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西安2507/2205不锈钢管的组织与性能

日期：2024-04-24 01:07

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摘要： 西安2507/2205不锈钢管的组织与性能 采用热穿孔工艺，结合多道次冷轧变形，开发出大口径2507无缝钢管，规格为219*20mm。结果表明：2507无缝钢管金相组织优良，铁素体含量约45%～55%。钢管具有良好的力学性能，低温冲击功可达70J以上。同时，钢管具有较好的耐点腐蚀性能，腐蚀速率小于3.0mdd。本次开发的大口径2507无缝钢管化学组成、金相组织及室温力学性能、低温冲击性能均满足ASME SA790、ISO 13680等产品标准要求，可以用于石化、海洋、油气开采等领域。 超级双相不锈钢(UNS 2507)由于超低碳和高铬、高钼、高氮的成分设计，与UNS S32205双相不锈钢相比，具有更高的强度、更好的耐点腐蚀、耐应力腐蚀性能。目前主要用于各种苛刻环境，尤其是在高氯化物环境中，常用作海水热交换器、海底油田管道缆、海水淡化等装置。 苛刻的酸性油气田环境中，根据介质浓度、温度、压力等工况，可选用的材料主要有马氏体不锈钢、双相不锈钢和镍基合金等。因此，在一些高温、高压、高含CO2、H2S环境中常采用镍基合金材料。而在一些含CO2、Cl-且H2S含量较低的油气开采环境中，2507合金由于具有冷加工硬化显著、抗应力腐蚀性能好、耐点蚀，相对于镍基合金油井管而言，具有价格低、性能相当等特点，综合性能则优于马氏体不锈钢。因此得到越来越广泛的应用，应用形式主要是管材[1]-[5]。 通常来讲，无缝钢管尺寸较小时，通过热挤压工艺或者热穿孔工艺，结合冷轧工艺可以生产出符合要求的超级双相无缝钢管。但是，对于大口径超级双相无缝钢管，采用热挤压工艺生产比较困难，特别是管材长度要求较长时。因此，针对大口径(外径大于219mm)、长度较长(9m以上)等特殊需求，本公司开展了2507超级双相无缝钢管的研制开发，并形成了批量生产的能力。 1、大口径2507无缝钢管的制造流程 大口径2507合金无缝钢管的整个开发制造流程可以简化为：钢锭冶炼→锻造开坯→管坯加工→热穿孔→冷轧成形→固溶热处理→酸洗→检验→成品。 钢坯由某特钢公司提供，采用电炉+AOD精炼工艺冶炼。经公司入厂复验，管坯化学成分见表1，结果表明成分符合ASME SA790、ISO 13680等相关产品标准要求。管坯各类夹杂物含量为0.5～1.5级，也符合技术条件要求，如图1所示 钢坯经剥皮机剥皮后，彻底消除表面的缺陷(氧化皮、裂纹等)。根据实际要求将钢坯进行分段、机加工，并进行尺寸公差和表面质量检查。管坯在加热前进行清洗，**管坯内外表面上的油脂和污物，防止管坯在加热过程中被污染，确保管坯质量。将清洗后的管坯送入斜底式加热炉中进行加热到设定温度后，送入斜轧穿孔机中进行热穿孔，得到内外表面质量良好、性能均匀的穿孔荒管。荒管经过固溶热处理后进行内外表面检验，为后续冷轧工艺提供合格的荒管，并为*终的成品管材提供了可靠的质量保证。穿孔荒管在周期式冷轧管机上完成冷轧变形，经过多道次冷轧，*终轧制出251mm×17mm的成品钢管，长度达10m以上。 2、大口径2507无缝钢管的组织与性能 2.1 金相组织演化  由于采用热穿孔工艺进行荒管制备，穿孔工艺对荒管金相组织的影响非常显著，特别影响到两相比与相组织、形态的控制。如果穿孔工艺控制不好的话，在荒管组织中容易产生金属间相、二次奥氏体相等，进而影响到荒管质量和成品管材的性能。 试验检验结果表明，热穿孔荒管金相组织较差，两相比例不协调，并且含有较多的**相，如图2(a)所示。特别是，由于钢材存在随温度的降低发生由韧性到脆性的转变。一旦钢管组织不正常，低温(-10℃～-50℃)冲击性能则大大恶化，冲击功降低到20J左右，甚至更低，此时断口形貌为明显的脆性断裂特征，如图3(a)所示。因此对热穿孔荒管及中间规格管进行合适的热处理，调整钢管内部组织中的两相比例与相组成、形态。试验结果表明，经过适当热处理后，中间管的金相组织逐渐恢复正常，基本上未见金属间相等出现，如图2(b)所示。低温(-10℃～-50℃)冲击性能逐渐提高到60～150J左右，断口特征从脆性断裂转变为韧性断裂特征，如图3(b)所示 2.2 力学性能 从成品钢管取样分别进行包括金相、室温拉伸和低温冲击试验、点腐蚀性能评价试验，以评价钢管的使用性能及工艺性能。 金相结果如图2(c)中所示。从测试结果可以看出，成品钢管中两相含量比较均匀，铁素体含量大约在45%～55%左右，符合相关产品标准。同时，两相界面清晰、过渡光滑，未见金属间等**相。 对成品规格的2507管的冲击功，进行了检测，结果如图4所示。从图中可以发现，无论是固溶态还是冷变形态的成品管，其冲击性能优异。冲击功随着实验温度的降低而降低，且固溶态的冲击功远高于冷加工态。 此外，成品管的低温(-10℃)冲击功均高于70J。对其断口进行观察发现，为韧性断裂，如图3(b)所示。 采用ASTM G48A法进行了点腐蚀实验。结果表明，点腐蚀速率小于3.0 mdd。综合金相组织、冲击性能、室温拉伸、点腐蚀等检验结果，可以发现，本次开发的大口径2507无缝钢管性能优异，完全满足ASMESA790、ISO13680标准要求。 3、结论 西安华达不锈钢有限公司有限公司采用热穿孔和冷轧工艺成功开发了规格为219*20mm的大口径2507超级双相无缝钢管。大口径2507无缝钢管金相组织、力学性能优异，符合ASME SA790、状态抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/% 硬度/HRC冷变形1060 960 27 33固溶态815 580 44 25ISO13680等产品标准，可用于石化、海洋、油气开采等领域。

采用热穿孔工艺，结合多道次冷轧变形，开发出大口径2507无缝钢管，规格为219*20mm。结果表明：2507无缝钢管金相组织优良，铁素体含量约45%～55%。钢管具有良好的力学性能，低温冲击功可达70J以上。同时，钢管具有较好的耐点腐蚀性能，腐蚀速率小于3.0mdd。本次开发的大口径2507无缝钢管化学组成、金相组织及室温力学性能、低温冲击性能均满足ASME SA790、ISO 13680等产品标准要求，可以用于石化、海洋、油气开采等领域。

超级双相不锈钢(UNS 2507)由于超低碳和高铬、高钼、高氮的成分设计，与UNS S32205双相不锈钢相比，具有更高的强度、更好的耐点腐蚀、耐应力腐蚀性能。目前主要用于各种苛刻环境，尤其是在高氯化物环境中，常用作海水热交换器、海底油田管道缆、海水淡化等装置。
苛刻的酸性油气田环境中，根据介质浓度、温度、压力等工况，可选用的材料主要有马氏体不锈钢、双相不锈钢和镍基合金等。因此，在一些高温、高压、高含CO2、H2S环境中常采用镍基合金材料。而在一些含CO2、Cl-且H2S含量较低的油气开采环境中，2507合金由于具有冷加工硬化显著、抗应力腐蚀性能好、耐点蚀，相对于镍基合金油井管而言，具有价格低、性能相当等特点，综合性能则优于马氏体不锈钢。因此得到越来越广泛的应用，应用形式主要是管材[1]-[5]。
通常来讲，无缝钢管尺寸较小时，通过热挤压工艺或者热穿孔工艺，结合冷轧工艺可以生产出符合要求的超级双相无缝钢管。但是，对于大口径超级双相无缝钢管，采用热挤压工艺生产比较困难，特别是管材长度要求较长时。因此，针对大口径(外径大于219mm)、长度较长(9m以上)等特殊需求，本公司开展了2507超级双相无缝钢管的研制开发，并形成了批量生产的能力。

1、大口径2507无缝钢管的制造流程

大口径2507合金无缝钢管的整个开发制造流程可以简化为：钢锭冶炼→锻造开坯→管坯加工→热穿孔→冷轧成形→固溶热处理→酸洗→检验→成品。
钢坯由某特钢公司提供，采用电炉+AOD精炼工艺冶炼。经公司入厂复验，管坯化学成分见表1，结果表明成分符合ASME SA790、ISO 13680等相关产品标准要求。管坯各类夹杂物含量为0.5～1.5级，也符合技术条件要求，如图1所示
钢坯经剥皮机剥皮后，彻底消除表面的缺陷(氧化皮、裂纹等)。根据实际要求将钢坯进行分段、机加工，并进行尺寸公差和表面质量检查。管坯在加热前进行清洗，**管坯内外表面上的油脂和污物，防止管坯在加热过程中被污染，确保管坯质量。将清洗后的管坯送入斜底式加热炉中进行加热到设定温度后，送入斜轧穿孔机中进行热穿孔，得到内外表面质量良好、性能均匀的穿孔荒管。荒管经过固溶热处理后进行内外表面检验，为后续冷轧工艺提供合格的荒管，并为*终的成品管材提供了可靠的质量保证。穿孔荒管在周期式冷轧管机上完成冷轧变形，经过多道次冷轧，*终轧制出251mm×17mm的成品钢管，长度达10m以上。

2、大口径2507无缝钢管的组织与性能

2.1 金相组织演化
由于采用热穿孔工艺进行荒管制备，穿孔工艺对荒管金相组织的影响非常显著，特别影响到两相比与相组织、形态的控制。如果穿孔工艺控制不好的话，在荒管组织中容易产生金属间相、二次奥氏体相等，进而影响到荒管质量和成品管材的性能。
试验检验结果表明，热穿孔荒管金相组织较差，两相比例不协调，并且含有较多的**相，如图2(a)所示。特别是，由于钢材存在随温度的降低发生由韧性到脆性的转变。一旦钢管组织不正常，低温(-10℃～-50℃)冲击性能则大大恶化，冲击功降低到20J左右，甚至更低，此时断口形貌为明显的脆性断裂特征，如图3(a)所示。因此对热穿孔荒管及中间规格管进行合适的热处理，调整钢管内部组织中的两相比例与相组成、形态。试验结果表明，经过适当热处理后，中间管的金相组织逐渐恢复正常，基本上未见金属间相等出现，如图2(b)所示。低温(-10℃～-50℃)冲击性能逐渐提高到60～150J左右，断口特征从脆性断裂转变为韧性断裂特征，如图3(b)所示

2.2 力学性能
从成品钢管取样分别进行包括金相、室温拉伸和低温冲击试验、点腐蚀性能评价试验，以评价钢管的使用性能及工艺性能。
金相结果如图2(c)中所示。从测试结果可以看出，成品钢管中两相含量比较均匀，铁素体含量大约在45%～55%左右，符合相关产品标准。同时，两相界面清晰、过渡光滑，未见金属间等**相。

对成品规格的2507管的冲击功，进行了检测，结果如图4所示。从图中可以发现，无论是固溶态还是冷变形态的成品管，其冲击性能优异。冲击功随着实验温度的降低而降低，且固溶态的冲击功远高于冷加工态。
此外，成品管的低温(-10℃)冲击功均高于70J。对其断口进行观察发现，为韧性断裂，如图3(b)所示。
采用ASTM G48A法进行了点腐蚀实验。结果表明，点腐蚀速率小于3.0 mdd。综合金相组织、冲击性能、室温拉伸、点腐蚀等检验结果，可以发现，本次开发的大口径2507无缝钢管性能优异，完全满足ASMESA790、ISO13680标准要求。

3、结论

西安华达不锈钢有限公司有限公司采用热穿孔和冷轧工艺成功开发了规格为219*20mm的大口径2507超级双相无缝钢管。大口径2507无缝钢管金相组织、力学性能优异，符合ASME SA790、状态抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/% 硬度/HRC冷变形1060 960 27 33固溶态815 580 44 25ISO13680等产品标准，可用于石化、海洋、油气开采等领域。

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