雙相鋼復(fù)合板封頭熱成型工藝

雙相鋼復(fù)合板封頭的熱成型工藝2006年我廠承攬了某集團(tuán)年50萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目中黑水過(guò)濾器的任務(wù)，該過(guò)濾器材質(zhì)為16MnR+SAF2507，厚度28+4mm,金屬重量6070Kg,焊縫接頭系數(shù)為1,水壓試驗(yàn)壓力為13.08MPa，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：-N4訂、7-N4訂、7圖1黑水過(guò)越器結(jié)枸簡(jiǎn)圖從結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可以看出，其結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，除四個(gè)接管外其制造難點(diǎn)可分為兩方面，一方面是雙相鋼復(fù)合板的焊接，另一方面由于其直徑較?。?800mm）且封頭為球形封頭，因此，封頭成型是本設(shè)備的制造難點(diǎn)。而關(guān)于雙相不銹鋼的焊接我廠已積累了一定的經(jīng)驗(yàn)1，其焊接方法、焊接參數(shù)、注意事項(xiàng)等基本相同，這里不再闡述。本文著重論述該復(fù)合板的成型工藝。二、雙相鋼復(fù)合板16MnR+2507的特點(diǎn)基層16MnR是壓力容器常用的低合金鋼材，對(duì)于復(fù)合來(lái)講，一般用以滿(mǎn)足復(fù)合鋼板對(duì)強(qiáng)度、剛度和沖擊韌性等力學(xué)性能的要求，其性能良好，通常不需要特殊的工藝措施（厚板除外），無(wú)論是熱加工成型，還是冷加工成型，都是比較成熟的工藝。而SAF2507則不同，它是由25%鉻、4%鉬和7%的鎳構(gòu)成的超復(fù)式不銹鋼，具有較高的導(dǎo)熱性和較低的熱膨脹系數(shù)（與不銹鋼相比見(jiàn)圖2），其成分和力學(xué)性能如下：表1 SAF2507的化學(xué)成分（%）和力學(xué)性能（室溫）表CmaxCrNiMoNSimaxMnmaxPmaxSmax0.03025740.30.81.20.0350.020屈服強(qiáng)度（0.2%）MPa抗拉強(qiáng)度MPa延伸率（％）硬度值（維氏）550800-100025290從有關(guān)資料得之，SAF2507在300°C以上時(shí)，鐵素體的分解會(huì)產(chǎn)生脆性相的轉(zhuǎn)變，有兩個(gè)脆性區(qū)，即600?900C區(qū)間由。相引起的脆性、低于500C的475C脆性，其脆性相的析出要比奧氏體不銹鋼敏感的多。因此，加工過(guò)程中要特別注意考慮其脆性相的問(wèn)題。而對(duì)于復(fù)合鋼板來(lái)講，由于兩種材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)不同，復(fù)合后綜合板材的力學(xué)性能也與原兩種材質(zhì)有較大差異，對(duì)比表如下：表216MnR+SAF2507（16+4mm）/16MnR力學(xué)性能表屈服強(qiáng)度（0.2%）MPa抗拉強(qiáng)度MPa延伸率（％）沖擊值A(chǔ)kv（J）390/415595/54027/2570、60、65/64、43、46從表1、表2看出，雖然性能各有差異，但是三者各有相同之處，只要掌握各自的優(yōu)缺點(diǎn)，合理利用其優(yōu)點(diǎn)，成功完成封頭成型是有把握的。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)封頭廠的生產(chǎn)條件以及該封頭直徑較小的特點(diǎn)，決定采用熱成型進(jìn)行壓制。三、熱成型壓制試驗(yàn)要保證封頭熱成型一次成功，必須對(duì)本復(fù)合板材有比較充分的了解，尤其這對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是首次接觸的板材，即使是國(guó)內(nèi)也未剛剛開(kāi)始應(yīng)用。于是，我們對(duì)此批板材（南京三邦金屬?gòu)?fù)合材料有限公司）進(jìn)行了常規(guī)的性能檢驗(yàn)(復(fù)驗(yàn))，結(jié)果如下：表316MnR+SAF2507復(fù)合鋼板性能復(fù)驗(yàn)表\常規(guī)性能爐批號(hào)\厚度力學(xué)性能化學(xué)成分(SAF2507)(%)拉伸MPa沖擊J(0C)彎曲3a(180°)CSiMnPSNiCrMo06G-30016+4507.4116/62/68合格0.030.270.78.025.0017.3524.654.2506G-30116+555780/65/78合格0.020.280.73.019.0017.0325.243.83從復(fù)驗(yàn)結(jié)果我們得出如下結(jié)論：(1)、該板材是合格的；⑵、試樣使用方型橫截面的試樣，由于材質(zhì)熱敏感系數(shù)特別大，因此，試樣一定要通過(guò)機(jī)加工去除由于火焰切割等影響材料性能的部分，去除尺寸約3mm左右；⑶、任何加工或成型的溫度應(yīng)該盡量避開(kāi)雙相鋼脆性區(qū)。接著，我們?nèi)?1300mm板進(jìn)行模擬壓制試驗(yàn)，壓制溫度定為960°C，采用煤氣加熱爐進(jìn)行加熱，結(jié)果壓制過(guò)程即出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，同時(shí)，即使把胚料放在通風(fēng)處或爐內(nèi)緩冷，也不同程度出現(xiàn)斷裂，而且基本上是從復(fù)層開(kāi)始斷裂，并延伸至基層。從裂紋形狀上看，應(yīng)該為脆斷裂紋加延遲裂紋，經(jīng)過(guò)分析，我們感覺(jué)到應(yīng)該是對(duì)于雙相鋼的成型溫度掌握的不夠準(zhǔn)確，同時(shí)也是由于擔(dān)心太高的加熱溫度影響16MnR脫碳等原因。于是經(jīng)過(guò)反復(fù)與相關(guān)專(zhuān)家的咨詢(xún)，結(jié)合以往曾經(jīng)壓制雙相鋼SAF2205的經(jīng)驗(yàn)及綜合以上的試驗(yàn)結(jié)果決定從以下幾個(gè)方面著手：1、SAF2507的成型溫度較窄；2、SAF2507的熱膨脹性與碳鋼相近，比不銹鋼相對(duì)較??；3、 高溫條件下（1000°C左右）碳鋼的脫碳影響不大；4、 熱成型時(shí)一定要注意控制最低的加熱溫度；5、 終壓溫度應(yīng)該嚴(yán)格控制；6、 壓制后應(yīng)采取可行的急冷措施。四、熱成型工藝根據(jù)以上試驗(yàn)，我們決定與錦西化機(jī)廠聯(lián)合共同進(jìn)行該復(fù)合鋼板的球缺封頭的壓制，并制定工藝措施如下：1、 胎具設(shè)備：封頭胎具為上胎?806,下膜鑲?cè)848/R50，壓制封頭前仔細(xì)檢查壓邊圈與坯料接觸面及下胎體表面光潔情況，修磨毛刺及滑痕,必要時(shí)進(jìn)行機(jī)加工；用1200噸水壓機(jī)進(jìn)行壓制,中間用6=2mm的不銹鋼板進(jìn)行隔離；2、 坯料準(zhǔn)備：坯料展開(kāi)尺寸為?1180,入爐前清除表面油污及其他雜質(zhì),復(fù)層表面涂一層高溫保護(hù)涂料,待涂料風(fēng)干后坯料方可入爐加熱。3、 裝爐布置：坯料平放裝爐,坯料下用耐火磚均勻支撐,高度150-200mm,加熱爐距噴嘴600mm處砌當(dāng)火墻，高度450mm,采用燃油爐,燃油含硫量應(yīng)低于0.2%（重量比）,在復(fù)合板面固定兩只鎧裝熱電偶,經(jīng)過(guò)硅酸鎂鋁巖棉直接接到記錄儀上；4、 加熱規(guī)范：加熱溫度定為1080+10C,保溫時(shí)間定為18min同時(shí)要求從出爐到壓制成型，最終溫度不得低于960C，壓制成型后立即進(jìn)行快速空冷,加熱曲線圖如圖3：0 ' IB ' *in圖3封頭加熱規(guī)范曲線圖5、壓制成型：加熱時(shí)一定要注意控制均勻加熱生溫，同時(shí)，對(duì)壓制胎具進(jìn)行火焰預(yù)熱，用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)溫，保證不低于300°C,然后，表面涂上防滲碳涂料；坯料成型后迅速吊運(yùn)，中間用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀隨時(shí)監(jiān)控溫度，擺正后進(jìn)行緩慢壓制，脫模前封頭下部應(yīng)用石棉氈墊起防止封頭碰傷，封頭脫模后（960C以上）立即用三個(gè)高功率風(fēng)扇直吹封頭進(jìn)行快速冷卻，冷卻時(shí)間控制在20分鐘左右以?xún)?nèi)，降至300C以下，停風(fēng)靜止空冷。五、檢驗(yàn)1、 尺寸檢查：用弦長(zhǎng)為604.5（為3/4D/mm的內(nèi)樣板進(jìn)行該球缺內(nèi)表面的形狀偏差檢查，其最大間隙為87.9mm,符合標(biāo)準(zhǔn)要求；2、 結(jié)合狀態(tài)：由于該封頭為復(fù)合板B1級(jí)，因此，成型后用超聲波進(jìn)行全面積檢測(cè)，結(jié)合率為100%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；3、 力學(xué)性能：我們對(duì)隨爐壓制試樣進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)及復(fù)合界面的結(jié)合剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果（見(jiàn)表四）符合標(biāo)準(zhǔn)要求。4、晶間腐蝕：按照GB4334的相關(guān)要求進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。六、結(jié)論1、 復(fù)合鋼板由于相結(jié)構(gòu)不同，因此，熱成型時(shí)要注意選擇兩相都能均勻變形的熱加工溫度。2、 注意嚴(yán)格控制保溫溫度和終壓溫度，不宜溫度過(guò)低而出現(xiàn)。相。3、 注意壓制結(jié)束后嚴(yán)格進(jìn)行快速冷卻，使之快速降到相穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)過(guò)精心試驗(yàn)，圓滿(mǎn)完成了六個(gè)熱成型封頭的壓制任務(wù)。參考文獻(xiàn)：1、 郭曉春等.雙相不銹鋼換熱管與管板