專利名稱：加氫裂化裝置用爐管的制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無縫鋼管的制造工藝，具體地講，涉及一種加氫裂化裝置 用爐管的制造工藝。
背景技術(shù)：
近年來，隨著中國在石油化工方面的迅速發(fā)展，以及國家經(jīng)濟發(fā)展的需 要，加氫裂化裝置的能力不斷增大?，F(xiàn)在福建煉油乙烯工程、青島大煉油工程以及其他的大煉油工程的加氫裂化裝置都已超過200萬噸/年。由于現(xiàn)在原 油雜質(zhì)含量越來越多，爐管的工況條件越來越惡劣，氫和硫化氫腐蝕越來越 嚴(yán)重，爐管的設(shè)計溫度和壓力也越來越高。這就要求高壓爐管具有高的高溫 強度、抗腐蝕性以及盡可能整支交貨，以在爐膛內(nèi)沒有焊縫?，F(xiàn)在世界上爐管的主要制造工藝有鍛造膛孔、熱擠壓以及冷拔等方式。 其中鍛造膛孔的制造工藝，鋼管的性能主要依靠鍛造比，由于受膛孔刀具的 限制，爐管的長度比較短，使得爐管在爐膛內(nèi)具有很多焊接點，從而不但增 加了焊接的工作量，并且由于焊接可能對爐管性能的破壞(爐管的熱影響區(qū))， 以及焊接過程中人為的因素，使?fàn)t管的安全具有更多的不穩(wěn)定性。而熱擠壓 的投資很大，且受擠壓力的限制，只能對小規(guī)格的鋼管采用熱擠壓的方式。 而冷拔的方式在冷拔過程中會產(chǎn)生拉應(yīng)力。例如世界上著名的鋼管企業(yè)，德 國的克虜伯，西班牙的TUBCEX，日本住友的8"Schl60長度最長只能生產(chǎn)至 4米。目前國內(nèi)的無縫鋼管的制造工藝一般包括選料及備料——冶煉——澆注 ——鍛造——熱穿孔——軋制——熱處理等步驟。其中在選料備料步驟中， 一般選用鐵合金+原料鋼，其制成后的鋼管的P含量大于或等于0. 03。該高 的P含量是導(dǎo)致夾雜物高的主要原因，從而造成了材料的脆性增加，強度降低，不能達到爐管的高溫強度要求。在冶煉步驟中，現(xiàn)有制造工藝采用N氣作為保護氣體，造成了最終材料的N含量增加，N化夾雜物含量高，從而影響 了鋼管的強度穩(wěn)定性。在軋制步驟中，冷扎加工的壓縮比在10% — 30%之間, 雖然能夠達到一定的材料基體的晶粒度(2 — 5級)及強度值，但不能達到成 品鋼管的高溫強度值，其制成的鋼管的550。高溫抗拉強度小于等于360MPa。 另外，在現(xiàn)有制造工藝的熱處理步驟中， 一般進行固熔處理，并不進行穩(wěn)定 化處理，會產(chǎn)生不完全的C化物的溶解，直接影響鋼管的晶間腐蝕性能，從 而降低了鋼管的使用壽命。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種加氫裂化裝置用爐管的制造 工藝，通過降低P的含量，來提高最終制造的爐管的高溫強度。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還在于，提供一種加氫裂化裝置用爐管的制 造工藝，降低N化夾雜物，使最終制造的爐管保持一定的強度穩(wěn)定性。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還在于，提供一種加氫裂化裝置用爐管的制 造工藝，通過調(diào)整軋制加工的壓縮比，提高最終制造的爐管的晶粒度等級， 從而提高爐管的高溫強度。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題還在于，提供一種加氫裂化裝置用爐管的制 造工藝，通過合理的熱處理方法，提高最終制造的爐管的抗晶間腐蝕性能， 從而保障了爐管的使用性能。本發(fā)明的上述技術(shù)問題可采用如下技術(shù)方案來解決， 一種加氫裂化裝置 用爐管的制造工藝，該工藝包括選料及備料步驟、冶煉步驟、澆注步驟、鍛 造步驟、熱穿孔步驟、軋制步驟以及熱處理步驟；其中在選料及備料步驟中， 選用P含量低于或等于0. 005%的純鐵為鐵基原料，選用鐵合金作為基本的合 金原料。在本發(fā)明中，所述的鐵合金中，Cr鐵中的Cr含量大于65X， P含量小于0.03%;鎳板為1#電解鎳，其中鎳+鈷的含量不小于99.97%， Nb合金選用 70A以上的鈮鐵。在本發(fā)明的選料備料步驟中，選用塊狀的鐵合金和石灰，其中石灰為1 級品80—60mm，鈦鐵為50 —IOO咖。在本發(fā)明的選料備料步驟中，選用經(jīng)烘烤干燥后的耐火材料、合金及保 護渣。在本發(fā)明的冶煉步驟中，采用電弧爐冶煉+氬氧爐(AOD)雙聯(lián)精練方法， 并具有一次不銹鋼去P步驟。在本發(fā)明的冶煉步驟中，采用純氬氣保護。 在本發(fā)明的澆注步驟中，采用純氬氣保護。 在本發(fā)明的鍛造步驟中，鍛造比為4一7之間。在本發(fā)明的軋制步驟中，采用冷扎方法，其中冷扎變形率為35%—50%。 在本發(fā)明的熱處理步驟中，先進行固熔處理，然后再進行穩(wěn)定化熱處理。 在本發(fā)明的上述固熔處理步驟中，固熔處理的溫度為1100° C—115(TC，保溫時間為大于2.5min/mm壁厚，然后快速冷卻，使碳化物溶于奧氏體中，并將此狀態(tài)保留至室溫。在本發(fā)明的穩(wěn)定化熱處理步驟中，穩(wěn)定化熱處理的溫度為920—95(T C,保溫時間根據(jù)壁厚確定，使Cr的含量完全溶解，而Nb的碳化物在冷卻過程中充分析出。在本發(fā)明的鍛造和熱穿孔步驟之間還包括有圓坯加工步驟，在該步驟中 對圓坯表面進行缺陷清除，使圓坯表面光滑。在本發(fā)明的圓坯加工步驟中，為了有效防止在穿孔過程可能產(chǎn)生的壁厚 不均問題，還包括在圓坯中心鉆工藝孔的步驟，從而既提高了圓坯穿孔時的 預(yù)前壓縮率，又保證了穿孔過程中壁厚的均勻性。在本發(fā)明的熱穿孔與軋制步驟之間，還包括有中間坯修磨、檢驗步驟， 在該步驟中，對荒管進行超聲波探傷，修磨不合格缺陷。在本發(fā)明的熱處理步驟后，還包括有檢驗步驟，該檢驗步驟包括水壓試驗、超聲波探傷、渦流探傷、液體滲透檢驗以及化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相 檢驗、晶間腐蝕試驗。采用本發(fā)明的上述制造工藝，本發(fā)明的效果是顯著的1)由于本發(fā)明的 選料及備料步驟中采用低磷純鐵作為鐵基原料，與現(xiàn)有鋼管制造工藝中采用 原料鋼相比，從根本上降低了 P的含量，從而減少了最終成品鋼管的夾雜物 含量，提高了其高溫強度，使其能夠達到加氫裂化裝置用爐管的要求。并且， 由于進一步在冶煉步驟中增加了一次不銹鋼去P步驟，從而更進一步提高了 成品鋼管的高溫強度。2)由于本發(fā)明在冶煉以及澆注步驟中，均釆用純氬氣 保護，與現(xiàn)有采用氮氣保護的方法相比，保障了最終成品鋼管的N含量，降 低了N化夾雜物，從而使成品鋼管能夠穩(wěn)定保持一定的強度。3)由于本發(fā)明 在軋制步驟中采用冷扎方法，且壓縮比控制在35%—50%之間，從而保證了 成品鋼管的晶粒度要求，使其能夠達到4一7級，為成品鋼管形成最終的高溫 強度(大于或等于360MPa)提供了有利條件。4)由于本發(fā)明在熱處理步驟中 增加了穩(wěn)定化熱處理步驟，使Nb的碳化物在冷卻過程中充分析出，碳不可能 再形成Cr的碳化物，從而有效消除了晶間腐蝕，提高了成品鋼管的高溫強度 值和晶粒度，使?fàn)t管的使用性能得到了保障。


圖l本發(fā)明的爐管的制造工藝路線圖； 圖2本發(fā)明的電弧爐冶煉參數(shù)表； 圖3本發(fā)明的A0D冶煉步驟中配備的化學(xué)成分表； 圖4 本發(fā)明的鋼錠模的參數(shù)表； 圖5本發(fā)明的鋼錠開坯加熱制度參數(shù)表； 圖6本發(fā)明的坯料鍛圓加熱制度參數(shù)表； 圖7本發(fā)明的穿孔加熱制度表； 圖8本發(fā)明的穿孔機工藝參數(shù)表；圖9本發(fā)明的兩輥冷軋示意圖；圖10本發(fā)明的TP347H爐管的化學(xué)成分(％)表; 圖11本發(fā)明的TP347H爐管的機械性能表； 圖12本發(fā)明的TP347H爐管的金屬夾雜物性能表; 圖13本發(fā)明的TP347H爐管的其他性能表； 圖14本發(fā)明的TP347H爐管的長度表。
具體實施方式
目前，由于TP374H特種不銹鋼具有良好高溫強度和突出抗蠕變性能，爐 管一般選用TP374H特種不銹鋼材質(zhì)。在本發(fā)明中，以TP374H爐管為例，來 具體說明本發(fā)明的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝。如圖1所示，本發(fā)明的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝至少包括選料及 備料步驟、冶煉步驟、澆注步驟、鍛造步驟、熱穿孔步驟、軋制步驟以及熱 處理步驟；其中在選料及備料步驟中，選用P含量低于或等于0.005X的低硫 純鐵為鐵基原料，選用鐵合金作為基本的合金原料。這樣，由于選用低磷的 純鐵作為鐵基材料，與現(xiàn)有采用原料鋼作為鐵基材料相比，該純鐵的P含量 遠低于原料鋼的P含量，從而使最終作為爐管的成品鋼管的P含量僅為0. 011 左右，遠低于爐管要求的標(biāo)準(zhǔn)值0.040，從而極大地降低了成品鋼管中的夾雜 物，提高了構(gòu)成爐管的成品鋼管的高溫強度要求。在本發(fā)明中，所述的鐵合金中，Cr鐵中的Cr含量大于65X， P含量小于 0.03%;鎳板為1#電解鎳，其中鎳+鈷的含量不小于99.97%， Nb合金選用 70A以上的鈮鐵。并且，在該選料及備料步驟中，最好選用塊狀的鐵合金和石 灰，不許成粉狀，其中石灰為1級品80—60咖，鈦鐵為50—100mm。在該選 料備料步驟中，選用的一切耐火材料如流鋼磚、包襯磚、袖磚等需要烘烤干 燥，凡接觸鋼水的一切合金和保護渣等，也需要進行烘烤干燥。在本發(fā)明的冶煉步驟中，釆用電弧爐冶煉+氬氧爐(AOD)雙聯(lián)精練方法，并具有一次不銹鋼去P步驟。在該冶煉步驟中，按照TP347H爐管配方成分要 求，計算各種原輔材料用量。計算時，電爐采用返回法冶煉、中頻爐選用精 料冶煉，其原料材料配方必須精確計算；配方案理論計算成分，據(jù)實際溶清 成分，可有適當(dāng)波動值。裝入量胺計劃牌號及錠型確定，要求注余鋼水200Kg 左右，裝入量=(出鋼量一鐵合金加入量)+鋼鐵料綜合收得率。經(jīng)過精心 得配料后，開始進行電弧爐冶煉，其參數(shù)參見圖2所示。當(dāng)符合粗鋼水成分 要求且溫度大于165(TC時，出鋼進入AOD進行精練，在AOD精練過程中采用 全程的純氬保護，并選用脫氧劑(硅鈣鋇鋁+少量的稀土)及正確的喂入時 間，并根據(jù)TP347H的化學(xué)成分要求以及爐管的高溫強度要求等，配備如圖3 所示的化學(xué)成分。在該冶煉步驟中，由于具有一次不銹鋼去P步驟，從而更 進一步減少了最終成品鋼管的夾雜物含量，提高了其高溫強度。并且，由于 在冶煉過程中采用純氬氣保護，與現(xiàn)有釆用氮氣保護的方法相比，保障了最 終成品鋼管的N含量，降低了 N化夾雜物，從而使成品鋼管能夠穩(wěn)定保持一 定的強度。在本發(fā)明的澆注步驟中，根據(jù)TP347H爐管的單支長度要求，計算出單根 爐管的理論重量，結(jié)合成材率，選擇合適的鋼錠模子，資注成相應(yīng)的鋼錠， 其中鋼錠模的參數(shù)如圖4所示。在澆注過程中，釆用純氬氣保護，耐火材料 的級別為一級以上，使用的保護渣為無碳渣，且保護渣須千燥無雜質(zhì)。由于 在該澆注過程中，采用純氬氣保護，與現(xiàn)有采用氮氣保護的方法相比，保障 了最終成品鋼管的N含量，降低了N化夾雜物，從而使成品鋼管能夠穩(wěn)定保 持一定的強度。在本發(fā)明的鍛造步驟中，其鍛造工藝包括鋼錠驗收——加熱——水壓 機開坯——二次加熱——鍛打——空冷——精整驗收——轉(zhuǎn)下道工序。在鍛 造過程中的加熱制度如圖5、圖6所示。各鋼錠(坯)按加熱制度所定工藝溫 度進行操作，加熱時間以入爐箅起算。鋼錠(坯)出爐前應(yīng)加熱均勻，鋼錠 (坯)的溫差《3比為4一7之間。在本發(fā)明熱穿孔步驟中，采用錐形穿孔工藝，其具有旋轉(zhuǎn)鍛造的效果和 抑制圓周方向見切變形的作用，因此可以抑制鋼管的內(nèi)面缺陷，管坯內(nèi)、外 質(zhì)量好，偏心率低，錐形軋輥的直徑沿出口方向逐漸加大，與穿孔時金屬的 流動速度逐漸增加一致，從而減小了作用在管坯上的周向剪應(yīng)力，減少了毛管內(nèi)外表面上的缺陷。熱穿孔的工藝如下裝爐——加熱——穿孔——冷卻——檢驗。穿孔的加熱制度如圖7所示。穿孔機的工藝參數(shù)如圖8所示。為 了達到荒管的最佳性能，穿孔的延伸率不小于2. 5。在本發(fā)明的軋制步驟中，采用冷扎方法，由于冷扎的特點，可以得到高 精度，表面質(zhì)量好，組織均勻，機械性能好的成品管。在冷扎過程中根據(jù)爐 管的性能(如晶粒度等)控制冷加工變形率，冷扎變形率控制為35%—50%。 軋制鋼管的最長長度可達16米。其冷扎原理如下安裝在機架軸承中的工作軋輥，在軋制過程中借助于裝在輥頸上的齒輪作 往復(fù)運動，同時又進行滾動；在下輥兩側(cè)裝著一對齒輪，是同裝在工作機架底座 兩側(cè)上的齒條相齒合的。如圖9所示，冷扎管時，鋼管套在錐形芯棒3上，用裝 在軋輥2的切，曹中的兩個軋，曹塊1進行軋制，在軋槽塊1的圓周上開有截面不斷 變化的孔型。孔型的起點尺寸相當(dāng)于管料5的外徑，而其末端尺寸相當(dāng)于成品管 6的外徑。當(dāng)工作架在原始位置(如圖9所示的I-I位置)時，借助于專門的機 構(gòu)把管料向軋制方向送進一段距離。當(dāng)工作機架向前移動時，已送進的這段管料 在由軋槽和芯棒3所構(gòu)成的并逐漸減小的環(huán)形間隙中進行減徑和減壁。管料5的 變形部分成為工作錐。在軋制過程中，管料5的后端被壓住，不能在中心線方向 移動。當(dāng)工作機架返回時，孔型可使已經(jīng)軋制的一部分鋼管得到一定尺寸的正圓 形，并且可以在芯棒上對管料5變截面的錐形部分7進行均整。在軋槽塊3軋槽 的始端和末端均有一個叫做開口的切槽，這樣，在送進和回轉(zhuǎn)的時候，管料5就 可以與不同車L槽i央1接觸。在本發(fā)明的熱處理步驟中，TP347H爐管的熱處理工藝如下固熔處理+ 穩(wěn)定化處理。根據(jù)碳化物的溶解機制，選擇最合適的熱處理溫度和時間，固熔處理的溫度為溫度為1100° C—1150。 C，保溫時間為大于2.5min/咖壁厚， 然后快速冷卻，使碳化物(Cr23C6)溶于奧氏體中，并將此狀態(tài)保留至室溫， 從而有效改善鋼的耐蝕性。然后在固熔處理后進行穩(wěn)定化熱處理，穩(wěn)定化熱 處理的溫度為920—950° C,保溫時間根據(jù)壁厚確定，例如選擇為1小時、2 小時、4小時，使Cr的含量完全溶解，而Nb的碳化物不完全溶解，且在冷卻 過程中充分析出，使碳不可能再形成Cr的碳化物，從而有效消除晶間腐蝕， 提高了成品鋼管的高溫強度值和晶粒度，使?fàn)t管的使用性能得到了保障。在本發(fā)明的鍛造和熱穿孔步驟之間還包括有圓坯加工步驟。圓坯表面的 質(zhì)量要求如下圓坯表面不得有裂紋、折疊、結(jié)疤、夾雜等制造缺陷，如有 上述缺陷必須清理，表面缺陷清除后，該表面應(yīng)光滑。清理標(biāo)準(zhǔn)，寬度不小 于深度的5倍，大于140mm的圓坯，清理深度不超過公稱尺寸的5%。圓坯長 度應(yīng)大于或等于1500mm，圓坯彎曲度不得大于4nim/m。圓坯的外形尺寸允許 偏差±2。在本發(fā)明的圓坯加工步驟中，為了有效防止在穿孔過程可能產(chǎn)生的壁厚 不均問題，還包括在圓坯中心鉆工藝孔(4>80—4>120)的步驟，從而既提高 了圓坯穿孔時的預(yù)前壓縮率，又保證了穿孔過程中壁厚的均勻性。在本發(fā)明的熱穿孔與軋制步驟之間，還包括有中間坯修磨、檢驗步驟， 在該步驟中，對荒管進行超聲波探傷，修磨不合格缺陷，保證軋制荒管的質(zhì)在本發(fā)明的熱處理步驟后，還包括有檢驗步驟，該檢驗步驟包括水壓試 驗、超聲波探傷、渦流探傷、液體滲透檢驗，從而保證檢測出各種缺陷，以 及化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相檢驗、晶間腐蝕試驗等各項檢驗，從而保證了 爐管的工藝性能和實用性能。釆用本發(fā)明的上述加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其制成的TP347H的 化學(xué)性能如圖10所示，機械性能如圖11所示，非金屬夾雜物性能如圖12所 示，其他性能如圖13所示，所生產(chǎn)的長度如圖14所示。從圖IO—圖14可以 明顯看出，上述制造工藝制造出的爐管已經(jīng)完全能夠滿足加氫裂化裝置用爐管的要求，并且解決了爐管的單支長度、高溫強度以及氫和硫化氫腐蝕等問 題，提高了爐管的使用壽命和疲勞壽命。
權(quán)利要求
1. 一種加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，該工藝包括選料及備料步驟、冶煉步驟、澆注步驟、鍛造步驟、熱穿孔步驟、軋制步驟以及熱處理步驟；其中在選料及備料步驟中，選用P含量低于或等于0.005％的純鐵為鐵基原料，選用鐵合金作為基本的合金原料。
2、 如權(quán)利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 所述的鐵合金中，Cr鐵中的Cr含量大于65X， P含量小于0.03X;鎳板為1 #電解鎳，其中鎳+鈷的含量不小于99.97%, Nb合金選用70A以上的鈮鐵。
3、 如權(quán)利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述選料及備料步驟中，選用塊狀的鐵合金和石灰。
4、 如權(quán)利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述選料備及料步驟中，選用經(jīng)烘烤干燥后的耐火材料、合金及保護渣。
5、 如權(quán)利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述冶煉步驟中，采用電弧爐冶煉+氬氧爐雙聯(lián)精練方法，并具有一次不 銹鋼去P步驟。
6、 如權(quán)利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述冶煉步驟中，采用純氬氣保護。
7、 如權(quán)利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述澆注步驟中，采用純氬氣保護。
8、 如權(quán)利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述的鍛造步驟中，鍛造比為4一7之間。
9、 如權(quán)利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述軋制步驟中，采用冷扎方法，其中冷扎變形率為35%—50%。
10、 如權(quán)利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述熱處理步驟中，先進行固熔處理，然后再進行穩(wěn)定化熱處理。
11、 如權(quán)利要求10所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于，在所述固熔處理步驟中，固熔處理的溫度為1100° C—115(T C，保溫時 間為大于2.5min/mm壁厚，然后快速冷卻，使碳化物溶于奧氏體中，并將此 狀態(tài)保留至室溫。
12、 如權(quán)利要求10所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述穩(wěn)定化熱處理步驟中，穩(wěn)定化熱處理的溫度為920—950° C，保溫時間 根據(jù)壁厚確定，使Cr的含量完全溶解，而Nb的碳化物在冷卻過程中充分析 出。
13、 如權(quán)利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述鍛造和熱穿孔步驟之間還包括有圓坯加工步驟，在該步驟中對圓坯表 面進行缺陷清除，使圓坯表面光滑。
14、 如權(quán)利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述圓坯加工步驟中，還包括在圓坯中心鉆工藝孔的步驟。
15、 如權(quán)利要求l所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述熱穿孔與軋制步驟之間，還包括有中間坯修磨、檢驗步驟，在該步驟 中，對荒管進行超聲波探傷，修磨不合格缺陷。
16、 如權(quán)利要求1所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于， 在所述熱處理步驟后，還包括有檢驗步驟。
17、 如權(quán)利要求16所述的加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，其特征在于，所述檢驗步驟包括水壓試驗、超聲波探傷、渦流探傷、液體滲透檢驗以及化 學(xué)成分、力學(xué)性能、金相檢驗、晶間腐蝕試驗。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，該工藝包括選料及備料步驟、冶煉步驟、澆注步驟、鍛造步驟、熱穿孔步驟、軋制步驟以及熱處理步驟；其中在選料及備料步驟中，選用P含量低于或等于0.005％的低硫純鐵為鐵基原料，選用鐵合金作為基本的合金原料。采用本發(fā)明的該加氫裂化裝置用爐管的制造工藝，能夠通過降低P的含量，降低夾雜物含量，提高最終制造的爐管的高溫強度。
文檔編號B22D25/00GK101280385SQ200710065090
公開日2008年10月8日 申請日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者仇云龍 申請人:南通特鋼有限公司