随着世界经济的发展,对不锈钢耐腐蚀性能要求逐渐提高,超低碳不锈钢的使用越来越普及;另外, 由于镍资源紧缺,镍价高涨,400系列不锈钢、双相不锈钢和超级不锈钢的迅速发展,因此不锈钢的冶炼应采用二步法和三步法相结合的工艺。在生产普通含碳量不锈钢时以二步法为主;在生产超低碳、氮不锈钢时以三步法为主,以此提高不锈钢的冶炼质量。
1无缝不锈钢管生产工艺技术
（1）提高不锈钢冶炼水平和采用连铸管坯
目前,不锈钢已基本采用连铸化,连铸机以立式和弧形为主。不锈钢连铸坯与传统的钢锭-轧坯相比,连铸坯质量好,一火成材,金属收得率提高了10%~15%,既节省了能源又降低了生产成本。
不锈钢在浇注过程中有些合金元素极易氧化,易产生氧化物夹杂;另外,钢水的粘度大,很容易造成水口堵塞。由于不锈钢的凝固形态比较复杂,钢水的导热性差,连铸坯易产生裂纹,因此对连铸坯冷却和拉坯的速度要求较严格;此外,由于采用各中间包加热、无氧化保护浇注、电磁搅拌及液面自动控制等一系列新技术,因此使得连铸坯的质量大大提高。对一些难浇注的钢种,如含钛不锈钢、单相奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢等也能顺利浇注,扩大了不锈钢连铸坯的钢种范围。
（2）生产不锈钢无缝管主要采用热挤压工艺
随着生产技术的发展,虽然一些热轧钢管机组也可以生产不锈钢管,但是挤压机组却是世界上生产不锈钢无缝管的主要机组。世界上现有60多套挤压机组,除少数用于型材挤压外,70%的机组用于生产钢管,主要品种是不锈钢管。与轧制(纵轧和斜轧)生产方法相比,挤压法的特点是金属变形过程中承受三向压缩应力。在这种最佳应力状态下,对于钢号多、变形抗力大的不锈钢管,可以获得较好的变形、内外表面质量和金相组织。立式液压穿孔工艺设备的改进,可使挤压后的荒管壁厚偏差精度达到5%~7%。挤压机工模具简单,易于制造和更换,适合小批量、多规格不锈钢管的生产。挤压机组还可以生产规格范围较宽的钢管,1套
50MN(5000t)的挤压机组可生产规格为Φ25~245mm的钢管,对市场需求的适应远远高于其他轧管机组。
采用挤压法生产不锈钢管的最大好处是可以直接使用连铸坯作原料,产品质量稳定,品种更换灵活, 可以直接生产热挤压成品管,也可以生产各种异型断面不锈钢管。但挤压法生产钢管的缺点是成材率较低。为了提高成材率,国外生产企业改进了生产工艺。对于高要求的品种一般采用预钻孔、液压穿孔机扩孔和挤压成管的生产工艺。对于一般要求的冷加工原料管可根据具体情况采用不同的生产工艺:小规格钢管用实心坯料直接在立式液压穿孔机上穿孔和挤压成管;中等规格钢管所用坯料尽可能预钻小孔、立式液压穿孔机扩孔和挤压成管;大规格钢管所用坯料预钻较大的孔后,直接进入挤压机挤压成管。显然,用挤压法生产成品管和为冷加工提供荒管料,是目前国外热加工不锈钢管广为采用的一种较为经济实用的生产方法。
随着高速化、自动化、大吨位挤压机的采用,以及玻璃润滑剂、无氧化加热、高强度高韧性热作模具等相关技术的发展,用热挤压法生产不锈钢无缝管,特别是生产难变形的不锈钢管、高合金钢管得到了迅速发展。而采用单一的二辊斜轧穿孔为冷加工提供荒管料的生产方法,国外已经基本上不再采用。
（3）冷加工不锈钢管采用冷轧为主、冷拔为辅的生产工艺
50%~80%的不锈钢管需要通过冷加工制成成品。因此,冷加工工艺设备有了很大的发展。冷加工工艺基本上有3种,即冷拔工艺、冷轧工艺、冷轧-冷拔联合工艺。国外不锈钢管的冷加工大多数采用冷轧-冷拔联合工艺,并以冷轧为主、冷拔为辅的加工工艺。
现代冷轧管机可实现不锈钢管的大减壁量和大减径量,80%的变形量可在冷轧管机上完成。采用冷轧定壁、辅以冷拔改变钢管规格和控制外径,可以满足不同规格和品种的生产要求。冷轧-冷拔联合生产工艺的优点是:钢管质量好,冷轧钢管的壁厚精度和表面质量较高,冷拔钢管的外径精度较高;冷加工周期短,减少了中间脱脂、热处理、缩口、矫直等工序及金属消耗,节省了能源;可采用大规格荒管原料生产小规格钢管,简化原料规格种类。
目前,世界上冷轧和冷拔工艺技术和装备水平有了很大的发展。冷轧管机正向高速、长行程、环孔型、高精度的方向发展。这种轧管机的特点如下:①采用惯性力和惯性扭矩垂直平衡机构,轧管机往返次数增多;②采用环孔型,轧块长度比短行程轧管机长 70%,轧制变形的均匀性提高、送进量增加;③采用长管坯,荒管原料长度可增加到12~15m,提高了轧管机利用率,轧制有效利用系数在0.80以上;④ 采用曲线型芯棒和最佳抛物面孔型,金属变形合理,提高了工模具的使用寿命。
上述特点,使冷轧管机的生产能力和所生产的产品尺寸精度大大提高。生产不锈钢管的冷拔管机结构上仍以链式冷拔管机为主,也有少数液压冷拔管机。多线、高速、全自动是冷拔管机发展的方向。此外还有温轧新技术,它是将冷轧前的不锈钢管料通过一感应加热装置将其加热到150~400℃后,再进行轧制。温轧技术具有轧制力小、一次变形量大的优点,对0Cr18Ni9Ti不锈钢管进行2~3次温轧,无需进行中间退火,总变形量可达98%。
2不锈钢焊管生产工艺技术的发展
3采用保护气体光亮连续热处理炉
对不锈钢管的热处理,国外普遍采用带保护气体的无氧化连续热处理炉进行中间热处理和成品热处理,钢管可以获得无氧化的光亮表面,因而取消了传统的酸洗工序。采用这一热处理工艺既改善了钢管的质量,又避免了酸洗排放物对环境的污染。根据目前世界发展的趋势,光亮连续热处理炉基本分为3种类型。
(1)辊底式光亮热处理炉
这种炉型适用于大规格、大批量的钢管热处理,小时产量为1.0t以上,可使用的保护气体为高纯度氢气、分解氨及其他保护气体。可配备对流冷却系统,以便较快地冷却钢管。
(2)网带式光亮热处理炉这种炉型适合于小直径薄壁精密钢管,小时产量约0.3~1.0t,钢管长度可达40m,也可以处理成卷的毛细管;配备对流冷却系统还可进行快冷。可以使用气体燃料或电加热,各种保护气体均适用。热处理后的钢管无划伤,光亮度好。
(3)马弗式光亮热处理炉
钢管置于连续的托架上,在马弗管内进行加热,能以较低的成本处理优质的小直径厚壁管,小时产量在0.3t以上。可以经济地使用保护气体,加热的热源可为燃气、油或电。应根据马氏体、铁素体、奥氏体和双相不锈钢的不同钢种,选择不同的热处理炉型和工艺制度。
4配备现代化的精整设备,加强质量控制
不锈钢管质量控制的重要环节是精整工序及其装备设置,无损探伤是必不可少的质量检测手段。无损探伤技术的进步使得更多的厂家采用涡流、超声波组合探伤机组,在探伤机组中配备激光测径、超声波测厚装置。生产厂在钢管出厂前,从多个环节把住质量关。这种组合探伤机组具有先进的处理系统,测得的信号全部数据化并经计算机处理储存,自动化程度和生产效率高。高精度矫直机、冷态推压及旋压缩口机、多头 (6~8头)抛光机、全长标记装置等,都是目前世界上广为采用的高效率不锈钢精整设备。
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