一种立式不锈钢带光亮退火马弗管的延寿及修复方法
【专利摘要】一种大型立式冷轧不锈钢带光亮退火马弗管的延寿及修复方法，其特征在于：1)通过拉伸蠕变试验和持久蠕变试验得到国产马弗管材料的使用性能（数学模型），确定进口马弗管的替换材料；2）根据马弗管出现的缺陷类型确定修复长度，并将缺陷区段截去；3）根据马弗管总长要求，补焊一段步骤1）确定的替换材料，并计算修复后的马弗管使用寿命；4）再次出现缺陷，按照上述步骤2)、3)重复进行。本发明成功地采用国产马弗管材料替代进口材料进行马弗的修复，与进口马弗管材料性能相当，解决了现有马弗管修复技术的缺陷和马弗管材料的生产高成本问题，使得修复后的马弗管上下强度基本上达到一致，且成本低，同时延长了整个马弗管的使用寿命。
【专利说明】一种立式不锈钢带光亮退火马弗管的延寿及修复方法
【技术领域】[0001]本发明涉及冷轧不锈钢带制造领域，具体是一种大型不锈钢带立式光亮退火马弗管修复方法【技术领域】。
【背景技术】
[0002]大型不锈钢带光亮退火生产线是生产高表面等级不锈钢带的关键工艺设备，大型光亮退火马弗管是不锈钢带光亮退火炉的关键部件，用来保证不锈钢带钢在保护气氛下加热并实现再结晶退火，最终得到表面光亮如镜面的不锈钢钢带。在光亮退火马弗炉内加热段的马弗管内充满保护气体——100%氢气，外部采用40个非对称分布的以液化石油气或天然气为燃料的烧嘴加热马弗管，再通过热辐射和传导将热量传递给带钢，带钢在氢气气氛下退火以避免氧化。该大型马弗管全长28m，采用立式布置，上端采用法兰与加热炉连接，下端自由下垂，上下端都有密封装置密封以防止氢气逃逸。马弗管由12段不同厚度不同尺寸的钢板焊接而成，内径1.8m，厚度从下到上为10-23mm，如图1所示。马弗管正常工作温度为1150°C，最高工作温度为1200°C。
[0003]马弗管长期在高温条件下使用，在自重及高温作用下发生蠕变变形和热膨胀而伸长，同时由于烧嘴布置特点导致马弗受热不均匀而不可避免的产生一些缺陷，如缩颈、壁厚减薄、截面变形、鼓包、烧穿等。尤其是在重力作用下马弗管上端产生的应力最大，而加热过程马弗管的上端温度也是最高的。因此非常容易产生缩颈缺陷而导致壁厚减薄，截面积减小，反之又使蠕变变形速度增大，最后出现马弗断裂，使得整个马弗管报废。
[0004]马弗管出现上述缺陷以后，需要定期检修和更换。目前的修复方法是直接切去马弗管出现严重缺陷的筒体部分再将剩余部分焊接起来继续使用。切去的长度只能小于或等于马弗管高温蠕变伸长的长度，才不致影响马弗管的使用。然而，如此切去几次后，马弗管由于蠕变变形加剧，整体上多处就会出现更大的缺陷，不能再继续使用，就需要整体更换马弗管。
[0005]现有马弗管修复技术的主要缺点如下:
[0006]I)马弗管修复后使用周期短，由于马弗管切除缺陷段只能在蠕变伸长量范围内实施，因此不可能切去太多的量。另外，马弗管的长度也是有限的，为了进行使用只能切去缺陷最严重的一小段不能彻底消除所有缺陷。使用一段时间后剩余缺陷将扩展而必须进行再次修复。如此，马弗管的修复周期就很短。
[0007]2)材料利用率低，马弗管修复几次以后，由于长度限制，就需要进行整体更换。此时马弗管上的大部分区域出现的缺陷还很少或者是还没有出现缺陷，这样就把其他大部分马弗管材料浪费了。
[0008]3)成本高，由于马弗管修复周期短，每次修复都需要停产，还有修复费用。更换马弗管成本就更高了，因为原有马弗管是进口的。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是提供一种立式不锈钢带光亮退火马弗管的延寿及修复方法，通过对马弗管材料进行拉伸蠕变和持久蠕变实验，验证马弗管材料的使用性能，确定马弗管的替换材料，再通过蠕变模型确定马弗管的修复长度，使马弗管修复周期延长，提高整个马弗管的使用寿命。
[0010]本发明解决上述技术技术问题所采用的技术方案为:一种立式不锈钢带光亮退火马弗管的延寿及修复方法，其特征在于步骤为:
[0011]1)通过对马弗管材料进行不同温度和不同应力条件下的拉伸蠕变试验和持久蠕变试验得到国产马弗管材料的使用性能，确定进口马弗管的替换材料；
[0012]2)根据马弗管出现的缺陷类型确定修复长度，并将缺陷区段截去；
[0013]3)根据马弗管总长要求，补焊一段步骤I)所确定的替换材料，并计算修复后的马弗管使用寿命；
[0014]4)再次出现缺陷，按照上述步骤2)、3)重复进行。
[0015]作为优选，所述步骤I)中的替换材料是一种耐热镍基合金，其主要成分为Ni58.0 ~63.0%, Cr 21.0 ~25.0%，A1 1.0 ~1.7%, C^0.10%, Si ^ 0.5，Mn ≤ 1.0，P ≤ 0.02，S ≤ 0.015，Ti ( 0.5，Zr ( 0.03，B ≤ 0.006，余量为铁。
[0016]作为改进，所述步骤2)中修复长度的确定具体步骤为:通过拉伸蠕变实验获得蠕变曲线，选用蠕变方程:e =A O ntm进行曲线拟合，式中:e是蠕变应变，％ ； O是应力，MPa ；t是时间，s;A、n、m是材料常数；通过曲线拟合求得不同温度下的A、n、m的值,在ABAQUS中建立马弗管的三维仿真模型，模拟马弗管的蠕变变形，根据模拟计算结果得到马弗管上每段不同长度在使用不同时间后的蠕变伸长量和缩颈量，当变形达到允许值时，把这段切去，从而确定修复长度。
[0017]最后，所述步骤3 )中马弗管使用寿命的计算是通过预测应力得出的，寿命与应力的函数关系为:O =A-Blgt,式中:O -应力，MPa ；t-寿命，h ;A、B-常数，通过ABAQUS模拟得到马弗管使用不同时间后不同截面上的应力，继而确定马弗管每段的寿命。
[0018]与现有修复技术相比，本发明的优点在于:采用国产马弗管材料替代进口材料，对国产材料进行蠕变试验得到其使用数学模型(进口材料一般都不可能提供材料的蠕变模型)以预测修复后的马弗寿命并制定修复技术方案，当马弗管缺陷出现较多而需要切除较长筒体时，可将缺陷段截去，焊接上替换材料进行修复以彻底消除马弗缺陷，使得马弗管修复周期延长。本发明成功制造出国产马弗管板料，国产马弗管板料的各向性能均满足使用要求，接近原马弗管性能，解决了现有马弗管修复技术的缺陷和马弗管材料的高成本问题，使得修复后的马弗管上下强度基本上达到一致，且成本低，同时大大延长了整个马弗管的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是马弗管结构示意图；
[0020]图2是马弗管异种材料等蠕变强度延寿修复技术示意框图；
[0021]图3a、3b、3c是替换材料BSTMUF601合金不同条件下的蠕变曲线；
[0022]图4是替换材料BSTMUF601合金蠕变持久断裂曲线。【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本发明作进一步详细描述。一种立式不锈钢带光亮退火马弗管的延寿及修复技术，步骤为:
[0024]步骤1:所要替换的国产马弗管材料为BSTMUF601合金(宝钢特钢与宝新共同研发的新钢种)，材料的主要成分如表1所示。
[0025][表 I]
[0026]
【权利要求】
1.一种立式不锈钢带光亮退火马弗管的延寿及修复方法，其特征在于步骤为: 1)通过对马弗管材料进行不同温度和不同应力条件下的拉伸蠕变试验和持久蠕变试验得到国产马弗管材料的使用性能，确定进口马弗管的替换材料； 2)根据马弗管出现的缺陷类型确定修复长度，并将缺陷区段截去； 3)根据马弗管总长要求，补焊一段步骤I)所确定的替换材料，并计算修复后的马弗管使用寿命； 4)再次出现缺陷，按照上述步骤2)、3)重复进行。
2.根据权利要求1所述的延寿及修复方法，其特征在于所述步骤I)中的替换材料是一种耐热镍基合金，其主要成分为Ni 58.0~63.0%，Cr 21.0~25.0%，All.0~1.7%，C ≤ 0.10%, Si ( 0.5，Mn ≤ 1.0，P ≤ 0.02，S ≤ 0.015，Ti ( 0.5，Zr ( 0.03，B ≤ 0.006，余量为铁。
3.根据权利要求1所述的延寿及修复方法，其特征在于所述步骤2)中修复长度的确定具体步骤为:通过拉伸蠕变实验获得蠕变曲线，选用蠕变方程:e =A O ntm进行曲线拟合，式中:e是蠕变应变，% ; O是应力，MPa ；t是时间，s;A、n、m是材料常数；通过曲线拟合求得不同温度下的A、n、m的值，在ABAQUS中建立马弗管的三维仿真模型，模拟马弗管的蠕变变形，根据模拟计算结果得到马弗管上每段不同长度在使用不同时间后的蠕变伸长量和缩颈量，当变形达到允许值时，把这段切去，从而确定修复长度。
4.根据权利要求1所述的延寿及修复方法，其特征在于所述步骤3)中马弗管使用寿命的计算是通过预测应力得出的，寿命与应力的函数关系为:O =A-Blgt,式中:O-应力，MPa ;t-寿命，h 'K、B-常数，通过ABAQUS模拟得到马弗管使用不同时间后不同截面上的应力，继而确定马弗管每段的寿命。
【文档编号】C21D9/56GK103667797SQ201210355001
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月21日 优先权日:2012年9月21日
【发明者】叶乃威, 吕晓兵, 娄奇袭, 杨安 申请人:宁波宝新不锈钢有限公司