800H合金无缝对焊管件的制造和质量控制

800H合金无缝对焊管件的制造和质量控制郭顺显，黄国洪，杨振飞，王粉兰（江阴市南方管件制造有限公司，江苏江阴214437）摘要：800H合金因其良好的高温力学性能、抗氧化性能和耐腐蚀性能，在工业管道特别是石油、化工和核电管道及设备中日渐得到广泛应用，与此同时，对800H合金管件的需求也日渐增多。本文对800H合金无缝对焊管件的制造及质量控制进行了探讨，乍十对采用冷成形的制造工艺，提出了对管材的质量控制要求和管件成形后热处理的控制要求。关键词：800H；管件；制造；质量控制中图分类号：TQ055.8+1；TG376.9文献标识码：BManufacturingandQualityControlforSeamlessButtweldingPipeFittings

MadeofAlloy800HGUOShun-xian,HUANGGuo-hong,YANGZhen-fei,WANGFen-lan(JiangyinNanfangPipeFittingMakingCo.Ltd.Jiangyin,Jiangsu214437,China)Abstract:Becauseofthecharacteristicsofexcellentmechanicalpropertiesathightemperature,resistancetooxidationandanti-corrosionforalloy800Hmaterial,thiskindofmaterialiswidelyappliedonindustrypipinglinesespeciallyonoil,chemistry,nuclearandtherelevantequipments.Meanwhile,thepipefittingsmadeofalloy800Hmaterialsaremoreandmoredemanded.Herein,thisarticlemainlystatesthemanufacturingandqualitycontrolforseamlessbutt-weldpipefittingsmadeofalloy800Hmaterial.Basingonthemanufacturingofcoldforming,thisarticlecoversthequalityrequirementsfortherawmaterialsofthepipefittingsandthecontrolrequirementsfortheheattreatmentafterformingofthepipefittings.Keywords:800H,pipefittings,manufacturing,qualitycontrol800H是Incoloy800系列材料的一个分支，作为一种含C、Si、Mn和限量Al、Ti的高强度奥氏体Ni-Fe-Cr合金，其特点主要表现为：在经过特殊的固溶处理控制晶粒度在2〜5级时，用于600°C以上的温度下具有很好的抗蠕变断裂强度，在700C以下长时间工作仍具有较好的韧性；具有很好的耐还原、氧化、氮化介质腐蚀以及耐氧化还原交替变化介质腐蚀的性能；在长期的高温应用中具有高的冶金稳定性⑴。由于800H合金的这种优良特性和相对较低的材料价格，使其在石油、化工和核电等领域日渐得到广泛应用。作为800H管道和设备的重要组成部分，对800H管件的需求自然也随之增加。开展对800H管件制造的研发，确定其制造工艺，总结其质量控制要点，是管件制造商保证提供合格的800H管件的基础。1成形工艺实践证明，800H合金的管、板材料具有良好的加工性能，适于进行冷加工或热加工成形。由于其Ni含量高达30.0〜35.0%，在成形过程中与普通的奥氏体不锈钢相比，高的Ni含量可有效阻止奥氏体向马氏体的转变，这种转变在普通的奥氏体不锈钢的成形中易于发生。但800H材料在成形过程中表现出加工硬化现象大于普通奥氏体不锈钢，因此在采用冷成形工艺时应考虑设备能力。成形所用管、板材料应为固溶热处理状态，且冷加工变形量较大时可能需要进行中间热处理。目前，我们使用800H（牌号为UNSN08810）无缝管制造的弯头、三通、异径管等对焊管件最大尺寸为DN400,最大壁厚为16mm。图1为冷推成形后DN400X16mm的弯头进行热处理时的装炉图片。图1DN400X16mm的弯头热处理时的装炉图片确定管件采用冷成形还是热成形工艺，首先要根据材料性质、工艺技术、设备能力和制造成本进行分析。在即可采用热成形工艺也可采用冷成形工艺的情况下应首选冷成形工艺，因为冷成形工艺与热成形工艺相比，通常具有一次成形、外观质量优良和成本较低的特点。根据本批800H管件的规格和现有成形设备能力情况，确定全部对焊管件成形方式均采用冷成形工艺，总的制造工艺流程如下所示：材料复验f下料f成形f热处理f力学试验和晶粒度检测f喷砂f端部加工f外观和尺寸检验f超声波和渗透检测f酸洗和钝化f标志f包装总的来说，所有800H对焊管件采用的成形工艺均为冷成形，但不同品种所采用的冷成形工艺方法是不同的。对不同品种的冷成形工艺方法简述如下：---弯头成形工艺为采用与弯头直径相同的无缝管，在专用成形机上冷推成形。弯头的形状由外模和内芯保证。---三通成形工艺为采用与三通直径相同的无缝管，在专用液压机上液压胀形成形。三通的形状由成形模的内腔保证。---异径管成形工艺为采用与异径管大端直径相同的无缝管，在液压机上冷压缩径成形。异径管的形状由成形模的内腔保证。上述的这些成形工艺也是采用冷成形方法制造不锈钢对焊管件的首选，已经过多年的生产实践验证。实践证明，如果设备能力足够大，800H对焊管件可以采用这些成熟的冷成形工艺进行制造，成形过程不会对产品产生有害缺陷。2800H无缝管市场现状世界上一些工业发达国家在1950年代即开始了Incoloy800系列合金材料的市场化应用［2］，其冶炼技术和棒、板、管的制造技术已经成熟。目前国内市场供应的800H合金的棒、板、管等制品主要由美国哈氏合金、美国SMC、德国蒂森克虏伯VDM、瑞典OUTOKUMPU、日本冶金等公司提供。在我国，一些科研单位和企业也开展了对Incoloy800的研究［3-5］，到目前为止，我国对Incoloy800材料的冶炼技术和棒、板、管的制造工艺总体上还处于研发阶段，与国外这些公司相比，我国一些企业在技术掌握、经验积累、品牌创建包括规模能力上还有待提高，特别是在Incoloy800无缝管的制造上尤其如此。ASTM标准中列出的Incoloy800无缝管尺寸最大为DN150⑹，国内外企业对无缝管的供货规格一般大到DN200，最大到DN250，大于此规格的则以焊管形式提供。采购要求众所周知，管件制造商生产管件所用原材料通常为对外采购，因此所购原材料的质量是决定管件质量的首要条件。本批800H对焊管件设计要求全部为无缝管件，但在原材料方面，国内外供应商还不能提供最大尺寸为DN400的800H无缝管，从而给材料采购带来很大困难。在这种情况下，经与国内有制造此类材料的冶炼经验和制管经验的企业沟通，决定本批无缝800H合金管的冶炼和制管由国内相关企业进行。为提高800H对焊管件的质量，保证其使用的可靠性和满足材料变形加工的工艺性，在符合合金管标准ASTMB407规定内容的基础上，对该批无缝合金管提出了以下附加要求：化学成分中Al+Ti的含量不得大于0.7%o晶粒度为2〜5级。壁厚负偏差不得超过公称壁厚的10%o(4)每只合金管均进行水压试验；在此基础上，DN100以下的合金管进行涡流检测，DN100及以上的合金管进行超声波检测；每根合金管的两端须进行渗透检测；每根合金管的内表面采用内窥镜检验(放大16倍)o经原材料冶炼企业和制管企业的共同努力，最终提供了满足材料标准规定和采购附加要求的最大公称尺寸DN400、最大壁厚16mm的无缝800H合金管。这些企业在积累经验的同时，也对此类材料的国产化做出了贡献。3热处理3.1作用和目的采用特殊的热处理是800H合金管件质量控制的另一个重要环节，其作用和目的主要表现在以下两个方面：消除材料在产品冷变形过程中产生的加工硬化现象，恢复材料的力学性能。恢复和调整材料的组织结构，达到所需要的晶粒度，满足材料在高温工况下的抗蠕变性能要求。规范要求在2010版的镍合金管件规范ASTMB366中⑺，要求对所有管件均进行热处理。对UNSN08810管件推荐的热处理温度为1147〜1177°C(该规范对此有一个注释，说明最终的热处理温度向材料制造商咨询)，冷却方式为快速空冷或水冷。经查阅，在之前的2004版ASTMB366中对UNSN08810的热处理规定与2010版的规定相同。但在更早的版本1997a中，热处理并不是强制性要求，也没有给出推荐的热处理温度，只是提示了如果要求进行热处理，则由采购方与制造商协商确定。从ASTM规范对热处理规定的变化来看，人们在热处理对镍基合金材料重要性的认识上也是逐步提高的。3.3热处理工艺制定800H合金管件热处理工艺的主要依据为：ASTMB366推荐的热处理要求、合金管制造企业的管子固溶热处理温度和管件试制过程中进行的热处理工艺试验。最终对于UNSN08810无缝对焊管件制定的固溶热处理工艺见表1。4结束语通过使用多批次的800H合金无缝管制造对焊管件的实践表明：采用成熟的不锈钢对焊管件冷成形工艺制造800H合金对焊管件在技术上是可行的。保证800H合金对焊管件质量的首要条件是管材的质量是否适应成形工艺的变形要求而不出现缺陷。对原材料企业而言，深入开展对800H管材的冶炼、制管及其相关工艺的研究，掌握关键技术，为市场提供品质优良的800H管材以满足日益增长的国内需求应是一个发展方向。热处理是控制800H对焊管件产品质量的另一个重要方面。通过特殊的固溶热处理，使产品的力学性能和晶粒度指标达到期望值，以满足对焊管件在使用条件下的性能要求。表1UNSN08810无缝对焊管件的固溶热处理工艺装炉温度保温温度保温时间冷却方式800〜100011621.5min/mm，但不小于^^min出炉水冷考虑热处理炉内加热温度的均匀性，采用的热处理装备为电炉。每批产品固溶热处理后进行的检测试验结果表明，产品的力学性能和晶粒度指标达到了预期要求，证明所制定的特殊的固溶热处理工艺是正确的。表2所示为两种规格产品的力学性能试验和晶粒度检测结果。表2部分批次的产品力学试验和晶粒度检测结果名称，规格DXT,mm抗拉MPa屈服MPa伸长%冲击(1组3个试样)J晶粒度弯头，406X1652524554.5237,232,2413.5三通，325X1354021556.5206,198,1843.5表2所示两种规格产品的晶粒度检测金相图片见图2(放大100倍)。a)弯头，406X16b)三通，325X13参考文献[1]ThyssenKruppVDM.Nicrofer3220H/3220HP-alloys800H/800HP[EB/OL]./en/products/special-stainless-steel/materials-data-sheets/.SpecialMetalsCorporation.INCOLOYalloy800[EB/OL]./PDF/Pro/Incoloy/Incoloy_800_Oct_03.pdf.汤文新，宁天信等.Incoloy800H合金板材、棒材、锻件的开发和应用[A].第二届石油石化工业用材研讨会论文集[C].成都：中国金属学会，2001.23-25.杨锦明.Incoloy800H合金的应用和性能分析[J].炼油设计，2002，32(