[发明专利]奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺及其装置，尤指火力发电用超临界和超超临界压力锅炉过热器、再热器等高温段奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁抗高温蒸汽氧化腐蚀的喷丸强化工艺及其装置。

背景技术

我国火电发电已经进入超临界和超超临界压力的发展时代，电站锅炉的蒸汽出口压力已达28MPa，蒸汽出口温度高达605℃，在如此高的参数下，锅炉受热面管系高温段通常使用18Cr-8Ni型的TP304H、TP321H、TP347H等奥氏体不锈耐热钢管的内壁面临着高温蒸汽氧化腐蚀的威胁。

为了防止18Cr-8Ni奥氏体不锈耐热钢管内壁的高温蒸汽氧化腐蚀，现时，本发明人发明的“奥氏体不锈耐热无缝喷丸钢管”使超临界和超超临界锅炉受热面管系设计选用18Cr-8Ni奥氏体不锈耐热“喷丸钢管”成为可能，这种“喷丸钢管”是在钢管内壁实施喷丸强化加工，使其内壁表层获得组织和应力强化，用以提高18Cr-8Ni奥氏体不锈耐热钢管抗高温蒸汽氧化的性能。

为了使钢管内壁喷丸强化达到预期效果，需要有特定的喷丸强化工艺以及为实现喷丸强化工艺和适应工业化生产为目的的喷丸装置。但是，国内仍没有任何加工工艺或是适当的装置能够对奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁进行强化加工。为了实现钢管内壁喷丸强化加工，可借鉴的技术是用于清除金属表面氧化皮污垢或涂装前的表面预处理的喷丸工艺和设备，但是，利用该方法既不能在钢管内壁表层形成硬化层，也不能达到预期的抗高温蒸汽氧化腐蚀的效果，具体而言，其存在如下缺陷：

1.气源压力低，P≤0.8MPa，没有足够的气源能量射击钢管内壁生成硬化层；

2.喷嘴是散射结构，不能集聚足够气流能量射击钢管内壁；

3.喷杆为压力软管，既不能保证喷嘴对中360°均匀散射，也不能保证喷嘴沿长度方向匀速、可调行进；

4.如要实现工艺自动化需配置复杂喷枪对中旋转机构，并且长度只限于2M以内；

5.依该工艺及其装置作业时，操作工与喷丸工作室同处一室，且开放式回收钢丸具结构性缺陷，从而，不仅钢丸不能全数回收循环使用，而且钢丸及其粉尘给操作工的健康会带来极大伤害。

由此可见，将金属材料表面清理的喷丸工艺及其设备用于钢管内壁强化，不能形成达到主要技术指标的抗高温蒸汽氧化腐蚀的硬化层。

发明内容

本发明是在金属材料表面清理喷丸技术基础上自主创新的技术研发成功的，因为金属材料表面清理喷丸技术存在着前述先天性的设计缺陷，既不能达到喷丸钢管的技术要求，也不能出现硬化层，故而无法运用在无缝钢管内壁喷丸强化工艺上；本发明人乃针对无缝钢管内壁喷丸强化工艺所需的条件进行研究，经过大量的喷丸实证试验，发展出了本发明的适应工业化生产的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺及其装置。

本发明的主要目的为提供一种奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺及其装置，旨在通过此工艺及其装置，使钢管内壁硬化层的层深不小于75μm，在离钢管内表面60μm硬化层的硬度不小于280HV或与基体相比较硬度差不小于100HV，以提高上述钢管内壁抗高温蒸汽氧化腐蚀的性能。

为达到上述目的，本发明的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺是钢丸以高压空气为载体形成丸气混合流，经喷枪增速雾化对钢管内壁射击，以使钢管内壁表层达到组织和应力强化的目的；其中该钢丸是材料为18Cr-8Ni，直径为0.3mm≤D≤0.6mm的球钢丸，其硬度≥45HRc，喷枪的喷丸压力P≥1.0MPa。

前述的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化工艺，其喷丸系统对钢管内壁进行喷丸强化时的喷枪加工移动速度v≤0.75M/min。

本发明的奥氏体不锈耐热无缝钢管内壁喷丸强化装置包括一移动式喷丸机、与移动式喷丸机连接的喷枪、两个钢丸回收仓、一设于两钢丸回收仓之间的工位座、一位于钢丸回收仓下方的输送带、一与输送带末端相连的钢丸提升机、一与钢丸提升机连接的筛选器。

工件是架设在两钢丸回收仓之间的工位座上，钢丸由两钢丸回收仓引入输送带，经提升机及筛选器灌入喷丸机与气源充分混合，并以高压气源为载体，经喷枪加速和雾化对受喷钢管内壁实施喷丸强化加工。由喷枪喷出的钢丸经两钢丸回收仓引入输送带而源源不断可循环地供喷丸作业使用。此外，上述装置的移动式喷丸机安置于一小车平台上而可沿钢管长度方向移动。

所述喷丸机装有4支喷枪，其容积达1.5M³，一次装丸量达7吨，可供至少5次喷丸作业。