大口径、厚壁UNS N08825无缝钢管在渣油加氢装置中的研制开发与应用

刘继国（中海油惠州石化有限公司，广东惠州516000）

大口径、厚壁UNS N08825无缝钢管在渣油加氢装置中的研制开发与应用

刘继国（中海油惠州石化有限公司，广东惠州516000）

采用成熟的热穿孔工艺制备热穿孔毛坯管，经过多个到次的冷拔/扩变形，研制出×30mm×6000mm的大口径、厚壁825合金无缝钢管。结果表明：825合金合金厚壁管材平均晶粒度5级左右，具有较好的力学和抗晶间腐蚀性能。室温拉伸试验满足ASME B423要求，即屈服强度高于241MPa，抗拉强度高于586MPa，延伸率高于30%。500℃的高温拉伸屈服强度也能高于174MPa。ASTM 262E法,试样经敏化处理后，进行晶间腐蚀试验，无晶间腐蚀倾向。825合金大口径厚壁无缝钢管的化学成分、组织及性能满足ASTM B423等标准要求，实现国产825管道全面替代进口用于渣油加氢装置，为炼油行业创造巨大的经济效益和良好的社会效益

825合金；无缝钢管；大口径厚壁管

UNS N08825（以下简称825合金）是一种奥氏体型Ni-Fe-Cr-Mo-Cu耐蚀合金。该合金中由于含有较高的镍、铬含量，同时含有一定量的钼、铜元素和稳定化元素钛，从而具有良好的抗点蚀、缝隙腐蚀和抗氯离子应力腐蚀开裂能力，可以在多种腐蚀性环境（还原性和氧化性介质）下使用。

相关文献资料表明，825合金以管材形式广泛地用于化学工业（如热交换器、高压空冷器）、油气开采业（油井管）等。825合金在高温高压H2S/CO2腐蚀介质中，经过了720 h的应力腐蚀，不会产生开裂现象，具有较高的耐SSCC性能。

近年来随着我国冶金装备的提高以及冶炼技术的发展，许多特殊钢企业在镍基耐蚀合金的制造、加工能力上达到了一定水平；真空感应炉、电渣重熔炉、钢挤压/穿孔机、大变形高速冷轧管机、拉拔机等设备齐全，具备了825合金管道国产化的条件。

惠州炼化二期项目渣油加氢装置用N08825镍基合金管使用于临氢高压管道，属于进口国产化物资，国内同类装置之前均使用进口材料，到目前为止，国内同类产品的业绩以中小口径为主，除了在加氢裂化等有成熟业绩外，尚无与惠炼二期所需要的N08825镍基合金管同等口径、壁厚的成熟应用业绩，因此，大口径、厚壁UNS N08825合金无缝钢管的国产化势在必行。国产化将解决进口价格高，产品制造周期长等问题。

1 825合金的组织特性

825合金中主要的平衡相有γ相、Ti（NC）化合物、σ相、M23C6碳化物。当熔融态金属温度下降到约1289℃时，从奥氏体中首先析出Ti（NC）碳化物。当温度下降到约993℃时，从基体中开始析出M23C6碳化物，温度降低到约869℃时，从奥氏体中开始析出σ相。温度继续下降到518℃左右，析出体心立方结构的α-Cr相。此外，在500-900℃之间，主要的析出相是σ相，其最高析出含量大约为18%。Ti（NC）型碳化物、M23C6碳化物的析出含量相对来说要少得多，大约只有0.2%左右。同时，Pan等人在700℃下对825合金时效100h后，发现沿晶界产生颗粒状析出相，并采用EDX和AEM技术对晶界析出相的组成进行了分析，结果发现在该条件下敏化后产生的析出相主是富Cr的M23C6碳化物。综合文献资料可以看出，M23C6碳化物的析出温度在750~ 800℃之间，晶界上M23C6碳化物及贫Cr区的出现，会大大降低合金的抗晶间腐蚀能力。

在实际的生产过程中，一旦产生了M23C6碳化物，就必须采用合理的热处理制度将此相溶解，确保合金具有良好的抗晶间腐蚀能力。资料表明，825合金在经950℃、980℃固溶20min后，碳化物基本上全部回溶到基体中。由此可见，M23C6碳化物的完全溶解温度大约在950~980℃左右。

综上可知，掌握825合金析出相的析出以及溶解规律，能够在实际生产过程中，通过制定合理的热加工和热处理工艺，控制相的析出秩序获得良好的组织，进而提高825合金的使用性能。在本次大口径、厚壁825合金无缝钢管的研制过程中，考虑到管材壁厚高达300mm，为了充分消除管材的M23C6碳化物，特制定以下热处理制度：在稳定化热处理设备上，950℃，保温50分钟。

2 大口径、厚壁825合金无缝钢管的研制开发

2.1 无缝钢管成形工艺

大口径、厚壁825合金无缝钢管的整个开发制造流程可以简化为：钢锭冶炼→锻造开坯→管坯加工→热穿孔成形→冷拔/扩成形→固溶处理→酸洗→检验→成品。

钢坯由国内某特钢公司提供，采用电弧炉+LF炉+VOD炉+电渣炉冶炼冶炼。管坯各类夹杂物含量为0.5-1.0级，符合技术条件要求。文献资料表明，825合金应在其断面收缩率的峰值区间（1100~1250℃）进行热变形，此时合金具有较佳的热加工性能，一旦变形温度超过1250℃，此时很容易出现热加工缺陷。

因此，在进行热穿孔过程中，控制好热穿孔过程中的温度，避免了穿孔生产荒管内、外表面容易产生开裂、折叠等质量缺陷，为后续冷加工工艺提供了优质的荒管，并为最终的成品管材提供了可靠的质量保证。考虑到大口径厚壁管冷加工难度较大，所以在研制阶段采用多道次冷拔扩孔，最后采用苏式拉拔减小外径，达到成型目的，最终得到f406mm×30mm的成品钢管，长度可达6m以上。

2.2 无缝钢管理化性能

根据ASTM B423《镍-铁-铬-钼-铜合金（UNS N08825和UNS N08221）无缝公称管和管子》，SEI《中国石油化工股份有限公司渣油加氢装置美标钢管采购规格书》等标准，从成品钢管上分别取样进行包括化学成分、金相、室温和高温拉伸试验、晶间腐蚀性能评价试验及压扁试验和无损检测，以评价钢管的使用性能及工艺性能。

（1）化学成分及组织

从成品钢管上按批取样，根据ASTM E1473-2009标准进行化学成分分析。从测试结果可以看出成品钢管和钢坯的成分含量十分接近，且均符合国家标准值。同时也说明管子在制造过程中，成分未见明显波动。

（2）力学性能

室温拉伸试验按照ASTM E8M-15a的规定，拉伸试样采用圆棒试样。室温拉伸试验结果表明，钢管的屈服强度为285MPa，抗拉强度为645MPa，延伸率为49.5%。同时，按照ASTM E21-2009的规定，进行高温拉伸试验，试验温度为500℃。高温拉伸结果表明，在500℃温度下，钢管屈服强度仍然高达200MPa左右。为了得出825合金无缝钢管高温拉伸性能的规律，使用此项目中生产的成品825无缝钢管进行100-900℃的系列高温拉伸试验。825合金无缝管在500℃及以上的温度下，仍然有较高的屈服强度以及延伸率，这对作为临氢高压管道来说是个极有利的保障。

（3）晶间腐蚀性能

为了检验钢管的抗晶间腐蚀性能，按照ASTM A262 E法进行腐蚀试验，试验时间为24h，结果表明，晶间腐蚀弯曲后正反面均无裂纹。

此外，对成品钢管取样进行压扁试验。压扁试验按照ASTM A530标准执行。单位变形系数：0.09，压扁试验后均无裂缝或裂口、试样没有出现可见的分层等缺陷，满足工艺要求。

2.3 无缝管无损检测

（1）超声检测

根据ASTM E213标准进行超声波探伤，探伤灵敏度：1.5mm，扫描灵敏度：6dB，扫描速度：5m/min，结果超声波检测合格，符合技术要求。

（2）渗透检测

根据JB/T4730.5-2005 I级标准对成品管材进行渗透检测，显像后检查管子表面无有缺陷。

（3）水压试验

根据ASTM A530标准对成品管材进行水压试验，试验压力22PMa稳压时间10秒后，管材无缺陷。

综上可知，久立采用热穿孔和冷拔/轧工艺试制的规格为f406mm×30mm的大口径厚壁825无缝钢管，其各项指标均能满足ASTM B423《镍-铁-铬-钼-铜合金无缝公称管和管子》，SEI《中国石油化工股份有限公司渣油加氢装置美标钢管采购规格书》标准要求，完全可以替代进口产品。同时，还可以根据客户需求，生产其它规格产品的能力。

3 结语

久立特材科技股份有限公司采用热穿孔压和冷拔/轧工艺成功开发了规格为f406mm×30mm的大口径厚壁825无缝钢管，并形成了工程批量化生产能力。此外，还可以根据客户需求生产其它规格产品。对成品钢管进行了理化检验、力学性能试验、晶间腐蚀性能试验、无损检测等。结果表明，采用本工艺生产的大口径厚壁825无缝钢管无缝钢管满足ASTM B423，SEI《中国石油化工股份有限公司渣油加氢装置美标钢管采购规格书》标准要求等相关标准要求，实现国产825管道全面替代进口用于渣油加氢装置，为炼油行业创造巨大的经济效益和良好的社会效益。不仅可以大幅度降低项目投资成本，又可以大幅缩短建设周期，也为今后设备装置运行过程中的保供有着更有力的条件。

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[3]王宝顺，邵羽，苏诚.825合金热挤压管裂纹研究[J].热加工工艺，2013,15：4-5.