[发明专利]Inconel690合金无缝管材穿孔针挤压成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属塑性热加工领域，具体是一种高温镍基合金(Inconel690合金)大口径厚壁无缝管材穿孔针挤压成形工艺。

技术背景

现代大型无缝管材的生产以热轧为主。热轧无缝钢管生产的工艺流程，基本上可以分为三个主变形工序：首先通过钻孔，穿孔或者轧孔制成管状毛坯即“毛管”；然后轧制成热成品管要求壁厚的“荒管”；最后轧制成热成品管要求外径的“成品管”。但是，管坯在热穿孔过程中，存在所谓的“曼内斯曼效应”，即：管坯在变形区内承受着复杂的力、变形和温度的作用，容易在毛管内外表面产生裂纹、分层、内折、螺旋纹等缺陷，生产的毛管质量差，严重影响管材后续加工的质量，降低成品管特别是精密无缝管的合格率，对热塑性差的难变形材料如高合金钢、奥氏体不锈钢等尤为突出。此外，管材热轧过程中，还存在非金属夹杂物夹层现象、尺寸精度较低等缺陷。

Inconel690合金是一种含Cr高达30％的奥氏体型高温镍基合金，具有极强的抗氧化、耐腐蚀性能，被广泛应用于石油化工、冶金、核能源等工业领域。但由于Inconel690合金变形抗力大、塑性加工温度范围窄。这种合金管材应用于等高温高压，高氧化性，强的腐蚀环境中，工作环境相当恶劣，所以对管材质量、尺寸精度要求高，热轧工艺已经无法满足这种高性能、高精度无缝管材的生产。

在公告号为CN 1086470A的专利申请中公开了一种适用于特钢、高温合金钢无缝管的离心铸造方法，其特点是将一定温度的液态金属浇入圆筒形的模具中，采用机械的方法使模具转动，金属液体由于离心力的作用结晶于模具内壁，最终制成无缝管。但是，离心铸造方法生产的无缝管材表面质量不高，需要进行后期的车削等机械加工，增大了生产力的消耗。并且，由于晶体结晶原理和热胀冷缩原理，采用铸造方法生产会产生一定程度的晶粒粗大、气孔、缩松等缺陷，这些缺陷在本发明中均可避免。

在申请号为专利200710011942.X，公开号为CN 101077503A的专利申请文件中公开了一种采用热连轧生产大型无缝钢管的工艺流程，主要方法是先将管坯加热，通过然后出炉通过双向热定心机组进行双向热定心，然后进入锥辊式穿孔，其中穿孔机前台设有旋转加送装置，穿孔机后顶杆主动旋转。毛管进入五架带空减机的三辊限动芯棒轧管机轧制成管。该方法工序复杂，在双向热定心过程中精度较难控制，不易实现连续生产，且金属在轧制过程中受到双向压应力作用，易出现表面裂纹、金属夹杂物等缺陷。

发明内容

为克服现有热轧工艺无法满足Inconel690合金高性能、高精度无缝管材生产的不足，本发明提出了一种Inconel690合金无缝管材穿孔针挤压成形方法。

本发明包括以下步骤：

第一步、管坯制备

根据管材内外径尺寸及管材长度，以及挤压筒的内径尺寸，确定管坯内径、外径及长度：管坯外径为：D_管坯外径＝D_挤压筒-(5～20mm)；管坯内径为：D_管坯内径＝D_管材内径+(5～15mm)；管坯长度为：L_管坯＝(D_管材外径²-D_管材内径²)×L_管材÷(D_管坯外径²-D_管坯内径²)+L_余量；采用离心铸造的方法生产管坯，浇注温度为1460-1580℃，铸模转速为500～1000r/min，钢水浇注速度为50～200kg/s；浇注完毕，待管坯温度降至1080℃～1100℃时，降低转速至300～500r/min，继续旋转15-60min后停车；待管坯温度降至850℃时进行脱模；将离心铸造的管坯放入预热温度为850℃的环形炉内，保温1h后，随炉冷却至室温；最后进行车削加工、修磨管坯内外表面和前后两个断面，并倒圆角，r_圆角＝5～12mm；得到制备好的管坯；

第二步、管坯加热

管坯加热采用阶梯式加热方式：首先，将管坯放入预热至870℃的电阻加热炉中，对电阻加热炉保温6h；将管坯在电阻加热炉内继续加热至1050℃，加热过程的时长为0.5h，保温1.5h；将管坯置入功率为1250Kw的感应炉中加热至1130～1180℃，得到加热后的管坯；

第三步、管坯润滑

管坯润滑包括对管坯外表面的润滑、管坯内表面的润滑；所述的管坯外表面和管坯内表面的润滑在铺粉台上完成；具体过程是：