不銹鋼管生產(chǎn)工藝(production of stainless steel tube)
通常稱耐大氣、蒸汽和水等弱腐蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼為不銹鋼，稱耐酸、堿、鹽等化學(xué)侵蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼為耐酸鋼。不銹鋼和耐酸鋼的總稱是不銹耐酸鋼，簡(jiǎn)稱為不銹鋼。鉻是主要合金元素，此外常加入鎳、鉬、鈦、鈮、鉬等。不銹鋼管的材質(zhì)主要有奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼。不銹鋼管廣泛用于石油、化工、造紙、化肥、汽車、飛機(jī)、電站、裝璜等領(lǐng)域。
不銹鋼管的生產(chǎn)方法可以是熱軋、熱擠壓、冷軋和冷拔。近年來(lái)由于連鑄連軋技術(shù)的進(jìn)步以及各種焊接新技術(shù)和無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，不銹鋼焊管的質(zhì)量不斷提高，可以在各使用領(lǐng)域內(nèi)部分替代不銹鋼無(wú)縫管，且價(jià)格比無(wú)縫管約低20％。當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用的不銹鋼管中焊管和無(wú)縫管各占50％。
不銹鋼無(wú)縫管的生產(chǎn)特點(diǎn)
(1)塑性。馬氏體不銹鋼在高溫下為單一的奧氏體組織時(shí)穿孔沒有困難，但當(dāng)存在雙相組織時(shí)穿孔性能有所降低。管坯加熱溫度一般為1130～1160℃(中心溫度)，爐尾處溫度應(yīng)小于900℃，終軋溫度應(yīng)高于臨界點(diǎn)轉(zhuǎn)變溫度，低碳的不低于850℃，高碳的不超過(guò)925℃。馬氏體不銹鋼隨著含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度和硬度提高，塑性降低，冷拔時(shí)應(yīng)盡量采用襯芯棒拔制，因空拔后容易爆裂。
奧氏體不銹鋼的高溫塑性同殘留的α相有關(guān)。一般塑性隨著α相的增多而降低。除α相外，在奧氏體不銹鋼中還存在其他殘余相，如各種形式的碳化物、金屬間化合物等。這些多余的相對(duì)不銹鋼的塑性都有影響，影響的程度決定于它們的數(shù)量及狀態(tài)。加熱時(shí)多余相呈網(wǎng)狀分布在晶界上，將顯著惡化金屬的塑性。奧氏體不銹鋼高溫下塑性低，變形抗力(見金屬變形抗力)大，采用斜軋穿孔(見二輥斜軋穿孔)時(shí)應(yīng)特別注意選取合理變形參數(shù)和溫度參數(shù)。奧氏體不銹鋼經(jīng)過(guò)固溶處理(常采用軋后余熱淬水)后呈單相奧氏體組織，其特點(diǎn)是σb較高，但σs低，延伸性和韌性都大，冷變形的性能好，因此可取較大的道次變形量。但冷變形時(shí)加工硬化很大，故繼續(xù)加工性能差。
鐵素體不銹鋼為單一相組織，沒有臨界轉(zhuǎn)變點(diǎn)(相變)，因此管坯加熱時(shí)間長(zhǎng)和溫度高時(shí)晶粒長(zhǎng)大嚴(yán)重，導(dǎo)致鋼的塑性顯著下降。管坯加熱最高溫度在1000～1060℃。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)鋼有良好的塑性(穿孔性能)。冷拔錘頭前的加熱溫度為700～850℃，加熱時(shí)要防止?jié)B碳，錘頭后進(jìn)行水淬。由于鐵素體鉻不銹鋼有室溫脆性，冷加工性能較差，冷拔時(shí)容易開裂和拔斷，因此較好在具有一定溫度條件下拔制(見管材溫拔)，起拔速度也不宜過(guò)大。冷軋鐵素體不銹鋼管時(shí)，管料軋制時(shí)變形程度不大于40％～48％。在以后道次中(經(jīng)表面準(zhǔn)備和熱處理后)，根據(jù)晶粒細(xì)化程度，變形程度可增大到55％'~65％。為避免鋼管在軋制時(shí)產(chǎn)生裂紋，軋制時(shí)管子的溫升是有利的，因此，在多數(shù)情況下軋制這類鋼管時(shí)不用乳化液冷卻工具和金屬。
(2)變形抗力。奧氏體和馬氏體不銹鋼都具有較高的變形抗力，加工硬化傾向大，且高溫下再結(jié)晶速度慢，因而冷軋這類鋼時(shí)要特別注意設(shè)備和電機(jī)能力。鐵素體或半鐵素體的低碳不銹鋼和一般碳鋼有相同的變形抗力。
(3)寬展。不銹鋼的寬展(橫變形)較大，馬氏體不銹鋼寬展為碳鋼的1.3倍；奧氏體不銹鋼為1.35～1.5倍，鐵素體不銹鋼為1.55～1.6倍。因此斜軋穿孔時(shí)要注意控制橫變形，應(yīng)取較小的橢圓度。冷、熱軋管的孔型橢圓度要大些，并應(yīng)取小的道次變形量，以免出耳子等，在無(wú)張力減徑(見管材無(wú)張力減徑)時(shí)不銹鋼管的壁增厚較大，同時(shí)減徑機(jī)的孔型橢圓度要取大一些。
(4)對(duì)應(yīng)力的敏感性。鐵素體不銹鋼具有常溫脆性，冷加工對(duì)應(yīng)力的敏感性大，熱軋時(shí)應(yīng)力的敏感性小，軋后可水淬。馬氏體不銹鋼對(duì)裂紋的敏感性較大，熱軋后冷卻不能過(guò)快，一般采取堆冷。奧氏體不銹鋼對(duì)裂紋的敏感性小，熱軋后可水淬。
(5)導(dǎo)熱性。不銹鋼的低溫導(dǎo)熱性都較差，而線膨脹系數(shù)則比碳鋼大。為保證加熱質(zhì)量應(yīng)采取低溫(<800℃)慢速加熱。
(6)抗氧化性。由于不銹鋼具有抗氧化性，故加熱對(duì)生成的氧化鐵皮是較少的。但氧化鐵皮中含有鉻、鎳氧化物且很致密，冷加工時(shí)酸洗較為困難。常用HF+HNO3進(jìn)行酸洗或用堿一酸復(fù)合酸洗。
(7)粘結(jié)傾向。鐵素體、奧氏體一鐵素體和奧氏體的不銹鋼軋制時(shí)易粘輥，使鋼管表面質(zhì)量降低。熱軋成品軋機(jī)(如定減徑機(jī))用鑄鐵輥可以減少粘輥現(xiàn)象。另外合理地使用冷卻水冷卻軋輥也很重要。
不銹鋼焊管的生產(chǎn)特點(diǎn) φ219mm以下不銹鋼焊管采用連續(xù)輥式成形基本上與高頻直縫焊管相似φ219mm以上采用壓力成形(UOE)或螺旋焊接(見螺旋焊管)。φ4.76mm以下采用焊后拉拔法生產(chǎn)毛細(xì)管。焊接方法有高頻焊、鎢電極惰性氣體保護(hù)焊(TIG或稱氬弧焊)、激光焊、電子束焊等。高頻焊不能保證焊縫的焊接質(zhì)量，但焊接速度較高，適合于生產(chǎn)一般結(jié)構(gòu)用及裝飾用不銹鋼焊管。而絕大多數(shù)不銹鋼焊管生產(chǎn)采用氬弧焊或氬弧焊與等離子焊結(jié)合的組合焊。裝飾用不銹鋼焊管要求表面磨拋處理。化工機(jī)械、鍋爐熱交換器用不銹鋼焊管要求平整內(nèi)焊刺。焊縫組織經(jīng)固溶處理并需裝備焊縫質(zhì)量監(jiān)控及無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)。氬弧焊不銹鋼焊管生產(chǎn)工藝流程如下：
板卷縱剪一帶鋼一開卷一矯平一切頭尾對(duì)焊一活套一成形一氬弧焊接一去外焊刺一(去內(nèi)焊刺)一冷卻一定徑一渦流探傷一飛鋸切斷
切斷后的不銹鋼焊管根據(jù)產(chǎn)品用途又分以下3種情況：
(1)不需要熱處理和拉拔的焊管經(jīng)矯直一平頭一水壓一檢查一包裝一入庫(kù)；(2)需要熱處理的焊管經(jīng)脫脂一光亮熱處理一矯直一超聲波探傷一平頭一水壓一檢查一包裝一入庫(kù)；(3)需要拉拔的焊管經(jīng)脫脂一鍛尖一退火一矯直一酸洗一潤(rùn)滑一拉拔一切頭一脫脂一光亮退火一精整一檢查一包裝一入庫(kù)；
不銹鋼焊管新技術(shù)有，應(yīng)用多個(gè)電極(一般有3個(gè)電極)的多炬焊，也可以是氬弧焊與等離子焊的組合。多炬焊適用于壁厚大于2mm的焊管，焊接速度比單炬高3～4倍，焊接質(zhì)量也得以改善。此外，在氬中添加5％～10％的氫，再采用高頻脈沖焊接電源，可提高焊接速度；為保證焊接質(zhì)量采用了焊炬對(duì)焊縫的自動(dòng)跟蹤裝置、電弧電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)(AVC)、計(jì)算機(jī)控制焊接過(guò)程等。清除內(nèi)焊刺的方法有：(1)內(nèi)壁氣托技術(shù)，內(nèi)壁充以一定壓力的惰性氣體來(lái)托住熔融的液滴，不使其下垂，從而不形成焊刺；(2)內(nèi)壁錘擊技術(shù)，用于φ30mm以下管材；(3)內(nèi)壁輥壓技術(shù)，適用于φ50mm以上焊管；裝飾管要配備高效率的磨拋設(shè)備，以提高不銹焊管的表面的光潔程度。