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在HFW355高頻感應焊管生產線成功試制φ159m m×3.5m m低鉻不銹鋼高頻感應焊管的規格。通過調整焊接工藝、焊后熱處理工藝和矯形工藝,獲得了尺寸精度高、焊接性能優異的直縫不銹鋼焊管。與傳統的等離子焊接鋼管相比,具有生產效率高、焊接成型美觀、接頭性能、尺寸、形狀精度大大提高的特點,對鐵素體不銹鋼焊管的生產、制造、推廣和應用具有重要意義。
目前,高頻感應焊接不銹鋼已逐漸廣泛應用于我國,如汽車排氣管行業大量采用高頻感應焊接方法生產409L等牌鐵素體不銹鋼焊管,更多的是生產各種規格和形狀(如方管)的普通碳鋼焊管,也有少數生產線焊接奧氏體不銹鋼焊管。
本文試制了鉻含量為12%的低鉻鐵素體不銹鋼高頻感應焊管,規格為φ159mm×3.5mm,對焊管的尺寸精度和焊接接頭性能要求較高。德國 是一種高頻感應焊接設備** S Elotherm GmbH 生產的HFW355(大焊管直徑355mm)機組。
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目前,我國采用高頻感應焊接方法制造碳鋼焊管的技術已經非常成熟,得到了廣泛的應用。然而,不銹鋼焊管,特別是鐵素體不銹鋼焊管,應用較少,技術積累較少。低鉻鐵素體不銹鋼是不銹鋼家族中成本低、耐腐蝕性低、焊接性能差的品種。主要用于耐腐蝕性要求低的場合。目前,它已廣泛應用于金屬制品和一些結構部件。
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12Cr鐵素體不銹鋼的成分和性能
采用的12%Cr鐵素體不銹鋼符合要求EN10088-2、EN10028-7標準及ASTM A240標準、成分和性能1.4003不銹鋼接近。試驗材料為熱軋退火酸,退火溫度為690~720℃,厚度為3.5mm。碳和氮含量控制在提高材料的綜合性能上0.01在%左右的同時,添加以更好地穩定鉻,提高耐腐蝕性。
表11試驗12%Cr鐵素體不銹鋼的化學成分
圖1是12%Cr鐵素體不銹鋼室溫金相組織量馬氏體,晶粒度在8級以上。
表2是測試材料的典型力學性能,即使是不銹鋼-40℃沖擊韌性也很好。
12Cr鐵素體不銹鋼焊接性能
常規焊接方法如MAG、TIG當等離子焊接鐵素體不銹鋼時,由于鐵素體組織固有的晶粒易于加熱和生長,且在熱循環過程中沒有相變,焊接接頭HAZ粗晶區(焊接峰值溫度為1200℃ - 熔點間隔)機械性能,特別是沖擊性能,如單道焊熱輸入>1kJ/mm室溫下的等離子焊接接頭沖擊試驗呈脆性斷裂,沖擊韌性<20J/cm2 (結構焊接接頭沖擊韌性的低要求35J/cm2),這一特點極大地限制了不銹鋼在工業領域的推廣和應用。
因此,對于12Cr為了獲得合格的焊接接頭,鐵素體不銹鋼的工藝要點是盡量減少焊接熱輸入和焊接HAZ,控制HAZ粗晶區域的晶粒尺寸。通過調整焊接參數,選擇合適的焊接方法,高頻感應焊接方法作為固相連接無疑是一種理想的焊接方法。
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12Cr鐵素體不銹鋼高頻感應焊接工藝
焊接工藝試驗表明,由于機組的特殊性,設備制造商無法調整部分工藝參數,如電壓和頻率??烧{焊接參數包括焊接速度、焊接電流、氣體保護模式和流量。由于低鉻鐵素體不銹鋼具有較強的鐵磁性,其導熱性和機械性能與碳鋼相似,因此可與碳鋼共用生產線。調試優化后的參數如表3所示。
圖2~圖7為焊接現場圖,焊管生產線長度約為200m。
調試后的電流控制好的前提下,調試后的電流控制在70~75A,控制焊接速度18~20m/min,氬氣內外保護,避免焊接區域嚴重氧化和焊縫開裂,由于擠壓輥擠壓塑料焊縫金屬,產生毛刺,所以用刮刀刮毛刺,避免應力集中,同時獲得良好的圓度和外觀,如圖8所示
成品焊管的組織和性能
取樣試制成功的高頻焊管,觀察焊接接頭的金相組織,檢測機械性能,包括拉伸、沖擊和扁平試驗,測量成品焊管的不圓度和直線度,分析是否滿足使用要求。
(1)金相組織觀察
圖9是高頻感應焊接接頭的焊接中心HAZ組織,為了比較,圖10是等離子焊管焊縫中心和HAZ組織??梢姼哳l焊接接頭焊縫寬度很窄,只有不到1mm,HAZ寬度則小于0.5mm;同厚度等離子焊管的焊縫寬度一般為3~5mm,熱影響區寬度為5mm左右。
通過對比可以看出,高頻感應焊接接頭的焊縫中心和HAZ晶粒尺寸小,晶粒度在6級以上,等離子焊接接頭的焊接及HAZ晶粒生長嚴重,晶粒度在0級以上。根據金屬原理,晶粒尺寸越大,材料的塑性韌性越差。因此,與等離子焊接接頭相比,高頻感應焊接獲得的接頭具有優異的機械性能。
(2)接頭力學性能檢測
拉伸、壓扁、沖擊等常規性能試驗進行了機械性能試驗。壓扁試驗結果如圖11所示。
與現有等離子焊管的機械性能數據相比,兩者的拉伸和扁平試驗結果相同,沖擊吸收能量大大提高,半尺寸樣品等離子焊接接頭的焊接中心和HAZ的室溫沖擊吸收能量平均值只有8~10J,遠低于高頻感應焊接接頭的沖擊吸收能,工程實用性差。HFW焊接接頭性能試驗結果表明,晶粒尺寸細化大大提高了材料的塑韌性,大大提高了低鉻鐵素體不銹鋼焊管的應用領域。
(3)尺寸精度檢測尺寸精度包括外徑偏差、直線度、不圓度(大直徑與小直徑之間的差異),也是焊接管的重要性能指標。許多用戶對尺寸精度有很高的要求。通過調整在線焊接后的熱處理和直徑校準參數,HFW焊管的尺寸精度遠高于傳統的離線定徑校直方法。
在一只6m長成品焊管管上選擇6個不同的位置,在同一位置的12點到5點分別測量外徑。測量結果如表5所示,外徑偏差為±0.3mm圓度也小于0.5mm。直線度檢測結果表明,成品焊管的直線度<0.5mm/m,這種尺寸和形狀精度遠高于行業標準,可以完全滿足高尺寸形狀精度的應用,如帶式輸送機輥筒、高尺寸精度焊接管,大大降低徑向圓跳動值,降低傳輸過程中的阻力,
提高傳輸效率。
結語
通過調整工藝參數,成功試制了規格f 159mm×3.5mm的12Cr鐵素體不銹鋼高頻感應焊管。鐵磁性強的低鉻鐵素體不銹鋼可與碳鋼共用同一高頻感應焊管機組。由于焊接方法的特殊性和在線熱處理和直徑校準工藝的連續性,與傳統弧焊方法相比,焊管具有接頭組織小、機械性能優異、尺寸形狀精度高、生產成本低、效率高等優點。它是鐵素體不銹鋼焊管生產的發展方向之一。
河北美德鋼管簡介
河北美德鋼管制造有限公司直縫鋼管設備是生產直縫鋼管的流水線機組,直縫鋼管通常指JCOE埋弧焊鋼管,高頻直縫鋼管。河北美德鋼管制造有限公司生產大口徑直縫鋼管生產線4條,先進的德國鋼管生產設備,具有科技含量高,工藝技術先進等特點??缮a直徑Φ350mm—1420mm,壁厚8mm—50mm,長度3m—14m,材質20#、16Mn、Q235B、合金鋼、不銹鋼等高鋼級鋼管均可制造生產,各種非型號壁厚鋼管規格可達到1000余種,日產800余噸;生產周期短,交貨快,執行GB/T9711.3—2005的高國內標準和美國石油協會API5L標準。廣泛用于石油、天然氣、鋼結構、熱力發電、輪船制造、基礎打樁等重大工程。。目前國內直縫鋼管設備厚可加工100mm鋼板,大直徑可生產到3500mm。直縫鋼管設備的成本分三個等級:高頻直縫鋼管設備(ERW);埋弧直縫鋼管設備(LASW);三輥成型12米直縫鋼管卷管機設備。
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