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不銹鋼管生產

通常稱耐大氣、蒸汽和水等弱腐蝕性介質腐蝕的鋼為不銹鋼,稱耐酸、堿、鹽等化學侵蝕性介質腐蝕的鋼為耐酸鋼。不銹鋼和耐酸鋼的總稱是不鏽耐酸鋼,簡稱為不銹鋼。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、雙相不銹鋼和沉澱硬化型不銹鋼。不銹鋼管廣泛用於石油、化工、造紙、化肥、汽車、飛機、電站、裝璜等領域。

不銹鋼無縫管的生產方法可以是熱軋、熱擠壓、冷軋和冷拔。近年來由於連鑄連軋科技的進步以及各種焊接新技術和無損檢測科技的應用,不銹鋼焊管的質量不斷提高,可以在各使用領域內部分替代不銹鋼無縫管,且價格比無縫管約低20%。當前工業應用的不銹鋼管中焊管和無縫管各占50%。

不銹鋼無縫管的生產特點

(1)塑性。馬氏體不銹鋼在高溫下為單一的奧氏體組織時穿孔沒有困難,但當存在雙相組織時穿孔效能有所降低。管坯加熱溫度一般為1130~1160℃(中心溫度),爐尾處溫度應小於900℃,終軋溫度應高於臨界點轉變溫度,低碳的不低於850℃,高碳的不超過925℃。馬氏體不銹鋼隨著含碳量的新增,鋼的强度和硬度提高,塑性降低,冷拔時應儘量採用襯芯棒拔制,因空拔後容易爆裂。

奧氏體不銹鋼的高溫塑性同殘留的α相有關。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餘相,如各種形式的碳化物、金屬間化合物等。這些多餘的相對不銹鋼的塑性都有影響,影響的程度决定於它們的數量及狀態。加熱時多餘相呈網狀分佈在晶界上,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,採用斜軋穿孔(見二輥斜軋穿孔)時應特別注意選取合理變形參數和溫度參數。奧氏體不銹鋼經過固溶處理(常採用軋後餘熱淬水)後呈單相奧氏體組織,其特點是σb較高,但σs低,延伸性和韌性都大,冷變形的效能好,囙此可取較大的道次變形量。但冷變形時加工硬化很大,故繼續加工效能差。

鐵素體不銹鋼為單一相組織,沒有臨界轉變點(相變),囙此管坯加熱時間長和溫度高時晶粒長大嚴重,導致鋼的塑性顯著下降。管坯加熱最高溫度在1000~1060℃。在這個溫度範圍內鋼有良好的塑性(穿孔效能)。冷拔錘頭前的加熱溫度為700~850℃,加熱時要防止滲碳,錘頭後進行水淬。由於鐵素體鉻不銹鋼有室溫脆性,冷加工效能較差,冷拔時容易開裂和拔斷,囙此最好在具有一定溫度條件下拔制(見管材溫拔),起拔速度也不宜過大。冷軋鐵素體不銹鋼管時,管料軋製時變形程度不大於40%~48%。在以後道次中(經表面準備和熱處理後),根據晶粒細化程度,變形程度可增大到55%’~65%。為避免鋼管在軋製時產生裂紋,軋製時管子的溫昇是有利的,囙此,在多數情况下軋製這類鋼管時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,且高溫下再結晶速度慢,因而冷軋這類鋼時要特別注意設備和電機能力。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。囙此斜軋穿孔時要注意控制橫變形,應取較小的橢圓度。冷、熱軋管的孔型橢圓度要大些,並應取小的道次變形量,以免出耳子等,在無張力减徑(見管材無張力减徑)時不銹鋼管的壁增厚較大,同時减徑機的孔型橢圓度要取大一些。

(4)對應力的敏感性。鐵素體不銹鋼具有常溫脆性,冷加工對應力的敏感性大,熱軋時應力的敏感性小,軋後可水淬。馬氏體不銹鋼對裂紋的敏感性較大,熱軋後冷卻不能過快,一般採取堆冷。奧氏體不銹鋼對裂紋的敏感性小,熱軋後可水淬。

(5)導熱性。不銹鋼的低溫導熱性都較差,而線膨脹係數則比碳鋼大。為保證加熱質量應採取低溫(<800℃)慢速加熱。

(6)抗氧化性。由於不銹鋼具有抗氧化性,故加熱對生成的氧化鐵皮是較少的。但氧化鐵皮中含有鉻、鎳氧化物且很緻密,冷加工時酸洗較為困難。常用HF+HNO3進行酸洗或用堿一酸複合酸洗。

(7)粘結傾向。鐵素體、奧氏體一鐵素體和奧氏體的不銹鋼軋製時易粘輥,使鋼管表面質量降低。熱軋成品軋機(如定减徑機)用鑄鐵輥可以减少粘輥現象。另外合理地使用冷卻水冷卻軋輥也很重要。

不銹鋼焊管的生產特點φ219mm以下不銹鋼焊管採用連續輥式成形基本上與高頻直縫焊管相似φ219mm以上採用壓力成形(UOE)或螺旋焊接(見螺旋焊管)。φ4.76mm以下採用焊後拉拔法生產毛細管。焊接方法有高頻焊、鎢電極惰性氣體保護焊(TIG或稱氬弧焊)、雷射焊、電子束焊等。高頻焊不能保證焊縫的焊接質量,但焊接速度較高,適合於生產一般結構用及裝潢用不銹鋼焊管。而絕大多數不銹鋼焊管生產採用氬弧焊或氬弧焊與等離子焊結合的組合焊。裝潢用不銹鋼焊管要求表面磨拋處理。化工機械、鍋爐熱交換器用不銹鋼焊管要求平整內焊刺。焊縫組織經固溶處理並需裝備焊縫質量監控及無損檢測系統。氬弧焊不銹鋼焊管生產工藝流程如下:

板卷縱剪一帶鋼一開卷一矯平一切頭尾對焊一活套一成形一氬弧焊接一去外焊刺一(去內焊刺)一冷卻一定徑一渦流探傷一飛鋸切斷

切斷後的不銹鋼焊管根據產品用途又分以下3種情况:

(1)不需要熱處理和拉拔的焊管經矯直一平頭一水壓一檢查一包裝一入庫;

(2)需要熱處理的焊管經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;

(3)需要拉拔的焊管經脫脂一鍛尖一退火一矯直一酸洗一潤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;

不銹鋼焊管新技術有,應用多個電極(一般有3個電極)的多炬焊,也可以是氬弧焊與等離子焊的組合。多炬焊適用於壁厚大於2mm的焊管,焊接速度比單炬高3~4倍,焊接質量也得以改善。此外,在氬中添加5%~10%的氫,再採用高頻脈衝焊接電源,可提高焊接速度;為保證焊接質量採用了焊炬對焊縫的自動跟蹤裝置、電弧電壓自動控制系統(AVC)、電腦控制焊接過程等。清除內焊刺的方法有:

(1)內壁氣托科技,內壁充以一定壓力的惰性氣體來托住熔融的液滴,不使其下垂,從而不形成焊刺;

(2)內壁錘擊科技,用於φ30mm以下管材;

(3)內壁輥壓科技,適用於φ50mm以上焊管;裝潢管要配備高效率的磨拋設備,以提高不鏽焊管的表面的光潔程度。

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