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宏盛特钢不锈钢管的生产工艺流程
发布者:不锈钢管厂(www.zjhstg.com) 发布时间:2020/4/17 阅读:555

 以浙江宏盛特钢有限公司生产1Cr18Ni9Ti不锈热轧钢管为例(生产冷拔坯较简单)。由图可以看出,不锈钢管的生产流程较碳钢要复杂些,特别是管坯准备和精整工序较多较全。

 

一、不锈钢管的技术条件

不锈钢管应符合以下技术要求:

 1. 化学成分应符合有关国家标准;

 2.钢管热处理(固溶处理)后的机械性能应符合下表规定。

3. 钢合经B法晶间腐蚀试验符合要求;

4. 不锈钢管经扩口试验,扩口处应无裂纹、裂口;

5. 其他见有关标准。


二、管坯

 76~100机组所用的不锈钢管坯多由电弧炉冶炼,有锻坯和轧坯两种。

 管坯应进行以下各项检验:a相鉴定,低倍组织和高倍组织,塔形车削,化学成分,几何尺寸公差,表面质量。
   
 管还表面质量要求是:表面不得有严重的折叠、裂纹、结疤、夹杂等缺陷;对少经剥皮的管坯而言允许有深度不大于2毫米的缺陷存在。

  对a相和晶粒度的规定是:奥氏体钠的a相≤3级,晶粒度5~8级。

  对合金钢管坯做严格的检查,一是为了保证最终产品的质量,二是为了保证热轧时金属有良好的加工性能,因为特殊合金钢价格昂贵。如果钢质不良会造成大量的废品。管坯存在着经加热不能去除(氧化烧掉)而残留在表面上的严重缺陷时,经过塑性变形缺陷将扩大和加深,给最终产品造成大量缺陷。

  要求管坯的几何尺寸尽可能精确,也是为了减少轧制废品,如管坯直径过小或椭圆度、弯曲度过大将恶化穿孔咬入条件,直径过大则增加穿孔时的压缩量,容易导致孔腔形成等缺陷。

  管坯冶炼和浇注条件对加工性能的影响主要是夹杂物含量、气体含量、表面裂纹以及低倍组织(缩孔、中心疏松)等,如本书第二章所述。


三、管坯截断、剥皮和定心

  普通钢的管坯多用剪切机切断对于不锈钢管坯由干剪切断面质量要求高(如保证穿孔时咬入顺利、内折缺陷少、两端部壁厚不均小等),剪切机不能满足要求,一般多采用锯机锯断。

  60~100机组所用的锯机有砂轮锯、弓形钢和圆盘锯等。

  此外,不锈钢因强度较高、硬化现象严重,用剪机剪切也有困难。对强度极限较高的钢种如30CrMnSiA,GCr15等,在剪机上剪切时容易在剪切端面产生剪切裂纹(深到20~30毫米),这就容易造成毛管端部破裂。这类钢也多用锯切或经预热后再剪切。这类钢也有用火焰切割的,但切割端面质量较差,金属消耗大。

  不锈钢管坯一般都要经剥皮处理,以去除表面缺陷。但有的工厂对非航空用的不锈钢管坯则不剥皮而用砂轮研磨。表面缺陷一般是在浇注钢锭时产生的。1Cr18Ni9Ti钢中加入了钛元素,钛和氧、氮有较大的结合力,在浇注钢水时,钦与空气中氧和氮接触,形成稳定的氧化钛和氨化钛,在钢水温度降低时来不及逸出便造成钢锭的表面缺陷。

 另外由于不锈钢导热性差和线膨胀系数大,所以冷热尺寸变化大。再加上塑性较差,表面易出现裂纹。管坯上的裂纹通过剥皮处理去除后可以较大地提高成品率,剥皮量一般在5~ 10毫米(按直径算)剥皮可在专用车床上进行。
   
 不锈钢管坯都需要定心。管坯定心利于咬入,可减小顶头前压缩量和毛管前端壁厚不均。有的厂对小直径管坯不定心(供冷拔料的)。


四、不锈钢管坯的加热

 管坯加热是不锈钢管生产的关键工序之一,它直接影响后步工序的正常进行,也影响着成品质量。加热质量的好坏在很大程度上决定于加热制度与加热操作。

 加热制度是指出炉温度、加热速度和对加热质量的要求。

 1.出炉温度

  碳钢的出炉温度一般可由相图确定,低于铁碳平衡图因相线下。对过热敏感性大、且在穿孔过程中有较高温升(用铝基顶头温升更大)的合金钢(特别是高合金钢),它们的出炉温度不能简单地由相图确定,而多由热扭转试验和小穿孔试验确定。

  不锈钢的出炉温度,应考虑以下几个因素:内部组织状态(如防止晶粒过大。口相较少),穿孔过程中的温升值;穿孔工具的使用,由加热炉到穿孔机的温降(特别是小断面管坯),终轧温度以及加工温度范围较窄等。综合各项因素考虑的结果是,用水冷顶头时出炉温度一般不超过1200℃(中心温度),“用钼基顶头时一般不超过1100℃。

  过去不少资料指出,1Cr18Ni9Ti不锈钢的加工温度范围很窄,这种说法不一定确切。根据76~100机组实际生产证明,不锈钢也具有较宽的加工温度范围。

  确定开轧温度也应照顾到终轧温度,从奥氏体不锈钢的相图可以看出,当温度800-850℃时含C<0.1%的钢就有铬的碳化物开始析出;碳化物析出使钢变脆,塑性降低。同时,在900~950℃缓慢冷却还会产生具有脆性的o相,它在a与y固溶体内溶解有限;析出时主要沿晶界分布,使钢塑性下降。但在热加工过程中钢在临界温度范围内持续的时间很短,o相来不及析出;所以在热加工的条件下,o相的影响不大。


 2.加热速度

  基于不锈钢导热性和塑性随温度变化的特点,不锈钢管坯最好采用三段式加热。图中1段为管坯原始温度;2段为低温慢速加热段,在炉外烘烤和在炉内预热段慢速加热。慢速加热的加热时间要充分,预热温度到850℃以上。3段为加热段。此时为了防止晶粒长大和提高炉子生产率,充分利用高温时钢的较大的导热性和塑性,采取快速加热。4段为均热段。短时间内均热,可使管坯内外温度一致。
    
  现场实际生产中一股多是控制炉见温度和预热段加热时间以及分批进炉。一般规定炉尾温度不大于750。860℃(76机组),预热时间45~60分钟。


  3.加热操作

  不锈钢管坯对加热的质量要求较高,表面要光洁,严防增碳和加热不均匀等。奥氏体不锈钢一般含碳量较低,高温下处于还原性气氛中会出现渗碳的倾向,而使耐蚀性降低,使加工性能变坏。因此,奥氏体不锈钢最好在氧化气氛中加热。另外需将管坯表面油迹擦净,并采用较大的空气过剩系数。

  加热过程中应当经常检查温度情况,在斜底炉中加热时翻钢操作力求迅速并准确地翻转180°,加热时要严防火焰直接喷射管坯。要防止产生阴阳面和端部温度偏高现象,并应使管坯沿长度和断面上加热均匀。

  在高温段不要停留时间太长;停轧30分以内时可将炉温降低,当停轧时间再长时应将管坯出炉。管坯出炉后1Cr13、2Cr13要堆冷,3Cr13和4Cr13要缓冷,奥氏体不锈钢需淬水。


五、不锈钢管坯的穿孔

  穿孔工序是生产不锈钢管特别是在一般二辊穿孔机上生产时的关键工序,因为不锈钢管很多缺陷是在穿孔过程中造成的。

  为了保证毛管质量首先要合理地选择穿孔的变形参数。

  高合金钢穿孔的主要困难就在于低的穿孔性能。临界压缩量较小,顶头前压缩量一般在标准范围内。但压缩量过小会造成穿孔过程不稳定,如咬入不良、滑移增加、前卡等。为了克服这些问题,管坯要定心,且定心孔的深度较其他钢种要大。

  顶头前压缩量过大,容易形成孔腔而产生内折缺陷。椭圆度系数取较小的值有利于提高毛管质量(如减小拉伸应力),可以限制横变形(不锈钢扩径量大)。但椭圆度系数过小也不行,会造成轧件旋转困难而轧卡;另外导板磨损厉害,也易造成外表面缺陷。因此穿轧不锈钢管时应经常检抽导板磨损情况并及时更换。椭圆度系数一般在1.07至1.08范围内。

  浙江宏盛特钢有限公司认为,奥氏体不锈钢塑性低、抗力大,穿孔时需采用较小的延伸系数,特别是对大直径管坯穿孔。我国76~100机组的生产实践证明,这种观点不完全符合实际情况。我国穿轧不锈钢管都采取一次穿孔,最大延伸系数到4,采用大动延伸系数既提高了产品质量又提高了产量,降低了消耗。一次穿孔条件下有的厂热轧半成品管(供冷轧冷拔坯料)的成品率达到99.5%以上。

  不锈钢管坯的直径,一般选得比毛管直径小。因为不锈钢穿孔时扩径量大。管坯长度主要受顶头质量的限制。穿轧不锈钢时由于顶头上的单位压力大,发热严重,顶头容易很快被磨损。如果管坯太长顶头磨损更厉害,有时一个顶头连一根管坯都穿不过就轧卡。即使顶头不被轧卡,在穿到毛管尾端时顶头磨损处的尖锐楞角很容易把毛管内表面刮伤并粘金属,产生内表面缺陷。同时随着顶头的磨损的压堆,顶头长度减小,导致顶头前压缩量增加,也容易产生内折缺陷。76~100机组用一般顶头(30CrNi3A)时。管坯长度达1.4米,而76机组一般都较短,只有1米左右。采用钼基顶头可增加管坯长度,有的资料介绍可到1.8来,甚至更长些。

  不锈钢和耐热钢穿孔时,一般都使用最低的轧辊转速。我国不少工厂实践证明,低的轧辊转速有利于低塑性难变形的金属穿孔。高合金钢穿孔时选用较低的转速不但有利于提高毛管质量,而且可以减小穿孔机负荷、减小滑移和改善咬入。当然,产量会相对降低些。

  增大轧辊倾角(前进角)对耐热钢穿孔是有利的,因为这类钢在穿孔过程中表现出有较大的滑移。增加前进角会使曳入力增加,有利于减小滑移。对不锈钢来说,由于具有高的变形抗力,增加前进角主要受电机负荷和顶杆强度的限制。据资料介绍5毫米不锈钢管坯穿孔时,前进角到11.5°,105毫米时,前进角到11°。

  为了提高不锈钢管的质量和增加经济效益,不锈钢管的穿孔最好选用新型穿孔机,如菌式穿孔机、导盘穿孔机、三辊穿孔机。


六、不锈钢管的轧制

  不锈钢的塑性随着温度下降而变坏,变形抗力随温度下降而猛增,轧制时的宽展较大,并应保证一定的终轧温度。因此,不锈钢管的轧制都采取高温快轧,并在有足够塑性和较小变形抗力的温度下(大约1050℃)完成。

  轧管的减壁量一般要取小一些,这是为了保证咬入可靠和减轻设备负荷,两道顶头差为1至2毫米。有的为了减小各道变形量轧三道,多数是轧两道。

  为了减小温降、改善管子内表面的质量,轧制时要关小轧辊冷却水,轧毕打开冷却水快速冷却轧辊,但应防止正冲轧槽。换轧不锈钢管时一般都是先用碳钢试轧。

  对于耐热钢,为了细化晶粒,轧管机上的轧制温度一般取得较低。


七、不锈钢管的均整

  不锈钢管的均整应快速完成;均整时关小冷却水,保证温度。另外,扩径量要小,轧管后管子的内径应比均整机顶头直径小1毫米。扩径量大容易卡钢和不咬入。


八、不锈钢管的定减径

  不锈钢管一般都经过定径,定径时的终轧温度应在800~900℃。不锈钢管定径时要注意防止轧辊粘金属,否则很容易在管子表面上造成压痕。

  金属粘结在轧辊上也容易发生在钢管减径机中。

  不锈钢管一般不经过减径(无张力减径机),这是因为减径时壁增厚量大。这样,在轧管机上需轧制更薄的管子是有困难的。小口径厚壁管也可经过减径。有的厂减径时,钢管先经过修磨,然后经再加热才减径。这样可保证减径管的质量。


九、不锈钢管的精整

  1.淬水(固溶处理)

  定径后的热管直接入再加热炉加热到1050℃,然后淬水。也可将管子冷却后重新加热(如电接触加热)淬水。不锈钢管需要固溶处理,这是不锈钢管精整特点之一。

  固溶处理的目的有三:
   
  a. 由于从高温下快冷,越过奥氏体的碳饱和曲线而达SK线,碳化物来不及析出,得到单一的奥氏体组织,可以提高抗腐蚀性能和塑性。
   
  b. 减弱奥氏体钢的晶间腐蚀倾向性,这是因为再加热时可把析出的碳化物重新溶解于固溶体内,同时也可减小各处铬浓度的差异(由于高温下的扩散作用)。
  
  c. 奥氏体不锈钢经水样还有助于破坏致密的表面氧化铁皮。

  水淬工艺中要严防增碳,普遍的和局部的增碳都会降低抗晶间腐蚀的性能,而且会给后步冷加工工序造成困难,所以用火焰炉加热时应给予充分注意。

  在电接触加热床上加热,可防止增碳,且加热质量好,加热均匀;但耗电大,劳动强度大。

  水淬制度是把不锈钢管加热到1050~1100℃,然后在低于40℃的水中快速冷却。
 
  水淬后不锈钢管要取样检查晶间腐蚀,不合格者要重新水淬。


  2.矫直

  由于经过水淬及搬运,有些管子弯曲度可能很大,弯曲度大于50毫米/米者需经过压力矫直机粗矫,然后再送到辊式矫直机精矫。由于不锈钢强度高、硬化严重,矫直力很大,这是矫直时应注意的。
    
  3.切管

  切管时尽可能采用大刀具,润滑冷却液要直对车刀,以求良好的散热条件,防止局部过热。
   
  由干不锈钢的强度大,切削时的能量消耗大,比切削同体积软钢要多耗50%左右能量。因此,应选用大号切管机,采取低转速、大进刀量并加断屑器。

  4.酸洗

  不锈钢管因使用场合重要、条件恶劣,对表面质量的要求是很高的。为了易于发现和检查表面缺陷,钢管需经过酸洗处理,酸洗后进行光泽处理,使表面光泽,提高钢管的耐蚀性。

  5.检查和修磨

  不锈钢管检查按标准要求进行,为了检查出内部缺陷一般都应采用无损探伤仪器检查,如超声波探伤仪等。
  
 修磨是指研磨抛光内外表面,有的厂抛光可达V4,修磨主要是为了去除表面微小缺陷,同时经过抛光可以提高钢管抗蚀性。
  

十、不锈钢半成品管热轧生产

    76机组生产热轧半成品管(供冷加工坯料)的工艺过程要简单一些,其流程如下:

    管坯验收→锯断→剥皮→加热→穿孔(或继续进行轧管)→水淬→毛管检验入库。

    如果利用余热打头,打头后要水淬。如果是再加热后打头,有的是打头前水淬(穿孔毛管),有的是打头后水淬。

 

 
 

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