新型马氏体耐热钢G115大口径厚壁无缝钢管制造技术的学习体会

文献概况与技术定位

内蒙古北方重工业集团雷丙旺等人于2020年在《金属功能材料》发表的这篇论文，详细介绍了G115新型马氏体耐热钢大口径厚壁无缝钢管的制造技术。G115钢是钢铁研究总院历时十余年自主研制的新型马氏体耐热钢，是国家630摄氏度先进超超临界燃煤电站示范项目唯一可选材料。这一技术定位极为关键，因为630摄氏度超超临界电站代表了当前燃煤发电技术的最高水平，对蒸汽管道用钢的耐高温、抗蠕变、抗氧化性能提出了极为苛刻的要求。

制造工艺流程详解

该研究采用3.6万吨垂直立式挤压机进行G115大口径厚壁无缝钢管的热挤压制造，这一工艺路线的选择基于以下技术考量：垂直立式挤压相比水平挤压具有更好的金属流动均匀性，有利于大口径厚壁管的组织均匀性控制；3.6万吨的挤压力量确保了足够大的变形量，使管坯在挤压过程中获得充分的塑性变形和晶粒细化。

制造流程包括原材料准备、制坯、热挤压成型和热处理四大关键环节。原材料准备阶段需严格控制钢坯的化学成分，特别是碳含量、合金元素（Cr、Mo、V、W等）的含量和分布均匀性。制坯环节采用电渣重熔或真空电弧重熔工艺，以消除钢坯内部的气孔、夹杂等缺陷。热挤压成型是整个工艺的核心，挤压温度、挤压比、挤压速度等参数的精确控制直接决定钢管的组织和性能。热处理环节采用固溶处理加回火处理的两步法，固溶温度通常在1040至1060摄氏度，回火温度在730至750摄氏度，以获得理想的回火马氏体组织。

关键技术难点与对策

大口径厚壁无缝钢管制造面临的核心技术难点在于：第一，厚壁管的壁厚均匀性控制，由于内外壁的冷却速度差异，容易产生壁厚方向的组织和性能梯度；第二，大口径管的表面质量，挤压过程中模具与管坯之间的摩擦可能导致表面划伤或裂纹；第三，热处理变形控制，大口径厚壁管在热处理过程中因内外壁温差容易产生弯曲变形。

针对上述难点，该研究采取了一系列技术措施：在挤压工艺中，采用分段控温技术确保管坯温度均匀；使用专用挤压模具并涂覆高温润滑剂以减少表面损伤；热处理采用分段加热和缓冷工艺，严格控制升降温速率在每小时20至30摄氏度以内，以减小热应力和变形。成品钢管经检验，表面质量良好，各项力学性能指标满足标准要求，证明该工艺路线已固化，可批量稳定生产。

材料性能与组织分析

G115马氏体耐热钢的组织特征为回火马氏体基体上弥散分布着碳化物析出相。在630摄氏度高温下，材料需具备足够的抗蠕变强度，这主要依赖于位错强化和析出强化机制。Cr、Mo、V、W等合金元素通过固溶强化和形成稳定的碳化物（如MC、M2C型）来抑制位错运动和晶界滑移，从而提高高温持久强度。金相分析表明，合适的热处理工艺可获得均匀细小的回火马氏体组织，碳化物呈弥散分布状态，这有利于材料在630摄氏度下长期服役时的组织稳定性。

从焊接性角度考虑，G115钢属于高淬硬倾向材料，焊接时需严格控制预热温度在250至350摄氏度之间，焊后需进行去应力退火处理。推荐使用低氢型焊材，焊接线能量控制在15至25千焦每毫米范围内，以避免热影响区出现脆性组织和冷裂纹。

学习心得与工程价值

这篇文献系统地阐述了G115大口径厚壁无缝钢管从原材料到成品的完整制造技术路线，体现了我国在高端能源装备用钢领域的自主创新能力。3.6万吨垂直立式挤压机的应用标志着我国已具备大口径厚壁无缝钢管的规模化生产能力，为国家630摄氏度超超临界电站建设提供了坚实的材料基础。该工艺路线的固化和批量稳定生产能力的实现，对于推动我国能源装备制造业的升级具有重要意义。未来可进一步研究G115钢在更高温度的长期服役性能，以及开发适用于该材料的先进焊接连接技术，以拓展其在超超临界电站中的应用范围。