不銹鋼光亮退火馬弗國產(chǎn)修復影響因素研究

摘 要：不銹鋼光亮退火線使用的馬弗在高的工作溫度、惡劣的使用條件下，易產(chǎn)生多種缺陷，影響生產(chǎn)使用。由于馬弗原材料為Inconel alloy601，如果修復的時候采用進口原材料，不僅修復時間長，而且價格昂貴。國內(nèi)某特鋼公司已經(jīng)生產(chǎn)出替代Inconel alloy601的材料，國產(chǎn)同類型材料替代進口材料進行馬弗修復可能出現(xiàn)不能滿足使用要求的風險，因此對國產(chǎn)材料必須評估后使用。該文探索馬弗修復材料方面所涉及的影響風險因素，以確保國產(chǎn)材料修復馬弗質(zhì)量達到進口材料修復的水平，為進一步國產(chǎn)化馬弗打下基礎。

關鍵詞：不銹鋼 光亮馬弗 國產(chǎn)修復 影響因素

中圖分類號：TG155 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0073-01

近十年來，隨著我國不銹鋼消費市場發(fā)展，對不銹鋼品質(zhì)要求越來越高。同時隨著環(huán)保的要求，綠色制造形成一種主流。不銹鋼光亮退火爐就是一種新的綠色無污染生產(chǎn)寬幅不銹鋼設備，國內(nèi)各不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)紛紛投資建設不銹鋼光亮退火線。馬弗管式光亮處理爐作為生產(chǎn)光亮板帶的關鍵技術裝備，在高的工作溫度、惡劣的使用條件下由于高溫蠕變會引起多種缺陷，葉乃威，楊安，孫朝陽在不銹鋼帶鋼光亮退火馬弗爐缺陷分析及修復中已經(jīng)描述了馬弗的結(jié)構(gòu)特征和多種馬弗缺陷。由于缺陷的產(chǎn)生使得馬弗管使用壽命短，其設計壽命僅為三年，同時由于馬弗直徑大，采購Inconel alloy601國外馬弗材料價格高，交貨周期長。目前，國內(nèi)已經(jīng)研制出可替代進口Inconel alloy601的產(chǎn)品。如果采用國產(chǎn)材料修復馬弗，對于各大不銹鋼企業(yè)來說有著長遠的經(jīng)濟意義。為了確保馬弗修復的質(zhì)量，該文將對材料考察重點因素進行探討。

1 材料成分

金屬材料性能和質(zhì)量主要決定于化學成分。Inconel alloy601被選擇用于高溫馬弗管制作，主要由于該合金高溫力學性能優(yōu)良，同時其為Ni-Cr系面心立方的奧氏體固溶強化鎳基合金，高的鉻含量有利于腐蝕和高溫環(huán)境，鋁的加入提高了它的強度和抗氧化特性，并具有優(yōu)異的高溫抗氧化性。根據(jù)該合金的ASTM標準中對金屬材料規(guī)定了必須保證的化學成分。因此，作為國產(chǎn)材料考量的時候，必須對材料的化學成分進行分析，甚至作為主要的質(zhì)量指標。對于國產(chǎn)材料成分分析按照GB/T223-2000鋼鐵及合金化學分析方法，包括Ni、Cr、Si、C、Mn、P、S、Al、Co、Cu、O、N、Fe。然后對比進口材料標準，重要的Ni含量必須保證58～63，Cr含量必須保證21～25，其微量元素也是必須在標準之內(nèi)，作為國產(chǎn)材料的控制以嚴于標準控制更可靠。化學成分可以通過化學的、物理的多種方法來分析鑒定，目前應用最廣的是化學分析法和光譜分析法。

2 晶粒度

由于晶粒的大小對金屬的拉伸強度、韌性、塑性等機械性質(zhì)有決定性的影響，通常金相分析對金屬性能測試是重要手段之一。進口的601材料晶粒度已經(jīng)有標準圖片，因此對國產(chǎn)材料601合金的晶粒度評定采用比較法，在光學顯微鏡儀器拍攝合金的內(nèi)部組織圖片，通過與標準圖片對比進行評定。通過比對結(jié)果判定材料的物理性能、工藝性能及機械性能，在室溫及高溫下的機械性質(zhì)。同時作為改善材料加工工序的途徑之一，從晶粒度的大或小從澆鑄工藝、冷熱加工和退火溫度等生產(chǎn)工藝方面改善。檢測晶粒度分析標準可參考：GB 6359-2061金屬的平均晶粒度評級，ASTM E112黑白相面積及晶粒度評級，ASTM E112-1996金屬平均晶粒度測定方法。

3 常溫機械性能

盡管馬弗實際工作在高溫環(huán)境，常規(guī)機械性能作為材料性能的測試必不可少。對于國產(chǎn)材料常規(guī)機械性能可按照GB/T 2975-1998檢測抗拉強度Rm、屈服強度Rp0.2、斷后伸長率A50%、硬度HB。參考值：抗拉強度必須大于550 MPa，屈服強度必須大于205 MPa，斷后伸長率大于30%，固溶處理硬度小于220。

4 蠕變性能

蠕變是指固體材料在保持應力不變的條件下，應變隨時間延長而增加的現(xiàn)象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應力的作用時間相當長，它在應力小于彈性極限時也能出現(xiàn)。由于實際馬弗管在1150 ℃使用溫度下長期運行，高溫蠕變是其最主要的性能指標。馬弗管在長時間高溫燒嘴燃燒工作，而且自重達到20 t，盡管最重部分受到應力只有1.46 MPa，但是高溫蠕變下，材料的承受應力將隨著工作溫度的升高而降低。在進行馬弗國產(chǎn)材料修復的時候，要對國產(chǎn)材料展開高溫下蠕變實驗研究，蠕變試樣尺寸規(guī)格和制作嚴格按照HB5151-96標準執(zhí)行，高溫蠕變試驗選取3個溫度點，分別是1095 ℃，980 ℃，870 ℃。以國產(chǎn)材料蠕變速率—應力關系圖，并與國外IInconel alloy601的蠕變速率——應力曲線進行對比和評價。

5 高溫持久性能

馬弗管在長時間高溫、自重因素作用下工作，高溫持久強度也是一個評定指標。通過高溫持久性能試驗可獲得指定溫度和持續(xù)時間內(nèi)引起斷裂的最大應力值。與高溫蠕變性能測試實驗一樣，選取1095 ℃，980 ℃，870 ℃測試溫度點，將試樣安裝在持久實驗機上，加熱，等溫度升高至要求溫度，加載，保持溫度和載荷不變，讓試樣持續(xù)拉伸，直至斷裂，記錄所加載荷和斷裂時間。把實驗結(jié)果與國外材料進行對比，分析國產(chǎn)材料的持久強度，評估使用性能，高溫蠕變和持久性能研究可參照GB/T 2039-1997。

6 焊接評定性能

馬弗本身為多段筒體焊接件，修復焊接性能的評定作為國產(chǎn)材料應用的重要指標。按照GB50236-98焊接工藝評定標準評定，焊接性能評定主要涉及國產(chǎn)材料與進口材料之間、國產(chǎn)材料與國產(chǎn)材料之間、新材料與使用過的材料之間，進口材料與進口材料之間四種焊接。通過對焊接接頭宏觀組織形貌、微觀組織特征、硬度分布特征、常溫力學性能、高溫力學性能的研究，與進口材料數(shù)據(jù)的對比，用以確定國產(chǎn)材料可用性以及指定合理的焊接工藝參數(shù)。

7 結(jié)語

國產(chǎn)材料替代進口材料對重要設備的修復必須做好風險評估，只要對材料特性關鍵指標進行分析、對比、改進，使國產(chǎn)材料達到進口材料的相同性能，則實現(xiàn)國產(chǎn)化修復的風險就會降低，本文從馬弗修復國產(chǎn)化材料需評估因素進行分析，為實踐提供依據(jù)，為進一步研究提供基礎。

參考文獻

[1] 葉乃威，楊安，孫朝陽.不銹鋼帶鋼光亮退火馬弗爐缺陷分析及修復[J].冶金設備，2010（1）：40-45.

[2] 楊悅民，徐振高.INCONEL 601合金熱加工性能的研究[J].鋼鐵研究學報，2002，14（5）：62-66.

[3] 王從曾.材料性能學[M].北京：北京工業(yè)大學出版社，2007：124-133.

[4] 王一德，任建新，王立新.不銹鋼光亮（BA）板的開發(fā)與發(fā)展[J].鋼鐵， 2002，37（1）：39-42.endprint