世界不銹鋼管生產技術的發展趨勢
近20年來，世界各國的不銹鋼管生產有了很大發展，工藝技術和裝備水平都有很大提高，國外不銹鋼管生產發展的主要特點是采用新工藝和新設備來提高產量、擴大品種，采用自動控制和無損探傷以改善和保證產品質量?因此，近年來在新建和改擴建的不銹鋼無縫管車間、焊管車間和冷軋冷拔車問里， 出現了很多卓有成效的新工藝和高效率的新設備。我國不銹鋼管生產經過40多年的發展，尤其是近20年來，無論是不銹鋼無縫管還是焊管的生產技術都有了長足的進步，產量、質量和品種不斷增加和提高，少數產品的質量達到了國際先進水平：但是和國際先進水平相比，我國不銹鋼管廠在工藝技術、裝備水平、產品質量等方面尚有較大的差距，需要進行技術改造和提高，以適應我國國民經濟發展的要求。
一、“三步法”煉鋼和連鑄工藝
采用“三步法”煉鋼和連鑄生產不銹鋼管坯工藝，為提高不銹鋼管坯質量，降低成本創造了條件。世界上一些主要不銹鋼廠在“二步法”的基礎上，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不銹鋼廠都已采用了“三步法”生產工藝。德國曼內斯曼德馬克冶金技術公司開發了一套專門用于“三步法” 的工藝設備，它包括1臺超高功率電爐、1臺MRP—L轉爐和1臺VOD裝置。該工藝采用電爐熔化，MRP—L轉爐加氧槍快速脫碳，VOD真空爐最終深脫碳。此工藝的基本出發點是把AOD和VOD兩種工藝各自的優點結合和發揚，并克服了AOD的氬氣和耐火材料耗量大及處理時間長的缺點，實現低消耗、縮短時間、降低成本的目的。當然，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”工藝生產的。國外不銹鋼管坯已基本連鑄化連鑄機以立式和弧型為主，也有使用水平連鑄機的。不銹鋼連鑄坯與傳統的鋼錠一軋坯相比，金屬收得率提高10％ ～15％ ，管坯質量更好，并節省能源，降低生產成本。不銹鋼在連鑄過程中有些合金元素極易氧化，易產生氧化物夾雜；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比較復雜，鋼水的導熱性差，鑄坯易產生裂紋，所以，對冷卻和拉坯的速度要求較嚴格，采取各中間包加熱、無氧化保護澆鑄、電磁攪拌、液面自動控制等一系列新技術，使鑄坯質量大大提高，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前熱加工不銹鋼無縫管的主要生產工藝。隨著技術的發展，有些類型的熱軋鋼管機組都可以生產不銹鋼管，但擠壓機組是世界上不銹鋼無縫管的主要生產機組。目前，世界上有60多套擠壓機組，除少數用于型材擠壓外，70％的機組用于生產鋼管，主要品種是不銹鋼管。擠壓與軋制(縱軋、斜軋)生產方法相比，擠壓法的特點是金屬變形過程中承受三向壓應力。在這種最佳應力狀態下，對于變形抗力大的不銹鋼管可以獲得較好的內外表面質量和金相組織。由于立式液壓穿孔工藝設備的改進，可使擠壓后的荒管壁厚偏差達到5％ ～7％ 的精度。擠壓機工模具易于制造和更換，適合生產小批量、多規格不銹鋼管。擠壓機組還可以生產較寬范圍的鋼管，1套50MN的擠壓機組可生產@25—254mm的鋼管，對市場需求的適應遠遠高于其他軋管方法。采用擠壓法生產不銹鋼管的突出優點是可以直接使用連鑄坯作原料，產品質量穩定，更換品種靈活，可以直接生產熱擠壓成品管，也可以生產各種異型斷面不銹鋼管。顯然，用擠壓法生產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廣泛采用的一種較經濟的方法 、隨著高速、自動化、大噸位擠壓機的采用，以及玻璃潤滑劑、無氧化加熱、高強度高韌性熱作模具等相關技術的發展，用熱擠壓法生產不銹鋼無縫鋼管，特別是生產難變形的不銹、高合金鋼管得到了迅速的發展。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、冷拔為輔的聯合生產工藝，冷軋機、冷拔機向高速、高精度、長行程、多線方向發展。不銹鋼管有50％ ～80％ 是通過冷加工出成品的。因此，對冷加工工藝設備的發展給予了較多的關注。冷加工工藝基本有三種，即冷拔工藝、冷軋工藝、冷軋一冷拔聯合工藝。不銹鋼管的冷加工國外大多數采用冷軋一冷拔聯合工藝，并以冷軋為主、冷拔為輔的加工方法。現代冷軋機可實現大減徑量和大減壁量，軋制變形量80％ 在冷軋機上完成。采用冷軋定壁、輔以冷拔改變規格和控制外徑，滿足不同品種和規格的要求。冷軋一冷拔聯合工藝生產的優點是：鋼管質量好，冷軋鋼管壁厚精度和表面質量較高，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，節省能源，減少金屬消耗；可采用大規格荒管生產小直徑的鋼管，簡化原料規格種類。目前，世界上冷軋、冷拔工藝技術和裝備水平有了很大的發展。冷軋機正向高速、長行程、環孑L型、高精度的方向發展，這種軋機的特點是：① 采用慣性力和慣性扭矩垂直平衡機構，軋機往返次數提高；② 采用環形孔型，軋制變形區長度比短行程軋機長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，可生產長鋼管，提高軋機利用率，軋制有效利用系數高達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 上述特點使冷軋機的生產能力和產品精度大大提高生產不銹鋼管的冷拔管機結構上仍以鏈式冷拔機為主，也有少數液壓冷拔機。多線、高速、全自動是當前冷拔機發展的方向。
四、多種焊接技術
焊接工藝技術的進步加速了不銹鋼焊管生產的發展，多種焊接方法的應用進一步提高了焊接質量和生產率。目前，工業上應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，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，熱影響區盡可能小，鎢極惰性氣體保護的氬弧焊具有較好的適應性，焊接質量高、焊透性能好，其產品在化工、核工業和食品等工業領域得到廣泛應用焊接速度不高是氬弧焊的不足之處，為提高焊接速度，國外研究開發了多種方法。其中，由單電極單焊炬發展到多電極多焊炬，這一焊接方法在生產中已得到應用。20世紀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已經有40多年的歷史，但用于焊接不銹鋼管確屬較新的技術。其生產的經濟性，使其產品更為廣泛地用于建筑裝飾、家用器具和機械結構等領域。高頻焊接具有較大的電源功率，對不同材質、口徑和壁厚的鋼管都能達到較高的焊接速度(比氬弧焊的最高焊接速度高出l0倍以上)。因此，高頻焊接生產一般用途的不銹鋼管具有較高的生產率因為高頻焊接速度高，給焊管內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、核工業所接受的原因之一。從焊接材質看，高頻焊可以焊接各種類型的奧氏體不銹鋼管。同時，新鋼種的開發和成型焊接方法的進步，鐵素體不銹鋼AISI 409等鋼種也可成__功地進行焊接。
(3) 組合焊接技術
不銹鋼焊管的各種焊接方法均有各自的優點和不足。如何揚長避短，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量和生產效率的要求，是當前不銹鋼焊管技術發展的新趨勢。經過近幾年的探索研究，組合焊接工藝已取得了進展， 日本、法國等國家已掌握一定的不銹鋼焊管生產組合焊接技術。組合焊接方法有：氬弧焊 等離子焊、高頻焊 等離子焊、高頻預熱 三焊炬氬弧焊、高頻預熱 等離子焊 氬弧焊。組合焊接提高焊速十分顯著。對于采用高頻預熱的組合焊接，鋼管焊縫質量與常規的氬弧焊、等離子焊相當，焊接操作簡單，整個焊接系統易實現自動化，這種組合易于與現有的高頻焊接設備銜接，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氣體的無氧化連續熱處理爐，進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，從而取消了傳統的酸洗工序。這一熱處理工藝的采用，既改善了鋼管的質量，又克服了酸洗對環境的污染。根據目前世界發展的趨勢，光亮連續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格、大批量鋼管熱處理，小時產量在1．Ot以上。可使用的保護氣體為高純度氫氣、分解氨及其他保護氣體。可以配備對流冷卻系統，以便較快地冷卻鋼管。
(2)網帶式光亮熱處理爐。這種爐型適合于小
直徑薄壁精密鋼管，小時產量約為0．3～1．0t，處理鋼管長度可達40m，也可以處理成卷的毛細管。配備對流冷卻系統可進行快冷。使用氣體燃料或電加熱，可采用各種保護氣體。經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 鋼管裝在連續的托架上，在馬弗管內進行加熱，能以較低的成本處理優質小直徑薄壁鋼管，小時產量在0．3t以上。可經濟地使用保護氣體，加熱熱源可為燃氣、油或電。
六、有機溶劑脫脂
采用有機溶劑脫脂技術，脫脂效果好， 自動化程度高為了去除冷軋、冷拔潤滑時殘存在鋼管表面的油污，以提高熱處理鋼管質量并防止滲碳，采用了除油效果好、技術裝備先進的有機溶劑脫脂裝置。常用的有機溶劑有三氯乙烯、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。脫脂是在一個密封室內進行的。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一步冷凝脫脂。整個脫脂過程是在密封室內由計算機自動控制完成。三氯乙烯脫脂劑可再生和反復使用。并監控使用環境下的溶劑氣體含量，避免環境污染。
七、精整設備現代化
配備現代化的精整設備，加強質量控制是當代不銹鋼管生產的重要環節。不銹鋼管精整工段設置無損探傷工序，是必不可少的質量檢 4手段。無損檢測技術的進步，使更多的廠家采用了渦流、超聲波組合探傷機組，并配備激光測徑、超聲波測厚裝置。鋼管出廠前，從多個環節把住質量關。這種組合探傷機組具有先進的信息處理系統，測得的信號全部數據化，經過計算機處理并儲存， 自動化程度高，生產效率高。高精度矯直機、冷態推壓及旋壓縮口機、多頭(6～8頭)拋光機、全長標記裝置等，都是目前世界上廣泛采用的不銹鋼管精整高效率生產設備。
八、開發新技術新工藝
積極研究開發新技術新工藝， 以求獲得高質量、低成本的不銹鋼管產品。不銹鋼管生產領域出現的許多新工藝新技術，促進了鋼管質量的提高和生產成本的降低。
(1) 焊接 冷拔生產工藝
美國研究開發了焊接 冷拔的不銹鋼管生產新工藝。即用縱剪后的不銹鋼冷帶經成型、氬弧焊接成焊管，再經冷拔、精整工序出成品。由于氬弧焊接質量高，焊縫的各項性能與基體一致，因此，這種工藝生產的不銹鋼管，比采用熱擠壓 冷拔(軋)的常用工藝，成本降低10％ ～30％ ，生產工藝簡化，周期縮短。
(2) 溫軋技術
溫軋技術是前蘇聯發明的。它是將冷軋前的管料通過一感應加熱裝置加熱到150～400℃ 后進行軋制。這種技術具有軋制力小、一次變形量大的優點，對OCrl8Ni9Ti鋼管進行二三次溫軋無需中間退火，總變形量可達98％ 。
(3) 超聲波振動冷拔工藝
拉模在冷拔過程中的超聲波振動，能加大每個拉拔道次的減面率，并減少鋼管振動現象和表面凹點，提高鋼管表面質量。這是因為超聲頻率使設備振動，減少了拉拔時的摩擦力，鋼管承受著拉拔模和芯棒的擠壓而減少了拉應力帶來的不良后果
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