不锈钢光亮退火马弗国产修复影响因素研究

摘 要：不锈钢光亮退火线使用的马弗在高的工作温度、恶劣的使用条件下，易产生多种缺陷，影响生产使用。由于马弗原材料为Inconel alloy601，如果修复的时候采用进口原材料，不仅修复时间长，而且价格昂贵。国内某特钢公司已经生产出替代Inconel alloy601的材料，国产同类型材料替代进口材料进行马弗修复可能出现不能满足使用要求的风险，因此对国产材料必须评估后使用。该文探索马弗修复材料方面所涉及的影响风险因素，以确保国产材料修复马弗质量达到进口材料修复的水平，为进一步国产化马弗打下基础。

关键词：不锈钢 光亮马弗 国产修复 影响因素

中图分类号：TG155 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0073-01

近十年来，随着我国不锈钢消费市场发展，对不锈钢品质要求越来越高。同时随着环保的要求，绿色制造形成一种主流。不锈钢光亮退火炉就是一种新的绿色无污染生产宽幅不锈钢设备，国内各不锈钢生产企业纷纷投资建设不锈钢光亮退火线。马弗管式光亮处理炉作为生产光亮板带的关键技术装备，在高的工作温度、恶劣的使用条件下由于高温蠕变会引起多种缺陷，叶乃威，杨安，孙朝阳在不锈钢带钢光亮退火马弗炉缺陷分析及修复中已经描述了马弗的结构特征和多种马弗缺陷。由于缺陷的产生使得马弗管使用寿命短，其设计寿命仅为三年，同时由于马弗直径大，采购Inconel alloy601国外马弗材料价格高，交货周期长。目前，国内已经研制出可替代进口Inconel alloy601的产品。如果采用国产材料修复马弗，对于各大不锈钢企业来说有着长远的经济意义。为了确保马弗修复的质量，该文将对材料考察重点因素进行探讨。

1 材料成分

金属材料性能和质量主要决定于化学成分。Inconel alloy601被选择用于高温马弗管制作，主要由于该合金高温力学性能优良，同时其为Ni-Cr系面心立方的奥氏体固溶强化镍基合金，高的铬含量有利于腐蚀和高温环境，铝的加入提高了它的强度和抗氧化特性，并具有优异的高温抗氧化性。根据该合金的ASTM标准中对金属材料规定了必须保证的化学成分。因此，作为国产材料考量的时候，必须对材料的化学成分进行分析，甚至作为主要的质量指标。对于国产材料成分分析按照GB/T223-2000钢铁及合金化学分析方法，包括Ni、Cr、Si、C、Mn、P、S、Al、Co、Cu、O、N、Fe。然后对比进口材料标准，重要的Ni含量必须保证58～63，Cr含量必须保证21～25，其微量元素也是必须在标准之内，作为国产材料的控制以严于标准控制更可靠。化学成分可以通过化学的、物理的多种方法来分析鉴定，目前应用最广的是化学分析法和光谱分析法。

2 晶粒度

由于晶粒的大小对金属的拉伸强度、韧性、塑性等机械性质有决定性的影响，通常金相分析对金属性能测试是重要手段之一。进口的601材料晶粒度已经有标准图片，因此对国产材料601合金的晶粒度评定采用比较法，在光学显微镜仪器拍摄合金的内部组织图片，通过与标准图片对比进行评定。通过比对结果判定材料的物理性能、工艺性能及机械性能，在室温及高温下的机械性质。同时作为改善材料加工工序的途径之一，从晶粒度的大或小从浇铸工艺、冷热加工和退火温度等生产工艺方面改善。检测晶粒度分析标准可参考：GB 6359-2061金属的平均晶粒度评级，ASTM E112黑白相面积及晶粒度评级，ASTM E112-1996金属平均晶粒度测定方法。

3 常温机械性能

尽管马弗实际工作在高温环境，常规机械性能作为材料性能的测试必不可少。对于国产材料常规机械性能可按照GB/T 2975-1998检测抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、断后伸长率A50%、硬度HB。参考值：抗拉强度必须大于550 MPa，屈服强度必须大于205 MPa，断后伸长率大于30%，固溶处理硬度小于220。

4 蠕变性能

蠕变是指固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。由于实际马弗管在1150 ℃使用温度下长期运行，高温蠕变是其最主要的性能指标。马弗管在长时间高温烧嘴燃烧工作，而且自重达到20 t，尽管最重部分受到应力只有1.46 MPa，但是高温蠕变下，材料的承受应力将随着工作温度的升高而降低。在进行马弗国产材料修复的时候，要对国产材料展开高温下蠕变实验研究，蠕变试样尺寸规格和制作严格按照HB5151-96标准执行，高温蠕变试验选取3个温度点，分别是1095 ℃，980 ℃，870 ℃。以国产材料蠕变速率—应力关系图，并与国外IInconel alloy601的蠕变速率——应力曲线进行对比和评价。

5 高温持久性能

马弗管在长时间高温、自重因素作用下工作，高温持久强度也是一个评定指标。通过高温持久性能试验可获得指定温度和持续时间内引起断裂的最大应力值。与高温蠕变性能测试实验一样，选取1095 ℃，980 ℃，870 ℃测试温度点，将试样安装在持久实验机上，加热，等温度升高至要求温度，加载，保持温度和载荷不变，让试样持续拉伸，直至断裂，记录所加载荷和断裂时间。把实验结果与国外材料进行对比，分析国产材料的持久强度，评估使用性能，高温蠕变和持久性能研究可参照GB/T 2039-1997。

6 焊接评定性能

马弗本身为多段筒体焊接件，修复焊接性能的评定作为国产材料应用的重要指标。按照GB50236-98焊接工艺评定标准评定，焊接性能评定主要涉及国产材料与进口材料之间、国产材料与国产材料之间、新材料与使用过的材料之间，进口材料与进口材料之间四种焊接。通过对焊接接头宏观组织形貌、微观组织特征、硬度分布特征、常温力学性能、高温力学性能的研究，与进口材料数据的对比，用以确定国产材料可用性以及指定合理的焊接工艺参数。

7 结语

国产材料替代进口材料对重要设备的修复必须做好风险评估，只要对材料特性关键指标进行分析、对比、改进，使国产材料达到进口材料的相同性能，则实现国产化修复的风险就会降低，本文从马弗修复国产化材料需评估因素进行分析，为实践提供依据，为进一步研究提供基础。

参考文献

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