Ống liền mạch bằng thép không gỉ siêu song UNS S32750 Nghiên cứu về quá trình ép đùn

Giới thiệu

Vì cơ sở hạ tầng năng lượng và hóa dầu thế hệ tiếp theo đòi hỏi các đường ống dịch vụ có tính ăn mòn cao, thép không gỉ siêu song thu hút được sử dụng rộng rãi nhờ sự kết hợp sức mạnh cân bằng độc đáo của chúng, độ dẻo dai và sự ăn mòn sức đề kháng vượt trội so với hợp kim truyền thống. Trong họ các vật liệu ferrit austenit Fe-Cr-Ni-Mo này, UNS S32750 thường xuyên được chỉ định do khả năng chống ăn mòn rỗ/kẽ hở tăng cao thông qua việc bổ sung Mo và W phù hợp. Tuy nhiên, trong khi có rất nhiều ứng dụng, việc chế tạo nó thành các ống liền mạch đòi hỏi sự hiểu biết thấu đáo và xử lý tối ưu. Báo cáo này nhằm mục đích kiểm tra kỹ thuật ép đùn được áp dụng trong ống liền mạch siêu song công S32750 thông qua việc đánh giá tính luyện kim và hoạt động của hợp kim trong các giai đoạn khác nhau bao gồm gia nhiệt trước, đùn không chứa container, và xử lý hậu kỳ.

Cấu trúc vi mô và tính chất

Các pha cấu trúc vi mô chính chi phối hiệu suất của S32750 bao gồm sự cân bằng gần như bằng nhau của austenite γ-Fe có khả năng chống ăn mòn cao(Ni,CR) và ferrite α-Fe mang lại tác dụng hiệp đồng. Các nguyên tố hợp kim chính thúc đẩy cấu trúc song công này thông qua:

• cơ rôm (24-26%) ổn định cả ferrite và austenite đồng thời mang lại khả năng chống ăn mòn
• Cr-Mo (3.5-4.5%) và vonfram (1.5-2.5%) tăng cường khả năng chống ăn mòn cục bộ như rỗ
• kền (5-7%) làm tăng phần austenite, sau đó tạo ra khả năng kéo dài

Cùng với nhau điều này mang lại một cấu trúc vi mô của 40-60% các đảo austenite phân tán trong ma trận ferritic có khả năng chịu đựng và chống chịu hư hại tối ưu. S32750 thường thể hiện độ bền kéo vượt quá 90 ksi với 20% độ giãn dài tối thiểu và độ dẻo dai tuyệt vời ở nhiệt độ đông lạnh.

Sản xuất phôi

Sản xuất nguyên liệu S32750 cần thiết (phôi thép) để ép đùn bắt đầu bằng các thành phần nguyên tố thô nguyên chất được nấu chảy dưới khí argon trơ bằng lò cảm ứng chân không. Điều chỉnh cẩn thận đảm bảo các thành phần theo thông số kỹ thuật của ASTM đồng thời giảm thiểu các yếu tố xen kẽ không mong muốn như lưu huỳnh, phốt pho và nitơ liên kết với các giai đoạn thứ cấp có hại. Máy đúc liên tục nhanh chóng đông cứng kim loại nóng chảy thành các phôi hình chữ nhật cần được xử lý thêm để nhận ra đầy đủ các đặc tính.

Làm nóng sơ bộ

Mục tiêu chính trước khi ép đùn liên quan đến việc đồng nhất các phôi để tinh chỉnh cấu trúc hạt và hòa tan các tạp chất cacbua/nitrit có thể làm suy yếu hiệu suất của đường ống. Vì cơ chế kết tủa tăng cường hợp kim dựa vào quá trình sàng lọc pha thứ cấp này nên quá trình gia nhiệt sơ bộ gồm nhiều bước thường được áp dụng.:

• Ngâm ban đầu giữ phôi ở nhiệt độ 900-1020°C cho phép hòa tan chậm các tạp chất và tái kết tủa dưới dạng phân tán mịn hơn
• Làm mát chậm 1-2 ngày giữ lại kết tủa trước khi ủ cuối cùng trong phạm vi song công (850-950° C) để đảm bảo các dạng cân bằng cấu trúc vi mô đầy đủ khi làm mát không khí chậm

Kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt bảo vệ sự cân bằng luyện kim trong các giai đoạn gia nhiệt/ngâm này, có thể kéo dài tổng cộng lên đến một tuần.

Đùn không chứa container

Ép đùn trực tiếp không có thùng chứa biểu thị quá trình phôi thép được nén thông qua khuôn thép hình nón không có bất kỳ thùng chứa nào xung quanh. Điều này mang lại lợi thế vận hành so với phương pháp ép đùn dựa trên thùng chứa truyền thống để sản xuất ống S32750. Các khía cạnh chính:

• Các phôi được làm nóng trước ở nhiệt độ 1050-1150°C đi vào đầu khuôn nhờ một guốc cách điện và được đẩy bằng một thanh truyền động thủy lực
• Hình học hình nón được định hướng ở một nửa góc 8-15° tạo ra ứng suất nén đồng đều, buộc kim loại chảy trơn tru thông qua tỷ lệ giảm 3-10x
• Các 'khúc gỗ' được ép đùn hình dạng gần như lưới thoát ra khỏi khuôn duy trì 95% độ chính xác về chiều không có vết rách/vết nứt
• Năng suất xử lý đạt 30m/phút với khả năng tạo flash tối thiểu và tỷ lệ lỗi dưới 1ppm
• Các khúc gỗ ngay lập tức được làm nguội trong nước để khóa vi cấu trúc song công sau đó được làm thẳng

Đùn không cần container thúc đẩy quá trình tiền xử lý phôi, ứng suất được kiểm soát và thiết kế khuôn được tối ưu hóa để cung cấp ống S32750 chất lượng cao mà không có nguy cơ hư hỏng thùng chứa.

Xử lý hậu kỳ

Xử lý nhiệt và tạo hình thêm để điều chỉnh cấu trúc vi mô và tính chất:

• Phay/tiện loại bỏ các khuyết điểm trên bề mặt và đạt được dung sai độ tròn/độ dày thành ống
• Giải pháp ủ được tổ chức 1 giờ trong khoảng 1000-1100°C giải quyết lại mọi lớp đã được làm cứng trước khi làm nguội nhanh
• Lượng mưa cứng lại liên quan đến lão hóa 2-6 giờ trong khoảng 600-750°C để tạo mầm phân bố mong muốn nhằm tăng cường các hạt có kích thước nanomet như cacbua
• Thử nghiệm không phá hủy đánh giá độ bền và chứng nhận các đặc tính cơ học đáp ứng các mã ứng dụng
• Lớp phủ/lớp phủ tùy chọn được áp dụng trước khi vận chuyển để bảo vệ chống ăn mòn trong quá trình sử dụng trong tương lai

Sau khi xử lý sau, ống liền mạch S32750 thể hiện cấu hình độ bền cực cao mục tiêu được ưu đãi thông qua các tuyến xử lý tinh tế như ép đùn không chứa thùng kết hợp với xử lý nhiệt chính xác.

Phần kết luận

đáp ứng các yêu cầu khắt khe ở nước ngoài, thị trường dầu khí và hóa chất đòi hỏi kỹ thuật chế tạo được tối ưu hóa. Báo cáo này trình bày chi tiết về quy trình ép đùn không thùng chứa nhiều giai đoạn được áp dụng để sản xuất ống liền mạch chất lượng cao từ hợp kim không gỉ siêu song công UNS S32750. Bằng cách tiền xử lý phôi, tận dụng các ứng suất biến dạng được kiểm soát và tinh chỉnh các cấu trúc vi mô, ống liền mạch đạt được các đặc tính cân bằng độc đáo từ ma trận song công của hợp kim này khiến nó không thể thiếu đối với các đường ống có tuổi thọ cao vận chuyển chất lỏng ăn mòn. Sự tiến bộ liên tục nuôi dưỡng khả năng đùn đảm bảo cơ sở hạ tầng bền vững trong tương lai.