區間為800~1020℃,預熱采用750℃、2.75h,無有害相析出,溫度均勻;
  
  2)熱加工溫度1100~1200℃,擴延系數1.056,擠壓比19.9,熱擠壓表面質量良好;
  
  3)擠壓后快速冷卻,組織良好;
  
  4)熱擠壓狀態性能滿足標準要求,可以直接交貨。推制式低溫形變退火規范主要參數是:20G(擴管溫度80~730℃、擴徑比1.30、擴管速度300mm/min,線圈規格750mm、線圈頻率2500Hz以及910℃正火熱處理);12Cr1MoVG(擴管溫度750~800℃、擴徑比1.27、擴管速度170mm/min,線圈規格750mm、線圈頻率2500Hz以及990℃正火+740℃回火)。
  
  結果顯示,采用推制式低溫形變退火生產的20G、12Cr1MoVG無縫熱擴鋼管保留了原管的鐵素體+珠光體組織,其晶粒度、非金屬夾雜物和室溫力學性能均達到GB5310-2008的要求,從經濟成本、節能減排以及現今提倡低碳經濟的現實要求上看,12Cr1MoVG后續的熱處理可以省略。20G無縫原管低溫形變退火后產生的帶狀組織,可以通過后續正火熱處理得到消除,且后續熱處理管具有較好的綜合性能,符合GB5310-2008的要求。中國無縫管網本報訊
  
  
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