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宏盛特鋼不銹鋼管的生產工藝流程
發布者:不銹鋼管廠(www.0000317.buzz) 發布時間:2020/4/17 閱讀:375

 以浙江宏盛特鋼有限公司生產1Cr18Ni9Ti不銹熱軋鋼管為例(生產冷拔坯較簡單)。由圖可以看出,不銹鋼管的生產流程較碳鋼要復雜些,特別是管坯準備和精整工序較多較全。

 

一、不銹鋼管的技術條件

不銹鋼管應符合以下技術要求:

 1. 化學成分應符合有關國家標準;

 2.鋼管熱處理(固溶處理)后的機械性能應符合下表規定。

3. 鋼合經B法晶間腐蝕試驗符合要求;

4. 不銹鋼管經擴口試驗,擴口處應無裂紋、裂口;

5. 其他見有關標準。


二、管坯

 76~100機組所用的不銹鋼管坯多由電弧爐冶煉,有鍛坯和軋坯兩種。

 管坯應進行以下各項檢驗:a相鑒定,低倍組織和高倍組織,塔形車削,化學成分,幾何尺寸公差,表面質量。
   
 管還表面質量要求是:表面不得有嚴重的折疊、裂紋、結疤、夾雜等缺陷;對少經剝皮的管坯而言允許有深度不大于2毫米的缺陷存在。

  對a相和晶粒度的規定是:奧氏體鈉的a相≤3級,晶粒度5~8級。

  對合金鋼管坯做嚴格的檢查,一是為了保證最終產品的質量,二是為了保證熱軋時金屬有良好的加工性能,因為特殊合金鋼價格昂貴。如果鋼質不良會造成大量的廢品。管坯存在著經加熱不能去除(氧化燒掉)而殘留在表面上的嚴重缺陷時,經過塑性變形缺陷將擴大和加深,給最終產品造成大量缺陷。

  要求管坯的幾何尺寸盡可能精確,也是為了減少軋制廢品,如管坯直徑過小或橢圓度、彎曲度過大將惡化穿孔咬入條件,直徑過大則增加穿孔時的壓縮量,容易導致孔腔形成等缺陷。

  管坯冶煉和澆注條件對加工性能的影響主要是夾雜物含量、氣體含量、表面裂紋以及低倍組織(縮孔、中心疏松)等,如本書第二章所述。


三、管坯截斷、剝皮和定心

  普通鋼的管坯多用剪切機切斷對于不銹鋼管坯由干剪切斷面質量要求高(如保證穿孔時咬入順利、內折缺陷少、兩端部壁厚不均小等),剪切機不能滿足要求,一般多采用鋸機鋸斷。

  60~100機組所用的鋸機有砂輪鋸、弓形鋼和圓盤鋸等。

  此外,不銹鋼因強度較高、硬化現象嚴重,用剪機剪切也有困難。對強度極限較高的鋼種如30CrMnSiA,GCr15等,在剪機上剪切時容易在剪切端面產生剪切裂紋(深到20~30毫米),這就容易造成毛管端部破裂。這類鋼也多用鋸切或經預熱后再剪切。這類鋼也有用火焰切割的,但切割端面質量較差,金屬消耗大。

  不銹鋼管坯一般都要經剝皮處理,以去除表面缺陷。但有的工廠對非航空用的不銹鋼管坯則不剝皮而用砂輪研磨。表面缺陷一般是在澆注鋼錠時產生的。1Cr18Ni9Ti鋼中加入了鈦元素,鈦和氧、氮有較大的結合力,在澆注鋼水時,欽與空氣中氧和氮接觸,形成穩定的氧化鈦和氨化鈦,在鋼水溫度降低時來不及逸出便造成鋼錠的表面缺陷。

 另外由于不銹鋼導熱性差和線膨脹系數大,所以冷熱尺寸變化大。再加上塑性較差,表面易出現裂紋。管坯上的裂紋通過剝皮處理去除后可以較大地提高成品率,剝皮量一般在5~ 10毫米(按直徑算)剝皮可在專用車床上進行。
   
 不銹鋼管坯都需要定心。管坯定心利于咬入,可減小頂頭前壓縮量和毛管前端壁厚不均。有的廠對小直徑管坯不定心(供冷拔料的)。


四、不銹鋼管坯的加熱

 管坯加熱是不銹鋼管生產的關鍵工序之一,它直接影響后步工序的正常進行,也影響著成品質量。加熱質量的好壞在很大程度上決定于加熱制度與加熱操作。

 加熱制度是指出爐溫度、加熱速度和對加熱質量的要求。

 1.出爐溫度

  碳鋼的出爐溫度一般可由相圖確定,低于鐵碳平衡圖因相線下。對過熱敏感性大、且在穿孔過程中有較高溫升(用鋁基頂頭溫升更大)的合金鋼(特別是高合金鋼),它們的出爐溫度不能簡單地由相圖確定,而多由熱扭轉試驗和小穿孔試驗確定。

  不銹鋼的出爐溫度,應考慮以下幾個因素:內部組織狀態(如防止晶粒過大。口相較少),穿孔過程中的溫升值;穿孔工具的使用,由加熱爐到穿孔機的溫降(特別是小斷面管坯),終軋溫度以及加工溫度范圍較窄等。綜合各項因素考慮的結果是,用水冷頂頭時出爐溫度一般不超過1200℃(中心溫度),“用鉬基頂頭時一般不超過1100℃。

  過去不少資料指出,1Cr18Ni9Ti不銹鋼的加工溫度范圍很窄,這種說法不一定確切。根據76~100機組實際生產證明,不銹鋼也具有較寬的加工溫度范圍。

  確定開軋溫度也應照顧到終軋溫度,從奧氏體不銹鋼的相圖可以看出,當溫度800-850℃時含C<0.1%的鋼就有鉻的碳化物開始析出;碳化物析出使鋼變脆,塑性降低。同時,在900~950℃緩慢冷卻還會產生具有脆性的o相,它在a與y固溶體內溶解有限;析出時主要沿晶界分布,使鋼塑性下降。但在熱加工過程中鋼在臨界溫度范圍內持續的時間很短,o相來不及析出;所以在熱加工的條件下,o相的影響不大。


 2.加熱速度

  基于不銹鋼導熱性和塑性隨溫度變化的特點,不銹鋼管坯最好采用三段式加熱。圖中1段為管坯原始溫度;2段為低溫慢速加熱段,在爐外烘烤和在爐內預熱段慢速加熱。慢速加熱的加熱時間要充分,預熱溫度到850℃以上。3段為加熱段。此時為了防止晶粒長大和提高爐子生產率,充分利用高溫時鋼的較大的導熱性和塑性,采取快速加熱。4段為均熱段。短時間內均熱,可使管坯內外溫度一致。
    
  現場實際生產中一股多是控制爐見溫度和預熱段加熱時間以及分批進爐。一般規定爐尾溫度不大于750。860℃(76機組),預熱時間45~60分鐘。


  3.加熱操作

  不銹鋼管坯對加熱的質量要求較高,表面要光潔,嚴防增碳和加熱不均勻等。奧氏體不銹鋼一般含碳量較低,高溫下處于還原性氣氛中會出現滲碳的傾向,而使耐蝕性降低,使加工性能變壞。因此,奧氏體不銹鋼最好在氧化氣氛中加熱。另外需將管坯表面油跡擦凈,并采用較大的空氣過剩系數。

  加熱過程中應當經常檢查溫度情況,在斜底爐中加熱時翻鋼操作力求迅速并準確地翻轉180°,加熱時要嚴防火焰直接噴射管坯。要防止產生陰陽面和端部溫度偏高現象,并應使管坯沿長度和斷面上加熱均勻。

  在高溫段不要停留時間太長;停軋30分以內時可將爐溫降低,當停軋時間再長時應將管坯出爐。管坯出爐后1Cr13、2Cr13要堆冷,3Cr13和4Cr13要緩冷,奧氏體不銹鋼需淬水。


五、不銹鋼管坯的穿孔

  穿孔工序是生產不銹鋼管特別是在一般二輥穿孔機上生產時的關鍵工序,因為不銹鋼管很多缺陷是在穿孔過程中造成的。

  為了保證毛管質量首先要合理地選擇穿孔的變形參數。

  高合金鋼穿孔的主要困難就在于低的穿孔性能。臨界壓縮量較小,頂頭前壓縮量一般在標準范圍內。但壓縮量過小會造成穿孔過程不穩定,如咬入不良、滑移增加、前卡等。為了克服這些問題,管坯要定心,且定心孔的深度較其他鋼種要大。

  頂頭前壓縮量過大,容易形成孔腔而產生內折缺陷。橢圓度系數取較小的值有利于提高毛管質量(如減小拉伸應力),可以限制橫變形(不銹鋼擴徑量大)。但橢圓度系數過小也不行,會造成軋件旋轉困難而軋卡;另外導板磨損厲害,也易造成外表面缺陷。因此穿軋不銹鋼管時應經常檢抽導板磨損情況并及時更換。橢圓度系數一般在1.07至1.08范圍內。

  浙江宏盛特鋼有限公司認為,奧氏體不銹鋼塑性低、抗力大,穿孔時需采用較小的延伸系數,特別是對大直徑管坯穿孔。我國76~100機組的生產實踐證明,這種觀點不完全符合實際情況。我國穿軋不銹鋼管都采取一次穿孔,最大延伸系數到4,采用大動延伸系數既提高了產品質量又提高了產量,降低了消耗。一次穿孔條件下有的廠熱軋半成品管(供冷軋冷拔坯料)的成品率達到99.5%以上。

  不銹鋼管坯的直徑,一般選得比毛管直徑小。因為不銹鋼穿孔時擴徑量大。管坯長度主要受頂頭質量的限制。穿軋不銹鋼時由于頂頭上的單位壓力大,發熱嚴重,頂頭容易很快被磨損。如果管坯太長頂頭磨損更厲害,有時一個頂頭連一根管坯都穿不過就軋卡。即使頂頭不被軋卡,在穿到毛管尾端時頂頭磨損處的尖銳楞角很容易把毛管內表面刮傷并粘金屬,產生內表面缺陷。同時隨著頂頭的磨損的壓堆,頂頭長度減小,導致頂頭前壓縮量增加,也容易產生內折缺陷。76~100機組用一般頂頭(30CrNi3A)時。管坯長度達1.4米,而76機組一般都較短,只有1米左右。采用鉬基頂頭可增加管坯長度,有的資料介紹可到1.8來,甚至更長些。

  不銹鋼和耐熱鋼穿孔時,一般都使用最低的軋輥轉速。我國不少工廠實踐證明,低的軋輥轉速有利于低塑性難變形的金屬穿孔。高合金鋼穿孔時選用較低的轉速不但有利于提高毛管質量,而且可以減小穿孔機負荷、減小滑移和改善咬入。當然,產量會相對降低些。

  增大軋輥傾角(前進角)對耐熱鋼穿孔是有利的,因為這類鋼在穿孔過程中表現出有較大的滑移。增加前進角會使曳入力增加,有利于減小滑移。對不銹鋼來說,由于具有高的變形抗力,增加前進角主要受電機負荷和頂桿強度的限制。據資料介紹5毫米不銹鋼管坯穿孔時,前進角到11.5°,105毫米時,前進角到11°。

  為了提高不銹鋼管的質量和增加經濟效益,不銹鋼管的穿孔最好選用新型穿孔機,如菌式穿孔機、導盤穿孔機、三輥穿孔機。


六、不銹鋼管的軋制

  不銹鋼的塑性隨著溫度下降而變壞,變形抗力隨溫度下降而猛增,軋制時的寬展較大,并應保證一定的終軋溫度。因此,不銹鋼管的軋制都采取高溫快軋,并在有足夠塑性和較小變形抗力的溫度下(大約1050℃)完成。

  軋管的減壁量一般要取小一些,這是為了保證咬入可靠和減輕設備負荷,兩道頂頭差為1至2毫米。有的為了減小各道變形量軋三道,多數是軋兩道。

  為了減小溫降、改善管子內表面的質量,軋制時要關小軋輥冷卻水,軋畢打開冷卻水快速冷卻軋輥,但應防止正沖軋槽。換軋不銹鋼管時一般都是先用碳鋼試軋。

  對于耐熱鋼,為了細化晶粒,軋管機上的軋制溫度一般取得較低。


七、不銹鋼管的均整

  不銹鋼管的均整應快速完成;均整時關小冷卻水,保證溫度。另外,擴徑量要小,軋管后管子的內徑應比均整機頂頭直徑小1毫米。擴徑量大容易卡鋼和不咬入。


八、不銹鋼管的定減徑

  不銹鋼管一般都經過定徑,定徑時的終軋溫度應在800~900℃。不銹鋼管定徑時要注意防止軋輥粘金屬,否則很容易在管子表面上造成壓痕。

  金屬粘結在軋輥上也容易發生在鋼管減徑機中。

  不銹鋼管一般不經過減徑(無張力減徑機),這是因為減徑時壁增厚量大。這樣,在軋管機上需軋制更薄的管子是有困難的。小口徑厚壁管也可經過減徑。有的廠減徑時,鋼管先經過修磨,然后經再加熱才減徑。這樣可保證減徑管的質量。


九、不銹鋼管的精整

  1.淬水(固溶處理)

  定徑后的熱管直接入再加熱爐加熱到1050℃,然后淬水。也可將管子冷卻后重新加熱(如電接觸加熱)淬水。不銹鋼管需要固溶處理,這是不銹鋼管精整特點之一。

  固溶處理的目的有三:
   
  a. 由于從高溫下快冷,越過奧氏體的碳飽和曲線而達SK線,碳化物來不及析出,得到單一的奧氏體組織,可以提高抗腐蝕性能和塑性。
   
  b. 減弱奧氏體鋼的晶間腐蝕傾向性,這是因為再加熱時可把析出的碳化物重新溶解于固溶體內,同時也可減小各處鉻濃度的差異(由于高溫下的擴散作用)。
  
  c. 奧氏體不銹鋼經水樣還有助于破壞致密的表面氧化鐵皮。

  水淬工藝中要嚴防增碳,普遍的和局部的增碳都會降低抗晶間腐蝕的性能,而且會給后步冷加工工序造成困難,所以用火焰爐加熱時應給予充分注意。

  在電接觸加熱床上加熱,可防止增碳,且加熱質量好,加熱均勻;但耗電大,勞動強度大。

  水淬制度是把不銹鋼管加熱到1050~1100℃,然后在低于40℃的水中快速冷卻。
 
  水淬后不銹鋼管要取樣檢查晶間腐蝕,不合格者要重新水淬。


  2.矯直

  由于經過水淬及搬運,有些管子彎曲度可能很大,彎曲度大于50毫米/米者需經過壓力矯直機粗矯,然后再送到輥式矯直機精矯。由于不銹鋼強度高、硬化嚴重,矯直力很大,這是矯直時應注意的。
    
  3.切管

  切管時盡可能采用大刀具,潤滑冷卻液要直對車刀,以求良好的散熱條件,防止局部過熱。
   
  由干不銹鋼的強度大,切削時的能量消耗大,比切削同體積軟鋼要多耗50%左右能量。因此,應選用大號切管機,采取低轉速、大進刀量并加斷屑器。

  4.酸洗

  不銹鋼管因使用場合重要、條件惡劣,對表面質量的要求是很高的。為了易于發現和檢查表面缺陷,鋼管需經過酸洗處理,酸洗后進行光澤處理,使表面光澤,提高鋼管的耐蝕性。

  5.檢查和修磨

  不銹鋼管檢查按標準要求進行,為了檢查出內部缺陷一般都應采用無損探傷儀器檢查,如超聲波探傷儀等。
  
 修磨是指研磨拋光內外表面,有的廠拋光可達V4,修磨主要是為了去除表面微小缺陷,同時經過拋光可以提高鋼管抗蝕性。
  

十、不銹鋼半成品管熱軋生產

    76機組生產熱軋半成品管(供冷加工坯料)的工藝過程要簡單一些,其流程如下:

    管坯驗收→鋸斷→剝皮→加熱→穿孔(或繼續進行軋管)→水淬→毛管檢驗入庫。

    如果利用余熱打頭,打頭后要水淬。如果是再加熱后打頭,有的是打頭前水淬(穿孔毛管),有的是打頭后水淬。

 

 
 

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