世界不銹鋼管生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢
近20年來，世界各國的不銹鋼管生產(chǎn)有了很大發(fā)展，工藝技術(shù)和裝備水平都有很大提高，國外不銹鋼管生產(chǎn)發(fā)展的主要特點(diǎn)是采用新工藝和新設(shè)備來提高產(chǎn)量、擴(kuò)大品種，采用自動(dòng)控制和無損探傷以改善和保證產(chǎn)品質(zhì)量?因此，近年來在新建和改擴(kuò)建的不銹鋼無縫管車間、焊管車間和冷軋冷拔車問里， 出現(xiàn)了很多卓有成效的新工藝和高效率的新設(shè)備。我國不銹鋼管生產(chǎn)經(jīng)過40多年的發(fā)展，尤其是近20年來，無論是不銹鋼無縫管還是焊管的生產(chǎn)技術(shù)都有了長足的進(jìn)步，產(chǎn)量、質(zhì)量和品種不斷增加和提高，少數(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到了國際先進(jìn)水平：但是和國際先進(jìn)水平相比，我國不銹鋼管廠在工藝技術(shù)、裝備水平、產(chǎn)品質(zhì)量等方面尚有較大的差距，需要進(jìn)行技術(shù)改造和提高，以適應(yīng)我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。
一、“三步法”煉鋼和連鑄工藝
采用“三步法”煉鋼和連鑄生產(chǎn)不銹鋼管坯工藝，為提高不銹鋼管坯質(zhì)量，降低成本創(chuàng)造了條件。世界上一些主要不銹鋼廠在“二步法”的基礎(chǔ)上，研究和采用了“三步法” 冶煉不銹鋼的新工藝。目前日本大部分專業(yè)不銹鋼廠都已采用了“三步法”生產(chǎn)工藝。德國曼內(nèi)斯曼德馬克冶金技術(shù)公司開發(fā)了一套專門用于“三步法” 的工藝設(shè)備，它包括1臺(tái)超高功率電爐、1臺(tái)MRP—L轉(zhuǎn)爐和1臺(tái)VOD裝置。該工藝采用電爐熔化，MRP—L轉(zhuǎn)爐加氧槍快速脫碳，VOD真空爐最終深脫碳。此工藝的基本出發(fā)點(diǎn)是把AOD和VOD兩種工藝各自的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合和發(fā)揚(yáng)，并克服了AOD的氬氣和耐火材料耗量大及處理時(shí)間長的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)低消耗、縮短時(shí)間、降低成本的目的。當(dāng)然，電爐一AOD “二步法” 冶煉不銹鋼也是可行的， 目前世界上60％以上的不銹鋼是用“二步法”工藝生產(chǎn)的。國外不銹鋼管坯已基本連鑄化連鑄機(jī)以立式和弧型為主，也有使用水平連鑄機(jī)的。不銹鋼連鑄坯與傳統(tǒng)的鋼錠一軋坯相比，金屬收得率提高10％ ～15％ ，管坯質(zhì)量更好，并節(jié)省能源，降低生產(chǎn)成本。不銹鋼在連鑄過程中有些合金元素極易氧化，易產(chǎn)生氧化物夾雜；另外，鋼水的粘度大，很易造成水口堵塞。由于不銹鋼的凝固形態(tài)比較復(fù)雜，鋼水的導(dǎo)熱性差，鑄坯易產(chǎn)生裂紋，所以，對冷卻和拉坯的速度要求較嚴(yán)格，采取各中間包加熱、無氧化保護(hù)澆鑄、電磁攪拌、液面自動(dòng)控制等一系列新技術(shù)，使鑄坯質(zhì)量大大提高，使一些難澆鑄的鋼種，如含鈦不銹鋼、單相奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼等都能順利澆鑄，擴(kuò)大了不銹鋼連鑄的鋼種。
二、熱擠壓工藝
熱擠壓工藝是世界當(dāng)前熱加工不銹鋼無縫管的主要生產(chǎn)工藝。隨著技術(shù)的發(fā)展，有些類型的熱軋鋼管機(jī)組都可以生產(chǎn)不銹鋼管，但擠壓機(jī)組是世界上不銹鋼無縫管的主要生產(chǎn)機(jī)組。目前，世界上有60多套擠壓機(jī)組，除少數(shù)用于型材擠壓外，70％的機(jī)組用于生產(chǎn)鋼管，主要品種是不銹鋼管。擠壓與軋制(縱軋、斜軋)生產(chǎn)方法相比，擠壓法的特點(diǎn)是金屬變形過程中承受三向壓應(yīng)力。在這種最佳應(yīng)力狀態(tài)下，對于變形抗力大的不銹鋼管可以獲得較好的內(nèi)外表面質(zhì)量和金相組織。由于立式液壓穿孔工藝設(shè)備的改進(jìn)，可使擠壓后的荒管壁厚偏差達(dá)到5％ ～7％ 的精度。擠壓機(jī)工模具易于制造和更換，適合生產(chǎn)小批量、多規(guī)格不銹鋼管。擠壓機(jī)組還可以生產(chǎn)較寬范圍的鋼管，1套50MN的擠壓機(jī)組可生產(chǎn)@25—254mm的鋼管，對市場需求的適應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他軋管方法。采用擠壓法生產(chǎn)不銹鋼管的突出優(yōu)點(diǎn)是可以直接使用連鑄坯作原料，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，更換品種靈活，可以直接生產(chǎn)熱擠壓成品管，也可以生產(chǎn)各種異型斷面不銹鋼管。顯然，用擠壓法生產(chǎn)成品管以及為冷加工提供荒管料，是國外目前熱加工不銹鋼管生產(chǎn)廣泛采用的一種較經(jīng)濟(jì)的方法 、隨著高速、自動(dòng)化、大噸位擠壓機(jī)的采用，以及玻璃潤滑劑、無氧化加熱、高強(qiáng)度高韌性熱作模具等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，用熱擠壓法生產(chǎn)不銹鋼無縫鋼管，特別是生產(chǎn)難變形的不銹、高合金鋼管得到了迅速的發(fā)展。用單一的二輥斜軋穿孔為冷加工提供荒管料的方法，國外已基本不采用了。
三、冷加工以冷軋為主、冷拔為輔
冷加工不銹鋼管趨向于采用以冷軋為主、冷拔為輔的聯(lián)合生產(chǎn)工藝，冷軋機(jī)、冷拔機(jī)向高速、高精度、長行程、多線方向發(fā)展。不銹鋼管有50％ ～80％ 是通過冷加工出成品的。因此，對冷加工工藝設(shè)備的發(fā)展給予了較多的關(guān)注。冷加工工藝基本有三種，即冷拔工藝、冷軋工藝、冷軋一冷拔聯(lián)合工藝。不銹鋼管的冷加工國外大多數(shù)采用冷軋一冷拔聯(lián)合工藝，并以冷軋為主、冷拔為輔的加工方法。現(xiàn)代冷軋機(jī)可實(shí)現(xiàn)大減徑量和大減壁量，軋制變形量80％ 在冷軋機(jī)上完成。采用冷軋定壁、輔以冷拔改變規(guī)格和控制外徑，滿足不同品種和規(guī)格的要求。冷軋一冷拔聯(lián)合工藝生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是：鋼管質(zhì)量好，冷軋鋼管壁厚精度和表面質(zhì)量較高，冷拔確保鋼管外徑精度；冷加工周期短，減少中間脫脂、熱處理、縮口、矯直等工序，節(jié)省能源，減少金屬消耗；可采用大規(guī)格荒管生產(chǎn)小直徑的鋼管，簡化原料規(guī)格種類。目前，世界上冷軋、冷拔工藝技術(shù)和裝備水平有了很大的發(fā)展。冷軋機(jī)正向高速、長行程、環(huán)孑L型、高精度的方向發(fā)展，這種軋機(jī)的特點(diǎn)是：① 采用慣性力和慣性扭矩垂直平衡機(jī)構(gòu)，軋機(jī)往返次數(shù)提高；② 采用環(huán)形孔型，軋制變形區(qū)長度比短行程軋機(jī)長70％ ，軋制變形的均勻性提高、送量增加；⑧ 采用長管坯，荒管原料長度可增加到l2～15m，可生產(chǎn)長鋼管，提高軋機(jī)利用率，軋制有效利用系數(shù)高達(dá)80％ 以上；④采用曲線型芯棒和最佳拋物面孔型，金屬變形合理，工模具壽命長 上述特點(diǎn)使冷軋機(jī)的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品精度大大提高生產(chǎn)不銹鋼管的冷拔管機(jī)結(jié)構(gòu)上仍以鏈?zhǔn)嚼浒螜C(jī)為主，也有少數(shù)液壓冷拔機(jī)。多線、高速、全自動(dòng)是當(dāng)前冷拔機(jī)發(fā)展的方向。
四、多種焊接技術(shù)
焊接工藝技術(shù)的進(jìn)步加速了不銹鋼焊管生產(chǎn)的發(fā)展，多種焊接方法的應(yīng)用進(jìn)一步提高了焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率。目前，工業(yè)上應(yīng)用的不銹鋼焊接方法主要有鎢極氬弧焊(TIG)、高頻焊、等離子焊和激光焊等。幾種焊接方法各具特點(diǎn)，使用最多的是氬弧焊和高頻焊：
(1) 氬弧焊
不銹鋼焊管要求熔深焊透，不含氧化物夾雜，熱影響區(qū)盡可能小，鎢極惰性氣體保護(hù)的氬弧焊具有較好的適應(yīng)性，焊接質(zhì)量高、焊透性能好，其產(chǎn)品在化工、核工業(yè)和食品等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用焊接速度不高是氬弧焊的不足之處，為提高焊接速度，國外研究開發(fā)了多種方法。其中，由單電極單焊炬發(fā)展到多電極多焊炬，這一焊接方法在生產(chǎn)中已得到應(yīng)用。20世紀(jì)70年代德國首先采用多焊炬沿焊縫方向直線排列，形成長形熱流分布，焊速明顯提高。一般采用三電極焊炬的氬弧焊，焊接鋼管壁厚s≥2ram，焊接速度比單焊炬提高3～4倍，焊接質(zhì)量也得到改善。氬弧焊與等離子焊組合，可以焊接更大壁厚的鋼管。此外，在氬氣中使用5％ ～10％的氫氣，再采用高頻脈沖焊接電源，也可提高焊接速度。多焊炬氬弧焊適用于奧氏體和鐵素體不銹鋼管的焊接。
(2) 高頻焊
高頻焊用于碳鋼焊管生產(chǎn)已經(jīng)有40多年的歷史，但用于焊接不銹鋼管確屬較新的技術(shù)。其生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，使其產(chǎn)品更為廣泛地用于建筑裝飾、家用器具和機(jī)械結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。高頻焊接具有較大的電源功率，對不同材質(zhì)、口徑和壁厚的鋼管都能達(dá)到較高的焊接速度(比氬弧焊的最高焊接速度高出l0倍以上)。因此，高頻焊接生產(chǎn)一般用途的不銹鋼管具有較高的生產(chǎn)率因?yàn)楦哳l焊接速度高，給焊管內(nèi)毛刺的去除帶來困難，這也是目前高頻焊不銹鋼管尚不能為化工、核工業(yè)所接受的原因之一。從焊接材質(zhì)看，高頻焊可以焊接各種類型的奧氏體不銹鋼管。同時(shí)，新鋼種的開發(fā)和成型焊接方法的進(jìn)步，鐵素體不銹鋼AISI 409等鋼種也可成__功地進(jìn)行焊接。
(3) 組合焊接技術(shù)
不銹鋼焊管的各種焊接方法均有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足。如何揚(yáng)長避短，將幾種焊接方法加以組合形成新的焊接工藝，滿足人們對不銹鋼焊管質(zhì)量和生產(chǎn)效率的要求，是當(dāng)前不銹鋼焊管技術(shù)發(fā)展的新趨勢。經(jīng)過近幾年的探索研究，組合焊接工藝已取得了進(jìn)展， 日本、法國等國家已掌握一定的不銹鋼焊管生產(chǎn)組合焊接技術(shù)。組合焊接方法有：氬弧焊 等離子焊、高頻焊 等離子焊、高頻預(yù)熱 三焊炬氬弧焊、高頻預(yù)熱 等離子焊 氬弧焊。組合焊接提高焊速十分顯著。對于采用高頻預(yù)熱的組合焊接，鋼管焊縫質(zhì)量與常規(guī)的氬弧焊、等離子焊相當(dāng)，焊接操作簡單，整個(gè)焊接系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這種組合易于與現(xiàn)有的高頻焊接設(shè)備銜接，投資成本低，效益好。
五、光亮熱處理
不銹鋼管的熱處理，國外普遍采用帶保護(hù)氣體的無氧化連續(xù)熱處理爐，進(jìn)行中問熱處理和最終的成品熱處理。由于可以獲得無氧化的光亮表面，從而取消了傳統(tǒng)的酸洗工序。這一熱處理工藝的采用，既改善了鋼管的質(zhì)量，又克服了酸洗對環(huán)境的污染。根據(jù)目前世界發(fā)展的趨勢，光亮連續(xù)熱處理爐基本分為三種類型：
(1)輥底式光亮熱處理爐。這種爐型適用于大規(guī)格、大批量鋼管熱處理，小時(shí)產(chǎn)量在1．Ot以上。可使用的保護(hù)氣體為高純度氫氣、分解氨及其他保護(hù)氣體。可以配備對流冷卻系統(tǒng)，以便較快地冷卻鋼管。
(2)網(wǎng)帶式光亮熱處理爐。這種爐型適合于小
直徑薄壁精密鋼管，小時(shí)產(chǎn)量約為0．3～1．0t，處理鋼管長度可達(dá)40m，也可以處理成卷的毛細(xì)管。配備對流冷卻系統(tǒng)可進(jìn)行快冷。使用氣體燃料或電加熱，可采用各種保護(hù)氣體。經(jīng)過這種爐型熱處理后的鋼管無劃傷，光亮度好。
(3)馬弗管式光亮熱處理爐 鋼管裝在連續(xù)的托架上，在馬弗管內(nèi)進(jìn)行加熱，能以較低的成本處理優(yōu)質(zhì)小直徑薄壁鋼管，小時(shí)產(chǎn)量在0．3t以上。可經(jīng)濟(jì)地使用保護(hù)氣體，加熱熱源可為燃?xì)狻⒂突螂姟?/span>
六、有機(jī)溶劑脫脂
采用有機(jī)溶劑脫脂技術(shù)，脫脂效果好， 自動(dòng)化程度高為了去除冷軋、冷拔潤滑時(shí)殘存在鋼管表面的油污，以提高熱處理鋼管質(zhì)量并防止?jié)B碳，采用了除油效果好、技術(shù)裝備先進(jìn)的有機(jī)溶劑脫脂裝置。常用的有機(jī)溶劑有三氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷、氯化甲烷，使用較多的是三氯乙烯。此種溶劑使用效果好，易回收，毒性低。脫脂是在一個(gè)密封室內(nèi)進(jìn)行的。裝在筐中的不銹鋼管在溶劑槽中脫
脂，或者在溶劑蒸氣中進(jìn)一步冷凝脫脂。整個(gè)脫脂過程是在密封室內(nèi)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制完成。三氯乙烯脫脂劑可再生和反復(fù)使用。并監(jiān)控使用環(huán)境下的溶劑氣體含量，避免環(huán)境污染。
七、精整設(shè)備現(xiàn)代化
配備現(xiàn)代化的精整設(shè)備，加強(qiáng)質(zhì)量控制是當(dāng)代不銹鋼管生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。不銹鋼管精整工段設(shè)置無損探傷工序，是必不可少的質(zhì)量檢 4手段。無損檢測技術(shù)的進(jìn)步，使更多的廠家采用了渦流、超聲波組合探傷機(jī)組，并配備激光測徑、超聲波測厚裝置。鋼管出廠前，從多個(gè)環(huán)節(jié)把住質(zhì)量關(guān)。這種組合探傷機(jī)組具有先進(jìn)的信息處理系統(tǒng)，測得的信號(hào)全部數(shù)據(jù)化，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理并儲(chǔ)存， 自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高。高精度矯直機(jī)、冷態(tài)推壓及旋壓縮口機(jī)、多頭(6～8頭)拋光機(jī)、全長標(biāo)記裝置等，都是目前世界上廣泛采用的不銹鋼管精整高效率生產(chǎn)設(shè)備。
八、開發(fā)新技術(shù)新工藝
積極研究開發(fā)新技術(shù)新工藝， 以求獲得高質(zhì)量、低成本的不銹鋼管產(chǎn)品。不銹鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域出現(xiàn)的許多新工藝新技術(shù)，促進(jìn)了鋼管質(zhì)量的提高和生產(chǎn)成本的降低。
(1) 焊接 冷拔生產(chǎn)工藝
美國研究開發(fā)了焊接 冷拔的不銹鋼管生產(chǎn)新工藝。即用縱剪后的不銹鋼冷帶經(jīng)成型、氬弧焊接成焊管，再經(jīng)冷拔、精整工序出成品。由于氬弧焊接質(zhì)量高，焊縫的各項(xiàng)性能與基體一致，因此，這種工藝生產(chǎn)的不銹鋼管，比采用熱擠壓 冷拔(軋)的常用工藝，成本降低10％ ～30％ ，生產(chǎn)工藝簡化，周期縮短。
(2) 溫軋技術(shù)
溫軋技術(shù)是前蘇聯(lián)發(fā)明的。它是將冷軋前的管料通過一感應(yīng)加熱裝置加熱到150～400℃ 后進(jìn)行軋制。這種技術(shù)具有軋制力小、一次變形量大的優(yōu)點(diǎn)，對OCrl8Ni9Ti鋼管進(jìn)行二三次溫軋無需中間退火，總變形量可達(dá)98％ 。
(3) 超聲波振動(dòng)冷拔工藝
拉模在冷拔過程中的超聲波振動(dòng)，能加大每個(gè)拉拔道次的減面率，并減少鋼管振動(dòng)現(xiàn)象和表面凹點(diǎn)，提高鋼管表面質(zhì)量。這是因?yàn)槌曨l率使設(shè)備振動(dòng)，減少了拉拔時(shí)的摩擦力，鋼管承受著拉拔模和芯棒的擠壓而減少了拉應(yīng)力帶來的不良后果
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