一种哈氏合金c276荒管和管材及其热挤压制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种哈氏合金C276的荒管，其特征在于，该哈氏合金C276荒管的晶粒度为7-8.5级；本发明还提供了一种热挤压生产哈氏合金C276荒管的方法，该方法包括：将哈氏合金C276的管坯依次进行第一次加热、扩孔或穿孔、第二次加热和挤压成型，其特征在于，所述第一次加热的条件使得该管坯在5-40分钟内达到管坯的扩孔或穿孔所需温度；本发明另外提供了一种生产哈氏合金C276管材的方法，该方法包括使用本发明提供的热挤压生产哈氏合金C276荒管的方法生产哈氏合金C276荒管，然后对该荒管进行冷轧制成管材。本发明的方法工艺简单、生产效率高，并且通过本发明的方法制得的哈氏合金C276的荒管和管材的金相组织均匀。
【专利说明】一种哈氏合金C276荒管和管材及其热挤压制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种哈氏合金C276荒管和管材及其热挤压制作方法。
【背景技术】
[0002] 用于制作管材（或荒管）的合金，以哈氏合金为例，具有优异的耐点蚀、缝隙腐 蚀和应力开裂腐蚀性能。其中，哈氏合金C276是一种典型的哈氏合金，它是一种含钨的 镍-铬-钼合金，极低的硅、碳含量，是现代金属材料中最耐腐蚀的一种，被认为是万能的抗 腐蚀合金。较高的Mo、Cr含量使合金能够耐氯离子腐蚀，W元素进一步提高了耐蚀性。同 时，哈氏合金C276是仅有的几种耐潮湿氯气、次氯酸盐及二氧化氯溶液腐蚀的材料之一， 对高浓度的氯化盐溶液如氯化铁和氯化铜有显著的耐蚀性，且适用于各种浓度的硫酸溶 液，是少数几种能应用于热浓硫酸溶液的材料之一。哈氏合金C276在湿氯、各种氧化性氯 化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐、低温与中温盐酸中具有良好的耐蚀性能，因而在化工、 石油化工、烟气脱硫、纸浆和造纸、环保等工业领域有着相当广泛的应用。
[0003] 高合金度，特别是大量高比重的Cr、Mo和W元素是提高哈氏合金C276的耐腐蚀性 能的关键，但另一方面，高合金度也会使合金具有较高的热变形抗力，在热加工加热过程中 容易形成一些Cr、Mo、W的富集相导致热加工性能变差。目前，国内只有个别厂家可以生产 哈氏合金C276管，国内市场上的哈氏合金C276管，绝大部分为进口管材。
[0004] 目前国内厂家通常通过掏空中心材料达到所需壁厚的方法来制作哈氏合金C276 管，但是这种方法能源消耗大、成材率低。另外，热挤压法是国外生产不锈钢和难变形合金 无缝管的常用工艺。《钢管热挤压过程的计算机模拟》（范永革，2010,上海交通大学、宝钢 集团公司，博士后研宄工作报告）中记载了传统的热挤压工艺，包括：管坯预热、一次感应 加热、扩（穿）孔、二次感应加热、热挤压和冷却，其中管坯预热的步骤中，需要将管坯在环 形炉或者箱式炉中在几百摄氏度下预热2-3个小时。该方法虽然已经比较成熟，但仍存在 在生产哈氏合金C276时在挤压过程中易出现破碎的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有的合金管材（或荒管）制作方法大多工艺复杂、成材率 低、或者可能出现的在挤压过程中破碎的问题，提供了一种新的哈氏合金C276荒管和管材 及其热挤压制作方法。
[0006] 本发明的发明人通过深入的研宄发现，对于某些特定的合金（如哈氏合金C276)， 在使用传统的热挤压工艺制作荒管时，之所以会出现产品效果不佳甚至在挤压过程中破碎 的问题，是因为合金管坯在环形炉或箱式炉中预热2、3个小时的过程中，析出了大量的析 出相，从而在加热到热挤压加工温度时不能够完全回溶，导致合金管的金相组织的晶粒粒 度较大且分布不均，容易在挤压过程中挤碎。本发明的发明人经过大量的试验发现，对于这 些合金，如果省去传统热挤压工艺中的管坯预热阶段，且能够在第一次加热时将管坯迅速 升温到合金的析出温度以上，便可以避免上述问题，使产品质量大大提高。
[0007] 本发明提供了一种哈氏合金C276的荒管，其特征在于，该哈氏合金C276荒管的晶 粒度为7-8. 5级。
[0008] 本发明还提供了一种热挤压生产哈氏合金C276荒管的方法，该方法包括：将哈氏 合金C276的管坯依次进行第一次加热、扩孔或穿孔、第二次加热和挤压成型，其特征在于， 所述第一次加热的条件使得该管坯在5-40分钟内达到管坯的扩孔或穿孔所需温度。
[0009] 本发明另外提供了一种生产哈氏合金C276管材的方法，该方法包括使用本发明 提供的热挤压生产哈氏合金C276荒管的方法生产哈氏合金C276荒管，然后对该荒管进行 冷轧制成管材。
[0010] 本发明所述的方法与传统热挤压法相比，其优势表现在：
[0011] 1)避免了传统热挤压工艺中合金析出相的析出导致的在挤压过程中破碎的问题， 提尚了广品质量；
[0012] 2)省去了传统热挤压工艺中长达2、3个预热阶段，工艺简单，且大大提高了生产 效率。
[0013] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0015] 图1是根据本发明的一个实施方式制作的哈氏合金C276荒管的金相组织的100X 金相照片。
[0016] 图2是根据对比例2制作的哈氏合金C276荒管的金相组织的100X金相照片。
【具体实施方式】
[0017] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0018] 本发明一个方面提供了一种哈氏合金C276的荒管，其特征在于，该哈氏合金C276 荒管的晶粒度为7-8. 5级，优选为7. 5-8. 0级。
[0019] 根据本发明一个方面所述的哈氏合金C276的荒管，该哈氏合金C276荒管的晶粒 度的测试方法可以按照GB/T6394的标准进行。
[0020] 本发明第二方面提供了一种热挤压生产哈氏合金C276荒管的方法，该方法包括： 将哈氏合金C276的管坯依次进行第一次加热、扩孔或穿孔、第二次加热和挤压成型，其特 征在于，所述第一次加热的条件使得该管坯可以在5-40分钟内达到管坯的扩孔或穿孔所 需温度。
[0021] 根据本发明第二方面所述方法，所述第一次加热的条件使得该管坯可以在10-26 分钟内达到管坯的扩孔或穿孔所需温度。
[0022] 根据本发明第二方面所述方法，所述管坯可以为实心坯也可以为内径小于扩孔或 穿孔后的管坯内径的空心坯，优选为内径小于扩孔或穿孔后的管坯内径的空心坯。
[0023] 根据本发明第二方面所述方法，该方法还包括：在将哈氏合金C276管坯进行所述 第一次加热之前，先对所述哈氏合金C276管坯进行坯料检验。坯料检验的标准可以为：管 坯长度为365-450毫米，管坯外径为214-216毫米；当所述管坯为空心坯时，管坯内径为 44-46晕米。
[0024] 根据本发明第二方面所述方法，所述管坯的扩孔或穿孔所需温度大于哈氏合金 C276的析出温度。在本发明中，所述哈氏合金C276的析出温度是指哈氏合金C276开始产 生析出相的温度，一般情况下为大约650-950°C。
[0025] 根据本发明第二方面所述方法，所述管坯的扩孔或穿孔所需温度可以为 950-1250°C，优选为 1100-1150°C。
[0026] 根据本发明第二方面所述方法，所述第一次加热可以采用阶段式加热的方式，并 且优选采用三个阶段加热。优选地，所述第一次加热的方式包括将哈氏合金C276的管坯 1-5分钟加热到600-650°C并保温2-5分钟，然后2-4分钟加热到950-1000°C并保温2-5分 钟，最后1-3分钟加热到1100-1250°C并保温2-3分钟；更优选地，所述第一次加热的方式 包括将哈氏合金C276的管坯2-4分钟加热到600-650°C并保温3-5分钟，然后2-3分钟加 热到950-1000°C并保温3-5分钟，最后2-3分钟加热到1100-1250°C并保温2-3分钟。采 用上述优选的加热方式，既可以满足将哈氏合金C276的管坯迅速加热到哈氏合金C276的 析出温度范围以上的要求，因而避免了产生析出相的问题，又可以避免因为迅速升温导致 温度不均，从而影响产品质量的问题。
[0027] 根据本发明第二方面所述方法，所述第一次加热使用感应炉进行。其中，所述感应 炉的频率可以为45-60HZ，优选为50Hz。选用感应炉进行加热具有如下优点：（1)加热速度 快，例如采用50Hz的感应炉加热到950°C只需2分钟，而普通的箱式炉需要180分钟；（2) 加热均匀，感应炉的交变电磁场作用使得物料内部产生涡流从而达到加热或融化的效果， 由于热量在工件内自身产生，所以加热均匀，芯表温差极小；（3)由于加热快，所以氧化少， 可以不需惰性气体保护；(4)生产效率高，无污染，低耗能。
[0028] 根据本发明第二方面所述方法，当所述管坯为实心管坯时对该管坯进行穿孔，当 所述管坯为空心管坯时对该管坯进行扩孔。所述扩孔或穿孔可以采用本领域常规的扩孔或 穿孔的方法。在本发明中，优选使用空心管坯，并对其进行扩孔。
[0029] 根据本发明第二方面所述方法，所述扩孔或穿孔后的管坯内径可以为初始管坯外 径的45-46%，优选为45. 3-45. 8% ;所述扩孔或穿孔后的管坯外径可以为初始管坯外径的 102. 7-104. 2%，优选为 103. 0-103. 7%。
[0030] 根据本发明第二方面所述方法，所述扩孔或穿孔所用的设备可以为本领域常规的 用于扩孔或穿孔的设备。
[0031] 根据本发明第二方面所述方法，所述扩孔或穿孔过程还包括可以在扩孔或穿孔的 过程前、过程中和/或过程后，对所述管坯和扩（穿）孔设备进行润滑。所述润滑可以采用 本领域常规的用于扩（穿）孔工艺的润滑剂和润滑方法进行。在优选的情况下，润滑剂为 常规用于扩（穿）孔工艺的玻璃润滑剂，有玻璃粉和玻璃垫两种形态。优选地，在扩孔或穿 孔过程之前，将加热后的管还在铺满玻璃粉的平板上滚动，使玻璃粉受热后变成恪融状态 而粘附在坯料表面；对于空心管坯，还需要将玻璃粉加入管坯内孔；同样也将扩（穿）孔设 备与管坯接触的部位附着玻璃粉。优选地，在扩孔或穿孔的过程中，将玻璃垫至于坯料前端 面和热挤压热备的模座之间，因而在坯料与设备发生相对运动的过程中，玻璃垫受热融化 而粘着在坯料表面。优选地，在扩孔或穿孔过程之后，再次将管坯的外表面和内孔附着玻璃 粉。玻璃粉的用量为本领域技术人员无需付出创造性劳动而能够决定的。
[0032] 根据本发明第二方面所述方法，所述第二次加热的条件使得扩孔或穿孔后的管坯 的温度可以达到1100_1300°C，优选达到1200-1230°C，该温度即为热挤压时的温度。
[0033] 所述第二次加热的条件使得该管坯可以在3-6分钟内达到管坯的挤压成型所需 温度。
[0034] 根据本发明第二方面所述方法，所述第二次加热使用感应炉进行，感应炉的频率 可以为45-60HZ，优选为48-52HZ。
[0035] 根据本发明第二方面所述方法，所述挤压成型的过程还包括在将第二次加热后的 管坯进行热挤压之前，可以先将挤压筒和芯棒预热至100-300°C。为了减少挤压过程中的温 降，优选采用预热垫坯进行加热。
[0036] 根据本发明第二方面所述方法，所述挤压成型的过程可以采用本领域常规的热挤 压方法进行，挤压速度可以为120-300mm/s，优选为150-200mm/s。
[0037] 根据本发明第二方面所述方法，所述挤压成型后的管坯内径可以为初始管坯外 径的39-40%，优选为39. 3-39. 8% ;所述挤压成型后的管坯外径可以为初始管坯外径的 55. 6-57. 3 %，优选为 56. 1-56. 5 %。
[0038] 根据本发明第二方面所述方法，所述挤压成型所用的设备可以为本领域常规的用 于热挤压的设备。
[0039] 根据本发明第二方面所述方法，所述挤压成型过程还包括可以在挤压成型的过程 前、过程中和/或过程后，对所述第二次加热后的管坯和热挤压设备进行润滑。所述润滑可 以采用本领域常规的用于热挤压工艺的润滑剂和润滑方法进行。在优选的情况下，润滑剂 为常规用于热挤压工艺的玻璃润滑剂，有玻璃粉和玻璃垫两种形态。优选地，在热挤压过程 之前，将加热后的管还在铺满玻璃粉的平板上滚动，使玻璃粉受热后变成恪融状态而粘附 在坯料表面，并将玻璃粉加入管坯内孔；同样也将热挤压设备与管坯接触的部位附着玻璃 粉。优选地，在热挤压的过程中，将玻璃垫至于坯料前端面和热挤压热备的模座之间，因而 在坯料与设备发生相对运动的过程中，玻璃垫受热融化而粘着在坯料表面。玻璃粉的用量 为本领域技术人员无需付出创造性劳动而能够决定的。
[0040] 根据本发明第二方面所述方法，该方法还包括可以将挤压成型后的产品进行冷 却，冷却至15-40°C，冷却的时间为5-10分钟。所述冷却过程可以采用本领域常规的冷却介 质和冷却方法进行。
[0041] 本发明第三方面提供了一种生产哈氏合金C276管材的方法，该方法包括使用本 发明第二方面提供的方法生产的哈氏合金C276荒管，然后对该荒管进行冷轧制成管材。
[0042] 根据本发明第三方面所述的方法，所述冷轧可以采用本领域常规的冷轧方法和冷 轧设备进行，优选地，冷轧设备可以为HPT160、LG110H、SKW75VMR、LG40H、KPW25VMR冷轧管 机或类似型号的冷轧管机。
[0043] 根据本发明第三方面所述的方法，所述冷轧得到的管材的内径可以为初始管坯 外径的6. 2-7. 2%，优选为6. 6-6. 8 % ;冷轧得到的管材的外径可以为初始管坯外径的 8. 1-8. 9 %，优选为 8. 3-8. 7 %。
[0044] 根据本发明第三方面所述的方法，所述冷轧为3-10道次冷轧，优选为4-6道次冷 车L
[0045] 应注意到，以上提及的实施方式说明而不是限制本发明，并且在不偏离所附权利 要求的范围下，本领域技术人员能设计许多可选的实施方式。此外，在上述【具体实施方式】中 所描述的各个具体技术特征之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同 样应当视为本发明所公开的内容。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式 不再另行说明。
[0046] 下面的实施例将有助于说明本发明，但不局限其范围。
[0047] 以下实施例用于说明哈氏合金C276荒管及其制作方法。
[0048] 实施例1
[0049] 取长度为365mm、外径为215mm、内径为45mm的哈氏合金C276管坯，直接放入频率 为50Hz的感应炉中进行第一次加热：将管坯2分钟加热到600 ± 10°C保温3分钟，然后2分 钟加热到980±10°C保温3分钟，再次1分钟加热到1160±10°C保温2分钟。
[0050] 在加热后的管坯的外表面滚涂玻璃粉润滑剂并向管坯内孔加入玻璃粉润滑剂，采 用扩孔机（KMN立式水压穿孔机）将管坯扩孔至外径为222mm，内径为98mm的管坯，再次 将管坯的外表面和内孔粘附玻璃粉润滑剂。将粘附润滑剂后的管坯放入频率为50Hz的感 应炉进行第二次加热，使其在4分钟内加热至1210± 10°C，并再次将管坯的外表面和内孔 粘附玻璃粉润滑剂。将挤压设备（31. 5MN挤压机）的挤压筒及芯棒用预热垫坯提前预热至 230±20°C，并将第二次加热并粘附润滑剂后的管坯热挤压至外径为121mm，内径为85mm的 荒管，挤压速度为170mm/s。挤压后的管坯用室温的水在7分钟内冷却至室温。
[0051] 第一次加热的工艺参数如表1所示。将水冷后的哈氏合金C276荒管按照GB/T6394 的标准进行晶粒度检测，结果如表2所示，且该荒管的金相组织的100X金相照片如图1所 不O
[0052] 实施例2
[0053] 按照实施例1的方法制作哈氏合金C276荒管，不同的是，第一次加热的条件为：将 管坯3分钟加热到650±10°C保温5分钟，然后2分钟加热到980±10°C保温5分钟，再次 3分钟加热到1160±10°C保温3分钟。
[0054] 第一次加热的工艺参数如表1所示。将水冷后的哈氏合金C276荒管按照GB/T6394 的标准进行晶粒度检测，结果如表2所示。
[0055] 实施例3
[0056] 按照实施例1的方法制作哈氏合金C276荒管，不同的是，第一次加热的条件为：将 管坯2分钟加热到630± KTC保温4分钟，然后4分钟加热到980± KTC保温5分钟，再次 3分钟加热到1160 ±10°C保温3分钟。第一次加热的工艺参数如表1所示。
[0057] 将水冷后的哈氏合金C276荒管按照GB/T6394的标准进行晶粒度检测，结果如表 2所示。
[0058] 实施例4
[0059] 按照实施例1的方法制作哈氏合金C276荒管，不同的是，第一次加热的条件为：将 管坯15. 5分钟直接加热至1160± 10°C。将水冷后的哈氏合金C276荒管按照GB/T6394的 标准进行晶粒度检测，结果如表2所示。
[0060] 对比例1
[0061] 采用传统的热挤压方法制作哈氏合金C276荒管，具体的，在对哈氏合金C276实心 管坯进行第一次加热时，先将哈氏合金C276管坯在箱式炉中2小时加热至600±10°C并保 温1. 5小时，然后放入感应炉中6分钟直接加热至1160±10°C。第一次加热的工艺参数如 表1所示。其余与实施例1相同。将水冷后的哈氏合金C276荒管按照GB/T6394的标准进 行晶粒度检测，结果如表2所示。
[0062] 对比例2
[0063] 按照对比例1的方法制作哈氏合金C276荒管，不同的是，在箱式炉中加热的温度 为900±10°C，保温时间为2小时。
[0064] 在对比例2的制作方法的热挤压过程中，哈氏合金C276管坯发生破碎。
[0065] 加热的工艺参数如表1所示。将水冷后的破碎的哈氏合金C276荒管按照GB/T6394 的标准进行晶粒度检测，结果如表2所示，且该荒管的金相组织的100X金相照片如图2所 不O
[0066]
【权利要求】
1. 一种哈氏合金C276的荒管，其特征在于，该哈氏合金C276荒管的晶粒度为7-8. 5 级。
2. -种热挤压生产哈氏合金C276荒管的方法，该方法包括：将哈氏合金C276的管坯 依次进行第一次加热、扩孔或穿孔、第二次加热和挤压成型，其特征在于，所述第一次加热 的条件使得该管坯在5-40分钟内达到管坯的扩孔或穿孔所需温度。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一次加热的条件使得该管坯在10-26分钟 内达到管坯的扩孔或穿孔所需温度。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述管坯的扩孔或穿孔所需温度大于哈氏合 金C276的析出温度。
5. 根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述管坯的扩孔或穿孔所需温度为 950-1250°C。
6. 根据权利要求2-5中任意一项所述的方法，其中，所述第一次加热的方式包括将 哈氏合金C276的管坯1-5分钟加热到600-650°C并保温2-5分钟，然后2-4分钟加热到 950-1000°C并保温2-5分钟，最后1-3分钟加热到1100-1200°C并保温2-3分钟。
7. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一次加热和第二次加热均使用感应炉进 行。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述感应炉的频率为45-60HZ。
9. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二次加热的条件使得扩孔或穿孔后的管 坯的温度达到1100-1300°C。
10. 根据权利要求2所述的方法，其中，该方法还包括将挤压成型后的产品进行冷却， 冷却至15-40°C，冷却的时间为5-10分钟。
11. 由权利要求2-10中任意一项所述的方法生产的哈氏合金C276荒管。
12. -种生产哈氏合金C276管材的方法，该方法包括使用权利要求2-11中任意一项所 述的方法生产哈氏合金C276荒管，然后对该荒管进行冷轧制成管材。
【文档编号】B21C37/06GK104475480SQ201410617875
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】韩福, 张健, 方轶, 陈杰, 苏承龙, 严波, 粟硕 申请人:攀钢集团江油长城特殊钢有限公司