1.不銹鋼簡介、代表鋼號和室溫力學性能

1.1不銹鋼簡介

不銹鋼一般是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。不銹鋼是指耐大氣、蒸汽和水等弱介質腐蝕的鋼,而耐酸鋼則是指耐酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質腐蝕的鋼。

不銹鋼自本世紀初問世,到現在已有90多年的歷史。不銹鋼的發明是世界冶金史上的重大成就,不銹鋼的發展為現代工業的發展和科技進步奠定了重要的物質技術基礎。

不銹鋼鋼種很多,性能各異,它在發展過程中逐步形成了幾大類。

按組織結構分,分為馬氏不銹鋼(包括沉淀硬化不銹鋼)、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和奧氏體加鐵素體雙相不銹鋼等四大類;

按鋼中的主要化學成分或鋼中的一些特征元素來分類,分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼、鉻鎳鉬不銹鋼以及低碳不銹鋼、高鉬不銹鋼、高純不銹鋼等;

按鋼的性能特點和用途分類,分為耐硝酸不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐點蝕不銹鋼、耐應力腐蝕不銹鋼、高強不銹鋼等;

按鋼的功能特點分類,分為低溫不銹鋼、無磁不銹鋼、易切削不銹鋼、超塑性不銹鋼等。

目前常用的分類方法是按鋼的組織結構特點和鋼的化學成分特點以及兩者相結合的方法分類。一般分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼等,或分為鉻不銹鋼和鎳不銹鋼兩大類。

1.2代表鋼號、化學成分、室溫力學性能:

馬氏體不銹鋼的代表鋼號為1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等,

鐵素體不銹鋼的代表鋼號為1Cr17、1Cr17Ti、1Cr25等,

奧氏體不銹鋼的代表鋼號為1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9(304)、00Cr18Ni9Ti(304L)、0Cr17Ni12Mo2(316)、00Cr17Ni14Mo2(316L)、0Cr18Ni11Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)等,

雙相不銹鋼的代表鋼號為00Cr26Ni7Mo2Ti等。

為了清楚,將它們列表來說明見表1-1、表1-2、表1-3。

不銹鋼用于在鋼管方面,國內當前使用生產最多的是奧氏體不銹鋼(約占90%以上)和少量的鐵素體及雙相不銹鋼)。

表1-1國內不銹鋼標準鋼號對照表

中國 日本 美國 英國 德國 法國 前蘇聯

GB1220-92 GB3280-92 JIS AISI UNS BS970 BS1449 DIN17440 Din17224 NFA35-575 NFA35-576 ГОСТ 5632

0Cr13 SUS410S S410 1Cr13 SUS410 410 410S21 X7Cr13 Z6C13 08X13

2Cr13 SUS420J1 420J1 420S29 X20Cr13 Z20C13 20x13

1Cr17 SUS430 430 7Cr17 SUS440A 440A

9Cr18 SUS440C 440C X105CrMo17 Z100CD17 95X18

0Cr18Ni9 SUS304 304 304S15 X5CrNi189 Z6CN18.09 08X18H10

00Cr18Ni9 SUS304L 304L 304S12 X2CrNi189 Z2CN18.09 03X18H11

0Cr17Ni12Mo2 SUS316 316 316S16 X5CrNiMo1812 Z6CND17.12

00Cr17Ni14Mo2 SUS316L 316L 316S12 X2CrNiMo1812 Z2CND17.12 03X17H14M2 0Cr18Ni11Ti SUS321 321 X10CrNiTi189 Z6CNT18.10 08X18H10T

0Cr18Ni11Nb SUS347 347 347S17 X10CrNiNb189 Z6CNNb18.10 08X18H12F 00Cr26Ni7Mo2Ti 00Cr26Ni17Mo2Ti(雙相)

表1-2馬氏體、鐵素體、奧氏體、雙相不銹鋼的化學成分

鋼號 C Si Mn Cr Ni Mo Ti Nb S P

2Cr18Ni9 0.12-0.22 ≤1.0 ≤2.0 17-19 8-11 ≤0.03 ≤0.035

1Cr18Ni9(304) ≤0.015 ≤1.0 ≤2.0 17-19 8-10 ≤0.03 ≤0.035

0Cr18Ni9(304L) ≤0.08 ≤1.0 ≤2.0 17-19 8-11 ≤0.03 ≤0.035

1Cr18Ni9Ti ≤0.12 ≤1.0 ≤2.0 17-19 8-11 5×(C-0.02~0.8) ≤0.03 ≤0.035 0Cr18Ni9Ti(321) ≤0.08 ≤1.0 ≤2.0 17-19 8-11 5×C%~0.7 ≤0.03 ≤0.035 0Cr18Ni11Nb(347) ≤0.08 ≤1.0 ≤2.0 17-19 9-12 ≤10×C% ≤0.03 ≤0.035 0Cr17Ni12Mo2(316) ≤0.08 ≤1.0 ≤2.0 16-19 11-15 1.8-2.5 5×C%~0.7 ≤0.03 ≤0.035

00Cr26NiMo2Ti(雙相) ≤0.03 0.4-0.8 ≤1.5 25-27 6.5-7.5 1.5-2.5 0.3-0.5 ≤0.03 ≤0.035 1Cr13(410) ≤0.15 ≤1.0 ≤1.0 11.5-13.5 ≤0.03 ≤0.035

2Cr13(420) 0.16-0.25 ≤1.0 ≤1.0 12-14 ≤0.03 ≤0.035

3Cr13 0.26-0.35 ≤1.0 ≤1.0 12-14 ≤0.03 ≤0.035

4Cr13 0.36-0.45 ≤1.0 ≤1.0 12-14 ≤0.03 ≤0.035

1Cr17(430) ≤0.12 ≤0.8 ≤0.8 16-18 ≤0.03 ≤0.035

1Cr17Ti ≤0.12 ≤0.8 ≤0.8 16-18 5×C%~0.8 ≤0.03 ≤0.035

0Cr17Ti ≤0.08 ≤0.8 ≤0.8 16-18 5×C%~0.8 ≤0.03 ≤0.035

1Cr25Ti ≤0.12 ≤1.0 ≤0.8 20-27 5×C%~0.8 ≤0.03 ≤0.035

表1-3馬氏體、鐵素體、奧氏體和雙相不銹鋼的室溫力學性能 鋼號 熱處理制度

σbMpa σsMpa δ(%) ψ(%)

2Cr18Ni9 1100-1150oC水冷 568 216 40 55

1Cr18Ni9 1100-1150oC水冷 1100oC水冷 539 540-706 196201-382 45 48.8-69 50 59.5-81 0Cr18Ni9(304) 1080-1130oC水冷 490 196 45 60

1Cr18Ni9Ti 920-1150oC水冷 1100oC水冷 540 541-790 205 196-510 40 40-81 45 55-79.5 0Cr18Ni9Ti(321) 950-1050oC水冷 1100oC水冷 541 554-653 196 245-328 40 46-62 55 57.2-78.3

00Cr18Ni10 1050-1100oC水冷 1100oC水冷 480 510-745 177 196-490 40 45-68.5 60 68-81.5

0Cr18Ni11Nb 900-1100oC水冷 1100oC水冷 520 539-632 205 235-304 40 40-57 50 63.5-75.5

1Cr18Ni12Mo2Ti 1000-1100oC水冷 530 205 40 55

00Cr18Ni17Mo2Ti 1000-1100oC水冷 539-767 216-414 41.2-67 55-77.5

00Cr17Ni4Mo2Ti 1010-1150oC水冷 1050oC水冷 480 260 177 578 40 54 60 60 0Cr17Ni14Mo2(316L) 1010-1050oC水冷 1050oC水冷 1100oC水冷 480 265 230-225 177 578 505-554 40 54 56-63.5 60 76 76-81

00Cr26Ni7Mo2Ti 1080oC水冷 674 544 29.6 66.8

1Cr13(410) 1000-1050oC淬火(油、水冷)700-790oC回火(油、水、空冷) 588 412 20 60 2Cr13(420) 1000-1050oC淬火(油、水冷)660-770oC回火(油、水、空冷) 647 441 16 55 1Cr17(430) 750-800oC空冷 750-800oC空冷 450 412-632 205 245-485 22 20-57 50 50-80.5 2.

2.我國不銹鋼和不銹鋼管市場需求及預測

2.1我國不銹鋼市場需求及預測

(1)我國不銹鋼生產和消費現狀 進入90年代以來,世界不銹鋼生產和技術有了進一步發展,世界不銹鋼市場呈現供大于求的局面,全世界不銹鋼粗鋼產量1996年為1242萬噸,1997年1610萬噸,1998年為1600萬噸,1999年為1700萬噸,2000年達到1905萬噸。2001年為1850萬噸。

從上可以看出2001年比2000年下降了3%,主要原因是世界不銹鋼的生產量出現過?，F象,二是2001年下半年油價上漲所造成。根據預測分析2000年-2005年不銹鋼將是增長的趨勢。 2000年我國不銹鋼和鋼材的產量在市場驅動下有大幅度的增長,全年共產不銹鋼52.3萬噸,鋼材60.96萬噸,和1999年相比,鋼增加20.03萬噸,增長率為78%;鋼材增加 20.44萬噸,增長率為72%,創歷史最好水平。從而打破了我國不銹鋼產量長期以來停留在年產量30多萬噸的局面。

然而,從我國目前實際的不銹鋼產銷狀況分析,仍為供不應求,1999年我國不銹鋼材消費量達160.36萬噸(見表2-1)2000年為180萬噸。 表2-1 1999年我國不銹鋼材生產量和消費兩構成狀況 (單位:萬噸)

不銹鋼材品種 生產量 進口量 出口量 表觀消費量 骨干企業 地方企業

薄板(帶) 23.95 10 60.47 0.61 93.81

熱軋板 6.18 27.64 0.58 33.24 其中:≥475 (6.18) (8.86) (0.58) (14.46)

長材類 8.88 3.3 8.33 0.99 19.52 其中:線材 (1.19) (2.99) (4.18) 鋼錠及半成品 7.22 0.24 6.98

管材類 0.75 5.0 1.16 0.36 6.55

復合板及其他 0.26 0.26

合計 40.02 18.3 104.82 2.78 160.36

注:國內表觀消費量=生產量+進口量-出口量 不銹鋼進口量由海關提供 我國近10年來不銹鋼需求量年均以15%以上的速度增加,增長速度是世界平均水平的2.3倍。1999年國內不銹鋼年消費量已達160萬噸以上,1999年不銹鋼消費組成和消費行業分布如圖2-1和圖2-2。 圖2-1 1999年不銹鋼市場按品種分布 圖2-1 1999年不銹鋼消費行業分布

(2)我國不銹鋼市場預測分析

隨著國民經濟的快速發展,我國不銹鋼需求也將同步或超常增長,在"十五"期間,國民經濟增長按7%設定,預計到2005年不銹鋼需求將達到230萬噸,其中熱軋板50萬噸,冷軋130萬噸,長材30萬噸,管材無縫管8萬噸。而2010年我國不銹鋼市場消費將達到260萬噸?；具M入不銹鋼消費大國,人均不銹鋼消費量由現在的0.8公斤上升到1.86公斤。但即使這樣,與國際先進水平相比仍有相當差距。對此可以看出:我國不銹鋼市場的潛力是巨大的,而我們現有的發展是有限的。

表2-2是我國2000-2010年不銹鋼市場需求預測。 表2-2 2000-2010年我國(大陸)不銹鋼市場需求預測 (單位:萬噸)

品種 鋼種 用途 2000年 2005年 2010年

薄板 304、321、430 焊管、鏡面花紋加工、飲食設備、建筑裝飾等 100 130 150

熱軋板卷 304、310、316、300、400 化工、能源冷軋板原料、飲食、機械等 40 50 55

棒線型材 300、400

標準件、機械加工、交通、裝潢 23.5 30 33

管材(無縫) 304、316 化工、化纖、化肥、石化等 6.5 8 10

其他 300及高鎳系列 鍛件、高溫用料等 10 12 12 合計 180 230 260

(3)我國"十五"期間不銹鋼行業發展規劃

今后五年是我國不銹鋼行業發展的五年,也是至關重要的五年。由于不銹鋼受國家政策的鼓勵和扶植,國內大型鋼鐵企業將不惜巨資進行改擴建和新建不銹鋼工程。國家已制定出2000-2010年不銹鋼工業的發展規劃。即從2000年到2005年,我國將國內不銹鋼市場占有率從現在的25%提高到70%,其中薄板和帶材從現在的20%上升到60%,大多數不銹鋼管、棒線型長材要實現國產化。另外,隨著光亮熱處理不銹鋼產量和質量的提高,要增加奧氏體鐵素體不銹鋼的產量;精煉比和連鑄比要從現在的30%和15%上升到65%和70%的水平。 從2005年到2010年,國內不銹鋼市場占有率提高到90%左右,屆時與2000年到2005年達到33%相比,國產不銹鋼的80%以上將達到國際高質量標準。在2000年到2005年,我國要對現有的不銹鋼生產設備進行升級,并增加150萬噸/年新的不銹鋼生產能力,增加60萬噸不銹鋼薄板和帶材,以滿足來自工業用戶和建筑領域日益增長的需求。表2-3是我國"十五"期間大型不銹鋼企業發展目標計劃。

從以上國內不銹鋼產銷的分析和對比可以得出,我國在未來5-10年不銹鋼的市場潛力是巨大的,隨著國內不銹鋼骨干企業改擴建和新建項目的陸續完成,不銹鋼產能將有較大的提升,到2005年,國內不銹鋼的生產能力將超過230萬噸左右,其本滿足市場需求。但是,隨著全球經濟一體化的到來,國內不銹鋼市場也勢必面臨國際市場的挑戰,即我們的對手將是國際著名的不銹鋼大財團,競爭無疑是相當激烈的,對此,作為國內不銹鋼生產企業應從抓好增加品種、提高質量、改進服務,使我國不銹鋼生產和技術達到國際先進水平。

2.2我國不銹鋼管生產和消費現狀、市場需求及預測分析

(1)我國不銹鋼管材消費的特殊性及主要消費領域我國不銹鋼管材的消費與國外相比有著自己的特殊性。就不銹鋼而言,發達國家的不銹鋼產量占鋼產量的1.7-3.8%,人均消費不銹鋼12-16公斤;不銹鋼管質量占鋼產量的3-5%左右,人均消費不銹鋼管材0.3-0.6公斤;我國不銹鋼產量僅占鋼產量的0.5-0.6%之間,人均消費不銹鋼在1.2-1.4公斤,但不銹鋼管材的年產量超過20萬噸,其中不銹鋼焊管大部分原料靠進口,人均消費不銹鋼管達到0.2-0.4公斤。我國不銹鋼管材的特殊性表現在人均消費水平相對較高,與發達國家基本接近。

不銹鋼管材分為無縫管和焊管。我國不銹無縫鋼管起步較早,于20世紀50年代末;到目前為止,生產不銹鋼無縫鋼管的企業4約有200多家,綜合生產能力在10萬噸以上,但生產高標準工業用管的企業不到10家,年生產約10000噸左右。2000年不銹鋼無縫鋼管產量約為65000噸,2000年進口4129.86噸,表觀消費量為69000噸/年。

不銹鋼鋼管消費領域為化工,化纖,化肥及核工業,這些領域消耗的是高品質不銹鋼管,還有一般用的不銹鋼管,年消費量69000噸主要由這兩部分組成。

我國不銹鋼焊管起步較晚,發展較快,到目前為止,不銹鋼焊管生產線約400多條,估計生產能力在40萬噸/年左右,其中引進的生產線有100多條,生產能力約8-10萬噸/年,能生產高標準工業用管的生產能力很少,產量更少,大部分機組主要用于生產民用管和低標準工業用管。由于不銹鋼焊管是二次加工產品,是用鋼帶焊成,生產企業較多,且分散,其產量和消費量各方面的統計出入較大,最高達33萬噸/年,估計有的統計包括了鏡面板和發紋板內。按照多方面的統計資料分析,確切數據我國目前不銹鋼焊管生產量和消費量在20萬噸/年左右,消費量和生產量基本平衡。不銹鋼焊管的進口量很少,2000年進口量僅為4129.86噸,出口量為281.39噸,所以進出口量對消費量影響不大。

表2-4為我國1989-2000年不銹鋼管生產量和消費量統計。 不銹鋼管材的消費分為焊管和無縫鋼管,國內焊管消費量在20萬/年左右,無縫鋼管約在6.0-6.9萬噸/年。(見表2-4)

表2-4 我1989-2000年不銹鋼管產量、進口量和消費量 (單位:萬噸)

年份 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00

國產量 無縫管 4.49 3.28 3.9 4.62 5.11 5.25 5.08 5.14 5.80 6.01 6.18 6.5

焊管 0.6 0.9 1.4 3.8 11.5 14.5 15.7 17.8 18 18.8 19.2 20.2

進口量 1.08 1.2 1.08 0.96 1.1 1.4 0.98 0.9 1.02 0.88 0.87 0.83

消費量 6.77 5.38 6.38 9.38 17.7 21.1 21.7 23.8 24.8 25.7 26.2 27.3

不銹鋼焊管的主要使用領域是城市景觀工程和建筑裝飾工程;在輕工、制藥、造紙、污水治理、供水工程等也有相當比重;在化工、化肥、石化等一般選用規格在φ159mm以上的中低壓輸送管道,汽車消聲器也是焊管的使用領域。

不銹鋼無縫管主要用于化工、化肥、化纖、石化、電力、核工業、航空、航天等領域。

表2-5是我2000年不銹鋼管主要消費領域分布統計。

(2)我國不銹鋼管材的發展前景和市場預測分析

據統計分析,到2005年2010年,我國不銹鋼管材的消費量將分別達到40和50萬噸。有人認為我國供水管應大量改用不銹鋼管,預計2010年供水用不銹鋼管需約30萬噸,如果這樣,不銹鋼管材總消費將達到80萬噸。

表2-6為我國2005年和2010年不銹鋼管(包括無縫管和焊管)消費量預測。

表2-5 2000年我國不銹鋼管主要消費領域分布統計 消費領域 無縫管 焊管 合計 消費量(t) 比例(%) 消費量(t) 比例(%) 消費量(t) 比例(%)

化肥 4800 6.96 1800 0.88 6600 2.42 化工 6000 8.70 4000 1.96 10000 3.66

石化 9200 13.73 3200 1.57 12400 4.54

電力 18000 26.09 1000 0.49 19000 6.96 核工業 300 0.43 100 0.05 400 0.15

航天 1000 1.45 1000 0.37

航空 900 1.30 900 0.33

輕工(印刷、造紙) 2000 2.90 3000 1.47 5000 1.83

環保 4000 5.80 2400 1.18 6400 2.34

供水 1500 2.17 5000 2.45 6500 2.38

汽車消聲器 3000 4.35 1000 0.45 4000 1.46

城市景觀及裝飾 5000 7.25 158600 77.70 163600 59.9

其他 13300 19.27 24000 11.80 37300 13.66

合計 69000 100 201400 100 273100 100

表2-6 2005年和2010年我國不銹鋼管材消費量預測 (單位:噸)

消費領域 2000年 2005年 2010年

化肥 6600 7800 9600

化工 10000 14000 20000

石化 12400 16000 18000

電力 19000 20000 22000

核工業 400 2000 6000

航天 1000 1500 2000

航空 900 1500 2000

輕工(印刷、造紙) 5000 8000 15000

環保 6400 10000 20000

供水 6500 10000 20000

汽車消聲器 4000 6000 8000

城市景觀及裝飾 163600 252000 310000

其他 37000 48000 55000

合計 273100 396800 507600

我國不銹鋼管材發展前景十分看好。到2005年無縫鋼管的生產能力與市場需求大體平衡,預計能生產高標準無縫管的企業增多,高標準無縫管實際年產量可達40000噸左右。低標準的建筑裝飾用焊管生產能力將維持40萬噸/年左右。有部分企業將向能生產高標準的工業用焊管邁進。再有5-10年,我國不銹鋼管的品種、材質、規格和使用性能將會全面提高,基本能滿足國內各行業的需求。

3.世界不銹鋼管生產技術的發展趨勢

3.1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"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精煉裝置。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AOD"二步法"冶煉不銹鋼也是可行的。目前世界60%以上的不銹鋼產量是用"二步法"工藝生產的。

目前,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-軋坯相比,金屬收得率提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,并采取各中間包加熱,無氧化保護澆鑄,電磁攪拌、液在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鋼種都能順利澆鑄,擴大了不銹鋼連鑄的鋼種。

3.2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,表3-1是世界上主要不銹鋼管廠采用的擠壓機組及生產的品種規格。

擠壓與軋制(縱軋與斜軋)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縮應力。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。由于立式液壓穿軋工藝設備的改進,可使擠壓后的荒管壁厚偏差達到5-7%的精度。擠壓機工模具簡單,易于制造和更換,使其適合小批量、多規格不銹鋼管的生產。擠壓機組還可以生產較寬范圍的鋼管,從表3-1可以看出,一套5000噸的擠壓機組可生產φ25-254mm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好處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和為冷加工提供的荒管料,是國外目前熱加工不銹鋼管生產廠采用一種較經濟的先進的成熟的方法。 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。用單一二輥斜軋為冷加工提供荒管料的方法,國外已基本不采用了。

3.3冷加工不銹鋼管趨向于采用冷軋為主,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 不銹鋼管的50-80%需要通過冷加工出成品。因此,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-冷拔聯合工藝。不銹鋼管的冷加工國外大多數采用冷軋-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、輔用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-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;可采用大規格荒管原料生產小直徑的鋼管,簡化原料規格種類。

目前,世界上冷軋和冷拔工藝技術和裝圖示水平有了很大的發展。冷軋機正向高速、長行程、環軋型、高精度的方向發展。這類冷軋機是德國的米爾公司制造的。表3-2是米爾公司制造的冷軋管機技術性能。

機組型號 管坯直徑(max)mm 成品管直徑mm 軋輥直徑mm 軋輥長度mm 工作速度rpm 功率km KPW50VM 75 100 125 175 225 250 51 76 102 133 175 230 260 14-38 20-60 30-80 48-113 76-150 114-205 140-230 280 336 403 480 640 760 800 370 455 545 630 840 950 950 75-190 60-160 55-140 50-125 375-90 375-75 20-40 90 180 240 350 650 1200 100 KPW25VMR 50 75 100 125 28 51 76 102 133 8-20 14-38 20-60 30-80 48-113 185 300 370 450 520 360 600 740 890 1000 100-260 75-190 60-160 55-140 50-125 37 165 300 400 550 SKW50VMR 75 100 125 150 51 76 102 133 160 14-38 20-60 30-80 48-113 50-120 300 370 450 520 580 680 820 950 1050 1100 70-180 60-150 50-130 50-115 40-100 200 350 500 700 960

俄羅斯XПT系列冷軋管機應用也比較廣泛,尤其是軋制大中規格產品的冷軋管機,其性能參數具有當代世界先進水平。XПT450型冷軋管機,可生產φ450mm的冷軋成品管,是當前世界上最大的冷軋管機,我國南通某鋼廠進口了一套這樣的冷軋機。

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。

3.4焊管工藝技術進步,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中得到廣泛應用。

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采用多電極多焊炬的焊接方法在生產中應用。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,明顯提高焊速。一般采用三電極焊炬的氬弧焊,焊接鋼管壁厚S≥2mm,焊接速度比單焊炬提高3-4倍,焊接質量也得以改善。

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卻是較新的技術。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領域。

高頻焊接具有較電源功率,對不同的材質、外徑壁厚的鋼管都能達到較高的焊接速度。與氬弧焊相比,是其最高焊接速度的10倍以上。因此,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。目前,高頻焊不銹鋼管尚不能為化工、核工業所接受,這也是其原因之一。

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,也成功地焊接了鐵素體不銹鋼AISI409等鋼種。

(3) 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、法國等國家的不銹鋼焊管生產已掌握了一定的組合焊接技術。

組合焊接方法有:氬弧焊加等離子焊、高頻焊加等離子焊、高頻預熱加三焊炬氬弧焊、高頻預熱加等離子加氬弧焊。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。

3.5采用保護氣體的連續熱處理爐,實現光亮熱處理 不銹鋼管熱處理國外普遍采用帶保護氣體的無氧化連續熱處理爐,進行生產過程中的中間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,小時產量為1.0噸以上?？墒褂玫谋Ｗo氣體為高純度氫氣、分解氨及其他保護氣體?？梢耘鋫溆袑α骼鋮s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0.3-1.0噸,處理鋼管長度可達40米,也可以處理成卷的毛細管。

(3)馬弗式光亮熱處理爐。鋼管裝在連續的把架上,在馬弗管內運行加熱,能以較低的成本處理優質小直徑薄壁鋼管,小時產量約在0.3噸以上。

3.6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脫碳,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、好回收、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的。這個技術是生產高品質不銹無縫鋼管的必須技術。我國用于航天技術,核工業的不銹鋼管都是引進這個技術生產的。

3.7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測手段。無損檢測技術的進步,使用更多的廠家采用了渦流、超聲波組合探傷機組,機組中配備激光測徑、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,都是目前世界上廣為采有用的不銹鋼管精整高效率生產設備。

3.8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。例如:

(1)不銹鋼焊管加冷拔生產工藝 美國開發研究了焊接鋼管再行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、氬弧焊接后的焊管,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加冷拔(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0Crl8Ni9Ti鋼管進行2-3次溫軋無需進行中間退火,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,減少了拉拔時的磨擦力,鋼管在拉拔模和芯棒之間承受擠壓而減少了拉應力帶來的結果。

4.我國不銹鋼管生產現狀以及與世界先進水平的差距

4.1我國不銹鋼管生產和技術的現狀

近20年來,我國不銹鋼管生產和技術有了一定的發展,引進了一批工藝技術先進的生產設備,工藝技術和裝備水平得到了提高,生產能力有了較大幅度的增長。尤其是不銹鋼焊管,新建機組數量和形成的生產能力都大于無縫鋼管。 我國不銹鋼無縫鋼管主要生產廠家有上鋼五廠、長城特殊鋼廠、大冶特殊鋼廠、成都無縫鋼管廠等骨干企業,此外,還有一批鄉鎮和民營企業應運而生,目前全國有大小不銹鋼無縫管生產廠200多家,綜合生產能力在10-15萬噸/年,生產量約在6.5萬噸/年左右?？缮a的外徑規格為φ0.5-426mm,甚至更大。熱軋鋼管已開始用連鑄園坯生產不銹鋼管。冷加工配備了具有90年代先進水平的冷軋冷拔管機、光亮熱處理爐、脫脂及精整設備。

不銹鋼焊管在我國起步較晚,但發展速度較快,從1986年起,開始大量引進國外設備和技術生產不銹鋼焊管,到目前為止,不銹鋼焊管生產線約有400多條,綜合生產能力約為40萬噸/年,其中引進的機組有100多條,生產能力約10萬噸/年左右?？缮a的不銹鋼焊管為φ4.76-720mm,就機組大小而言,85-90%是生產Φ90mm以下的小規格機組。生產的鋼種以奧氏體鋼為主,其他鋼種甚少。由于原料供應不足,加之多數機組工藝設備不配套,尤其缺少熱處理和檢測設備,使機組的生產能力得不到充分發揮,工業用不銹鋼焊管生產受限制,工業用管生產量不超過2萬噸/年,生產的大部分不銹鋼焊管為裝飾用管。

總之,我國不銹鋼管生產技術雖然有了一定的進步,但是與國外先進的工業國家相比還存在著較大的差距。以致目前國內一些重要領域使用的不銹鋼管,如不銹鋼高壓鍋爐管、尿素管、核電站蒸發氣管等仍然依靠進口。

4.2我國不銹鋼無縫管生產存在的問題以及與國際先進水平的差距

不銹鋼無縫管是以實心坯為原料,以熱穿孔、熱軋或冷加工生產出鋼管,機組的類型和水平主要取決于熱加工,冷加工(主要方式是冷軋和冷拔)以及熱處理工藝。因此,不銹鋼無縫管的生產和產品質量主要取決于管坯原料、熱加工和冷加工等主要環節。正是在這些主要環節上,我國不銹鋼無縫管的生產技術存在著很大差距。

(1)不銹鋼管坯生產工藝落后 我國不銹鋼冶煉工藝落后,不但沒有最新的"三步法"冶煉工藝設備,而且就是采用電爐+AOD"二步法"冶煉不銹鋼,一般爐子容量小,裝備水平低,且沒有連鑄機,幾乎全部采用鋼錠-開坯軋制(鍛造)生產工藝。這是不銹鋼成本高的主要原因,也是與國外的最大差距。目前,只有個別廠采用水平連鑄機開始生產少量不銹鋼管坯。除了幾個特殊鋼廠能夠自供管坯外,大多數廠家都是外購管坯,而外購管坯的品種、質量、規格很難全部滿足用戶的工藝要求,同時,價格也高。能夠自供管坯的企業,雖然能夠自己煉鋼、鍛(軋)坯,但由于要求管坯的鋼種、規格多而雜,質量要求又高,數量又少。所以,其生產成本往往也很高,致使不銹鋼無縫管的價格高,缺乏市場競爭能力。http://www.wgbxg.com(2)不銹鋼管熱軋生產工藝差距大 我國目前不銹鋼管熱軋生產主要采用曼式斜軋穿軋工藝。采用斜軋穿孔工藝生產不銹鋼管的問題是:一是不能生產熱軋成品管,只能為冷加工提供坯料,由此導致了我國不少鋼管的使用領域中還存在著"以冷代熱"的不合理現象;二是不銹鋼管的質量難于保證,因為斜軋穿孔過程中的"曼內斯曼效應"和不銹鋼的低塑性、加熱溫度范圍窄,以及變形過程中的溫升,難于保證不銹鋼荒管的質量。因此,對一些重要用途的不銹鋼管,如核電站用蒸發器管等,用戶都指定必需用擠壓工藝生產供坯;三是對一些難變形合金,如鎳基高溫合金GH39及Si含量高的25-20不銹耐熱鋼等用斜軋穿孔的方法很難和無法生產,即使生產其穿孔的成材率也極低;而擠壓工藝就能生產出高質量的熱成品管或冷加工用的荒管;四是由于我國生產不銹鋼管時僅使用了自動軋管機組中的曼氏穿孔機而未用后面的軋管機、均整機和定徑機,因此,生產的荒管尺寸精度差,壁厚較厚,這就給冷加工增加了很大的變形量;五是斜軋穿孔工藝無法生產異型斷面管。因此,國外普遍采用熱擠壓工藝生產不銹鋼無縫管,這是我國不銹鋼無縫管生產與國外先進國家相比的根本差距。(3)冷軋冷拔工藝和裝備水平低 在冷軋和冷拔生產裝備和工藝技術方面,近十多年來,國外已有了很大的發展。高速、長行程、環孔型、高精度的冷軋管機已經成熟,并向更高的目標發展;冷拔管機正向高速、多線和全自動發展。 國內冷軋管機基本上還是蘇聯五、六十年代的XПT型設計,軋機的速度低,機頭的回轉速度僅80次/分左右,軋輥為半園孔型,低送進,因而生產效率較低,鋼管的質量較差。(4)熱處理工藝水平更低 熱處理是保證不銹鋼管性能的重要工藝。目前,國內不銹鋼管的熱處理普遍采用連續式輥底爐,這是一個很大的進步。但是,由于使用的連續式輥底爐沒有保護氣氛控制系統。另外,用發生爐煤氣作燃料,熱處理后鋼管表面生成氧化鐵皮,隨后用酸洗去除,使鋼管表面腐蝕和造成環境污染。國外普遍采用可控保護氣氛系統的輥底式、網帶式和馬弗管式熱處理爐處理不銹鋼管,鋼管表面無氧化不需要酸洗,保證了良好的性能和表面質量。因此,應向有保護氣氛控制系統的光亮熱處理工藝發展。

4.3我國不銹鋼焊管生產與世界先進國家的差距 不銹鋼焊管是以板帶為原料,經成型后焊接而成的鋼管。因此焊管有三個要點:一是原料采用不銹鋼帶;二是成型方法一般采用輥式連續成型;三是焊接方式采用氬弧焊或高頻焊,因而有一條焊縫。正是這三點決定著不銹鋼焊管機組的類型和水平。也正是這三點,決定著不銹鋼焊管的生產和產品質量。

(1)不銹鋼焊管的原料上有差距 在國外先進國家,由于板帶生產技術的領先,有專業不銹鋼煉鋼廠、熱軋帶鋼和冷軋帶鋼廠,能生產出高質量的不銹鋼板帶供焊管作原料,推動了不銹鋼焊管工業的發展,并在品種上不斷有所突破,特別是工業用不銹鋼焊管的比例不斷提高,在美、日、法等國工業用不銹鋼焊管的比例達到60-70%。在我國基本上沒有先進的不銹鋼冶煉廠,更沒有專業的不銹鋼熱軋帶鋼和冷軋帶鋼廠生產高質量的不銹鋼板帶。不銹鋼焊管的原料一是靠進口;二是由國內的冷軋窄帶鋼作原料。這樣進口的價格貴,自產的質量不穩定,致使焊管機組沒有穩定的、高質量的原料。 近幾年來,我國有了一定的進展,改造了太鋼不銹鋼冷軋帶鋼廠、建設了寧波寶新和張家港浦項冷軋不銹鋼板卷廠,上海浦鋼和德國克虜伯合資的SKS不銹鋼冷軋帶鋼廠正在建設中。我國不銹鋼焊管原料的品種和質量將會不斷提高。

(2)不銹鋼焊管的成型及焊接設備有差距 中小直徑的不銹鋼焊管一般采用連續輥式成型,由于不銹鋼帶彈性模量大,變形回彈大。因此,必需增加變形區長度、合理的選擇機架數和孔型設計,保證機架的強度和剛度,提高焊管質量。我國大部分焊管機組80年代從國外引進,后來國內消化移值,與國外機組相比有差距,不能生產要求高的工業用管,僅能用于生產裝飾管等低標準民用管。因此,為達到國外機組的水平尚需進一步研究開發。

(3)不銹鋼焊管的焊后處理工藝設備有差距 對于要求高的工業用不銹鋼焊管,必需對焊縫進行平整和焊縫固溶熱處理,國外焊縫平整的方法有多種,一般采用控制焊接工藝、鍛打和用刀刮等;對于焊縫熱處理一般采用在線中頻感應加熱固熔處理,也有采用線外保護氣氛輥底式連續熱處理爐處理。民用管不需進行焊后處理。我國不銹鋼焊后處理水平較低,大部分機組沒有焊后處理設備,與國外相比相差較遠。 此外,我國不銹鋼焊管的檢測、精整、打捆、標記等設備都比較落后,急需進一步提高。

結束語: 我國不銹鋼管生產經過40多年特別是近20年來的發展,無論是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,我國不銹鋼管廠在生產工藝、裝備水平、操作技術、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。

從市場分析和預測可以看出,我國不銹鋼管前景看好。但是我們必需清醒地看到,隨著經濟全球一體化的到來,國內不銹鋼管市場也必需面臨國際市場的挑戰,即我們的對手將是國際著名的不銹鋼大財團,競爭無疑是相當激烈的。對此,作為國內不銹鋼管生產企業,應從抓好技術改造,提高工藝技術和裝備水平,加強現代化管理,提高生產效率、增加品種、提高質量、降低成本、改進服務,使我國不銹鋼管生產和技術達到國際先進水平。這樣,才能占領國內不銹鋼管市場,并積極開拓國際不銹鋼管市場。

為此,我國不銹鋼管的生產發展應該是:

無縫管 我國不銹鋼無縫管的生產應采用世界通用的先進工藝和裝備,用熱擠壓工藝生產不銹鋼無縫鋼管,直接生產熱擠壓成品管;一部分采用冷軋冷拔聯合工藝生產冷加工品。我國長城特鋼公司有這種先進的生產工藝和裝備,經過"八五"期間的改造,具備了條件,應該更多的生產化工、化纖、化肥、核工業和航天等領域的無縫鋼管;我國要新建不銹鋼、高合金無縫管廠應該采用熱擠壓和冷軋冷拔(以冷軋為主)的工藝和裝備,這是世界先進和成熟的工藝技術。另外,我國普遍采用的曼內斯曼穿孔加冷拔(冷軋)生產不銹鋼管的工藝,經過40多年的發展,已有200家左右眾多的大大小小生產廠,為國家做出了貢獻。但是產品質量不高,成材率低,應該進一步優化生產工藝和提高裝備水平。首先要提高穿孔工藝生產水平,同時,要采用軋拔相結合以軋為主的工藝,加強和改進熱處理工藝,在市場競爭中優勝劣汰,壯大一批,淘汰一大批。

焊管 我國不銹鋼焊管生產,近20年來發展很快,已建設了約400條生產線,這些生產線中,約90%只能生產小于114(76)毫米以下的民用裝飾管和低檔次工業用管。隨著"十五"我國不銹鋼行業的改造和發展,優質鋼板帶生產量的增加,焊管坯料條件大大得到改善。因此,應該借助于國外不銹鋼焊接技術的進步,建設幾套工藝完整、設備先進、后處理工藝設備齊全的新機組,開發化工、化肥、化纖、石化、能源和航天等領域的高檔次、高附加值產品和大規格的產品,適當提高焊管的比例,以替代一部分無縫管,這是當前國外不銹鋼焊管發展的趨勢。