一种耐高温耐腐蚀的高硅奥氏体不锈钢无缝管的制备方法与流程

本技术涉及不锈钢，尤其涉及一种耐高温耐腐蚀的高硅奥氏体不锈钢无缝管的制备方法。

背景技术：

1、高硅奥氏体不锈钢是一种在传统铬镍奥氏体不锈钢基础上通过提高硅含量而发展出的特种耐蚀合金。在高温、高浓度甚至近沸腾浓硫酸工况下腐蚀速率极低，同时基体仍保有奥氏体不锈钢优良的塑性、焊接与加工性能，因此被认为是替代304l、316l等常规奥氏体不锈钢，应用于石油化工、制药管道、发电锅炉等高温浓硫酸苛刻工况的理想材料。

2、然而，高硅奥氏体不锈钢无缝管在实际工业化制备中仍面临显著的技术瓶颈。硅元素的添加在提升耐蚀性的同时，也给力学性能和制备工艺带来不利影响：硅的固溶强化作用虽能一定程度提高强度，但过量硅会促进σ相、χ相及cr2n等脆性相在800～1100℃温度区间沿晶界析出，这些硬脆相不仅割裂基体连续性、降低塑性和冲击韧性，还会造成晶界附近铬、钼元素的贫化，反而劣化耐晶间腐蚀性能，导致材料的力学性能与耐腐蚀性能之间形成此消彼长的矛盾关系。同时，高硅成分使钢的导热系数显著降低（约为碳钢的1/3），热加工过程中内外温差产生的热应力极易导致穿孔开裂。因此，如何协同提高高硅奥氏体不锈钢无缝管的力学性能和高温耐腐蚀性能，是目前急需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种耐高温耐腐蚀的高硅奥氏体不锈钢无缝管的制备方法，以解决如下技术问题：如何协同提高高硅奥氏体不锈钢无缝管的力学性能和高温耐腐蚀性能。

2、本技术实施例提供了一种耐高温耐腐蚀的高硅奥氏体不锈钢无缝管的制备方法，所述方法包括如下步骤：

3、s1、将具有设定化学成分的高硅奥氏体不锈钢圆钢进行剥皮处理，得到剥皮圆钢；以质量分数计，所述设定化学成分为：c≤0.03%，si：5.65～7.65%，mn≤2.0%，p≤0.040%，s≤0.020%，cr：13.0～15.0%，ni：15.0～17.0%，mo：0.75～1.50%，cu：0.3～1.0%，n：0.75～1.50%，al≤0.3%，余量为fe及不可避免的杂质；

4、s2、将所述剥皮圆钢进行热穿孔，得到荒管；

5、s3、将所述荒管依次进行电解酸洗和混合酸酸洗，得到酸洗荒管；

6、s4、将所述酸洗荒管进行内外壁抛光，得到抛光荒管；

7、s5、将所述抛光荒管进行冷加工变形，得到冷加工管材；所述冷加工变形采用冷轧与冷拔相结合的工艺，第一道次采用冷轧，变形量为30～40%，中间道次采用冷轧，变形量为40～50%，最终成品道次采用冷拔，变形量为20～30%；

8、s6、将所述冷加工管材进行双级固溶热处理和分级冷却，得到热处理管材；所述双级固溶热处理为：第一级在830～870℃保温1～2h；第二级以≥400℃/h的升温速率加热至1120～1150℃，保温时间t1满足t1=3s+10，其中s为壁厚，单位为mm，t1的单位为min；

9、s7、将所述热处理管材进行后处理，得到高硅奥氏体不锈钢无缝管成品。

10、可选的，所述热穿孔的加热过程为：

11、将所述剥皮圆钢由室温加热至800℃，并控制升温速率≤120℃/h；

12、由800℃加热至1100℃，并控制升温速率为200～250℃/h；

13、由1100℃继续加热至1210～1230℃进行均热，均热时间t2满足t2=0.01d，其中d为圆钢外径，单位为mm，t2的单位为h。

14、可选的，所述电解酸洗采用h2so4浓度为300～450g/l的酸槽，电流密度为3000～4500a/m2，温度为70～98℃。

15、可选的，所述混合酸酸洗采用硝酸与氢氟酸的混合酸液，所述硝酸的质量浓度为10～15%，所述氢氟酸质量浓度为10～15%；

16、所述混合酸酸洗的温度为25～35℃，酸洗时间为4～8h。

17、可选的，所述内外壁抛光包括粗抛和精抛，所述粗抛的砂轮粒度为60目，所述精抛的砂轮粒度为120目。

18、可选的，所述分级冷却为：

19、当壁厚s≤8mm时，采用水喷淋加强风雾冷，冷却速度≥80℃/min；

20、当壁厚s＞8mm时，采用15～20%聚合物淬火液冷却，冷却速度为20～40℃/min。

21、可选的，所述高硅奥氏体不锈钢圆钢的椭圆度≤直径公差的65%，平直度≤2.5mm/m，总弯曲度≤总长度的0.25%。

22、可选的，所述剥皮圆钢的表面光洁度≤2.5μm。

23、可选的，所述高硅奥氏体不锈钢无缝管成品满足如下性能：抗拉强度≥650mpa，屈服强度≥300mpa，断后延伸率≥50%，在90℃、98% h2so4环境中168h的腐蚀速率≤0.0065g/m2·h。

24、可选的，所述高硅奥氏体不锈钢无缝管的金相组织为单一奥氏体组织，无σ相、χ相及cr2n连续网状析出。

25、本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

26、本技术通过成分设计、热加工制度与热处理工艺的协同，解决了高硅奥氏体不锈钢力学性能与耐腐蚀性能此消彼长的技术矛盾，实现了二者的同步提升。

27、通过成分的多元耦合设计，在获得高耐蚀性的同时奠定强度基础。以高硅（5.65%～7.65%）为核心功能元素，确保在高温浓硫酸环境中形成致密稳定的sio2钝化膜，赋予材料优异的耐蚀本质；同时引入氮（0.75%～1.50%）作为强化元素，通过间隙固溶强化弥补高硅可能引起的强度不足，辅以镍（15.0%～17.0%）稳定奥氏体组织，保证基体具有良好的塑性基础。硅、氮、镍的协同配置使材料在成分层面即具备了高耐蚀性+高强度+高塑性的潜力。

28、通过双级固溶热处理的精准调控，破解有害相析出对力学与耐蚀的双重损害。高硅、高铬、高钼成分体系在800～1100℃区间极易析出σ相、χ相及cr2n，这些脆性相沿晶界连续析出会同时产生两种危害：一是硬脆相割裂基体导致塑韧性急剧下降，二是晶界附近铬、钼元素贫化导致耐晶间腐蚀性能劣化。本技术采用的双级固溶热处理，第一级830～870℃预析出使有害相以细小弥散形态可控析出，第二级1120～1150℃高温快速回溶使析出相充分溶入奥氏体基体，确保了最终成品获得单一奥氏体组织且无σ相、χ相、cr2n连续网状析出。这一组织状态同时保障了：一方面基体无脆性相割裂，断后延伸率可达50%以上；另一方面合金元素均匀固溶无贫化区，耐蚀性能在全基体范围内保持均一。

29、通过全流程制备工艺的协同保障，确保成分设计与热处理效果在工程尺度上得以实现。 热穿孔阶段的三段式加热制度（800℃以下慢速升温防开裂、800～1100℃快速升温避析出、1100℃以上充分均热保组织）确保热加工过程不引入有害相和热裂纹；冷轧+冷拔组合变形工艺控制各道次变形量梯度递减，避免过大残余应力损害成品管材的高温尺寸稳定性；两步酸洗解决高硅氧化皮清除难题，为后续冷加工和热处理提供洁净表面。上述各环节环环相扣，共同确保了最终成品既能充分发挥高硅的耐蚀优势，又能保持奥氏体不锈钢优良的力学性能。

30、综上，本技术通过成分设计赋予潜力—热处理释放潜力—全流程工艺保障潜力实现的递进式协同策略，使高硅奥氏体不锈钢无缝管成品兼具抗拉强度≥650mpa、屈服强度≥300mpa、断后延伸率≥50%的优异力学性能，以及在90℃、98%h2so4环境中168h腐蚀速率≤0.0065g/m2·h的卓越耐腐蚀性能。