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      不銹鋼管生產技術發展

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      不銹鋼管生產技術發展

      發布日期:2016-08-03 12:30 來源:http://www.googlesearching.com 點擊:

      近20年世界各國的不銹鋼管生產有了很大的發展,工藝技術和裝備水平都有很大提高。大口徑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、無損探傷技術來改善和保證產品質量。因此,近年新建和改擴建的不銹鋼無縫管機組、焊管機組和冷軋(拔)機組等,均采用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近50年的發展,尤其是近20年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、質量不斷提高,品種不斷增加,少數產品的質量達到了國際先進水平。但是我國不銹鋼管的生產和國際先進水平相比,在工藝技術、裝備水平、產品質量等方面尚有較大的差距,需要進行相應的技術改造和進一步提高品質,以適應我國國民經濟發展的要求

      不銹鋼管的生產情況及需求分析 根據不銹鋼論壇(ISSF)最新公布數字顯示, 2006年全球不銹鋼產量增長16.7%,達到2840萬t,鋼材約2440萬t。2006年我國不銹鋼產能急增至9萬t,生產粗鋼約為530萬t,鋼材451萬t以上,進口量為250.0萬t(其中:板材類211.0長材類12.4萬t、管材類4.4萬t、其他22.2萬t),出口量為90.3萬t(其中:板材類62.9萬t、長材類 11.7萬t、管材類15.7萬t),表觀消費量達到595萬t以上。 據有關資料統計,世界不銹鋼管的生產量一般約占不銹鋼材總量的10%。2006年不銹鋼管產量約260萬t,占世界不銹鋼材總產量的9.2%左右。世界人均消費不銹鋼管0.3 ̄0.6kg。 不銹鋼管分為不銹鋼無縫管和不銹鋼焊管,二者的產量比例約為2∶3,各國的比例不盡相同。 2006年我國不銹鋼無縫管生產量約為31.6萬t,進口量為1.8萬t,出口量為7萬t,表觀消費量為26.4萬t;不銹鋼焊管生產量為36.2萬t,進口量為2.6萬t,出口量為8.6萬t,表觀消費量為30.2萬t。合計不銹鋼管生產量為67.8萬t,表觀消費量為56.6萬t。人均消費不銹鋼管約為0.44kg。 根據預測分析,2010年我國不銹鋼材的消費量約1000萬t。若不銹鋼管的消費量按不銹鋼材總消費量的10%計,則2010年國內不銹鋼管國內消費量約100萬t,考慮一定的出口量,不銹鋼管的生產量約為120萬t。不銹鋼無縫管和不銹鋼焊管按9∶11比例計算,其產量分別為54萬t和66萬t。 我國不銹鋼管發展前景十分看好。2006年雖 然不銹鋼管的生產能力大于市場需求,但是高標準、高質量、高附加值的不銹鋼無縫管仍滿足不了需求。我國出口的不銹鋼管仍然是檔次比較低的,而進口的不銹鋼管的品種則主要是高檔次的,因此,應全面提高不銹鋼管的品種、質量,擴大規格范圍和提高使用性能,增加高品質、高性能不銹鋼管產量,以滿足國內各行業的需求

      不銹鋼管的使用領域 不銹鋼焊管的主要使用領域是城市景觀和裝飾工程;在輕工、制藥、造紙、污水治理、供水、機械等領域,也有相當比重;在化工、化肥、石化等行業,一般是選用規格在Φ159mm以上的中低壓輸送管道;汽車消聲器也使用不銹鋼焊管。 不銹鋼無縫管主要用于“三化”(化工、化肥、化纖)、石油、電力鍋爐、機械、航空航天、核工業、國防工業等領域。 (1)石油鉆采用不銹鋼管 20世紀90年代以后,我國油井管生產能力逐 年提高,出口量大于進口量,自給率達到90%以上。但是品種大多為J55、N80等中低檔鋼級,僅有少量API高鋼級油井管。目前,油田需要的高強度、高抗CO2、抗Cl-腐蝕、高抗擠毀壓潰特性的APIQ125、C95、L80-2(13Cr)鋼級及非API標準的特殊螺紋扣型以及寒冷地區等使用的油井管尚未實現工業化生產。隨著石油工業的發展,對油井管提出了越來越嚴格的技術要求,高性能和新材料的使用是油井管的技術發展趨勢。不銹鋼無磁鉆鋌、高抗CO、CO2和Cl-腐蝕的超級鐵素體不銹鋼 Cr13、Cr25等油套管都在油田鉆采中使用,據粗略統計分析,目前每年需用1萬t以上,3 ̄5年后每年約需4 ̄5萬t。而此類不銹鋼管目前絕大部分 仍依賴進口

      火電鍋爐用不銹鋼管 “ 十一五”期間,新增火電約1.8億kW,每年約0.4億kW(60萬kW及以上機組),其中超臨界以上機組占50%以上(使用耐熱不銹奧氏體鋼鍋爐管較多)。1臺60萬kW以上超臨界火電機組鍋爐需用不銹耐熱鋼管200 ̄500t,因此根據發展規劃每年約需要5萬t以上的不銹耐熱鋼管。國內四大鍋爐廠新建60萬kW亞臨界、超臨界機組以及電廠維修用不銹耐熱鋼管,都趨向選用國內供應商。另外,國內新建和維修火電鍋爐對不銹耐熱鋼管的消費量約1.2萬t/a,主要涉及TP304H、TP347H、 TP321H三個鋼號,代表規格為外徑38 ̄76mm、壁厚4 ̄10mm、長度大于10m。因此,火電鍋爐 用不銹耐熱鋼管值得大力發展隨著超臨界機組對耐高溫、高壓要求的提高,高級電站鍋爐管TP347HFC、Super304H(1Cr18Ni- 9Cu3N)、TP310HCbN(1Cr25Ni20NbN)等的需求 量將增加。目前此類不銹鋼管全部依賴進口。 

      “ 三化”工業用耐熱不銹鋼管耐熱不銹鋼管主要用于“三化”工業的熱交換和流體輸送,市場容量最大,國內市場需求每年約 16萬t。用戶對這類鋼管的要求非常高而且十分嚴 格,目前主要依靠進口潛在市場是大口徑的石油裂化爐用管和低溫輸送管,因其特殊的耐熱耐腐蝕要求和設備安裝維修不便,而要求設備使用壽命周期長,需要通過材料成分控制和特殊熱處理方式優化管材力學性能和使用性能。另一個潛在市場為化肥工業(尿素、磷肥)專用鋼管,主要鋼種為316Lmod和2re69。目前上述不銹鋼管基本依靠進口

      雙相不銹鋼管 雙相不銹鋼材主要用于化工、化肥等行業,主要特點在于耐應力腐蝕,使用溫度低于350℃。 2003年雙相不銹鋼材的國內消費量近4000t,2005年達到約6000t(不銹鋼管約占50%)。因其 具有高強度、抗應力、耐腐蝕性能和經濟性,目前用于換熱器和流體管的市場消費量增長都較快。 上述領域需要的耐熱不銹鋼管,有些品種雖已研發成功,但是尚未形成批量生產的能力,不能滿足國內的需求,產品仍需從國外進口。國外主要生產企業有日本住友、瑞典SANDWICK

      國外不銹鋼管的生產技術發展趨勢 

      提高不銹鋼冶煉水平和采用連鑄管坯 隨著世界經濟的發展,對不銹鋼耐腐蝕性能要求逐漸提高,超低碳不銹鋼的使用越來越普及;另外,由于鎳資源緊缺,鎳價高漲,400系列不銹鋼、雙相不銹鋼和超級不銹鋼的迅速發展,因此不銹鋼的冶煉應采用二步法和三步法相結合的工藝。在生產普通含碳量不銹鋼時以二步法為主;在生產超低碳、氮不銹鋼時以三步法為主,以此提高不銹鋼的冶煉質量

      目前,國外不銹鋼已基本采用連鑄化(國內主要不銹鋼生產企業也采用連鑄生產),連鑄機以立式和弧形為主。不銹鋼連鑄坯與傳統的鋼錠-軋坯相比,連鑄坯質量好,一火成材,金屬收得率提高了10% ̄15%,既節省了能源又降低了生產成本。不銹鋼在澆注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,很容易造成水口堵塞。由于不銹鋼的凝固形態比較復雜,鋼水的導熱性差,連鑄坯易產生裂紋,因此對連鑄坯冷卻和拉坯的速度要求較嚴格;此外,由于采用各中間包加熱、無氧化保護澆注、電磁攪拌及液面自動控制等一系列新技術,因此使得連鑄坯的質量大大提高。對一些難澆注的鋼種,如含鈦不銹鋼、單相奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼等也能順利澆注,擴大了不銹鋼連鑄坯的鋼種范圍。 

      生產不銹鋼無縫管主要采用熱擠壓工藝 隨著生產技術的發展,雖然一些熱軋鋼管機組也可以生產不銹鋼管,但是擠壓機組卻是世界上生產不銹鋼無縫管的主要機組。世界上現有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

      與軋制(縱軋和斜軋)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,對于鋼號多、變形抗力大的不銹鋼管,可以獲得較好的變形、內外表面質量和金相組織。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精度達到5% ̄7%。擠壓機工模具簡單,易于制造和更換,適合小批量、多規格不銹鋼管的生產。擠壓機組還可以生產規格范圍較寬的鋼管,1套50MN(5000t)的擠壓機組可生產規格為Φ25-245mm的鋼管,對市場需求的適應遠遠高于其他軋管機組

      采用擠壓法生產不銹鋼管的最大好處是可以直接使用連鑄坯作原料,產品質量穩定,品種更換靈活,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。但擠壓法生產鋼管的缺點是成材率較低。為了提高成材率,國外生產企業改進了生產工藝。對于高要求的品種一般采用預鉆孔、液壓穿孔機擴孔和擠壓成管的生產工藝。對于一般要求的冷加工原料管可根據具體情況采用不同的生產工藝:小規格鋼管用實心坯料直接在立式液壓穿孔機上穿孔和擠壓成管;中等規格鋼管所用坯料盡可能預鉆小孔、立式液壓穿孔機擴孔和擠壓成管;大規格鋼管所用坯料預鉆較大的孔后,直接進入擠壓機擠壓成管。 顯然,用擠壓法生產成品管和為冷加工提供荒管料,是目前國外熱加工不銹鋼管廣為采用的一種較為經濟實用的生產方法

      隨著高速化、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管,特別是生產難變形的不銹鋼管、高合金鋼管得到了迅速發展。而采用單一的二輥斜軋穿孔為冷加工提供荒管料的生產方法,國外已經基本上不再采用。 

      冷加工不銹鋼管采用冷軋為主、冷拔為輔的生 產工藝 50% ̄80%的不銹鋼管需要通過冷加工制成成 品。因此,冷加工工藝設備有了很大的發展。 冷加工工藝基本上有3種,即冷拔工藝、冷軋工藝、冷軋-冷拔聯合工藝。國外不銹鋼管的冷加工大多數采用冷軋-冷拔聯合工藝,并以冷軋為主、冷拔為輔的加工工藝。

      現代冷軋管機可實現不銹鋼管的大減壁量和大減徑量,80%的變形量可在冷軋管機上完成。采用冷軋定壁、輔以冷拔改變鋼管規格和控制外徑,可以滿足不同規格和品種的生產要求。 冷軋-冷拔聯合生產工藝的優點是:鋼管質量好,冷軋鋼管的壁厚精度和表面質量較高,冷拔鋼管的外徑精度較高;冷加工周期短,減少了中間脫脂、熱處理、縮口、矯直等工序及金屬消耗,節省了能源;可采用大規格荒管原料生產小規格鋼管,簡化原料規格種類。 目前,世界上冷軋和冷拔工藝技術和裝備水平有了很大的發展。冷軋管機正向高速、長行程、環孔型、高精度的方向發展。這種軋管機的特點如下:

      采用慣性力和慣性扭矩垂直平衡機構,軋管機往返次數增多;

      采用環孔型,軋塊長度比短行程軋管機長70%,軋制變形的均勻性提高、送進量增加;

      采用長管坯,荒管原料長度可增加到12 ̄15m,提高了軋管機利用率,軋制有效利用系數在0.80以上;

      采用曲線型芯棒和最佳拋物面 孔型,金屬變形合理,提高了工模具的使用壽命。上述特點,使冷軋管機的生產能力和所生產的產品尺寸精度大大提高

      生產不銹鋼管的冷拔管機結構上仍以鏈式冷拔管機為主,也有少數液壓冷拔管機。多線、高速、全自動是冷拔管機發展的方向。 此外還有溫軋新技術,它是將冷軋前的不銹鋼管料通過一感應加熱裝置將其加熱到150-400℃后,再進行軋制。溫軋技術具有軋制力小、一次變形量大的優點,對0Cr18Ni9Ti不銹鋼管進行2 ̄3次溫軋,無需進行中間退火,總變形量可達98%。 不銹鋼焊管生產工藝技術的加速發展 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,但使用最多的是氬弧焊和高頻焊

      (1)氬弧焊接技術 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、核工業和食品業等領域中得到了廣泛使用

      氬弧焊的不足之處是焊接速度不高。為了提高焊接速度,國外一些企業研究開發了多種方法。其中,有由單電極單焊炬發展成多電極多焊炬的焊接方法,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,明顯提高焊速;有采用三電極焊炬的氬弧焊,焊接鋼管厚度 S≥2mm,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使用,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,也可以提 高焊接速度。 多焊炬氬弧焊適用于焊接奧氏體和鐵素體不銹鋼管。 

      (2)高頻焊接技術高頻焊用于碳鋼焊管生產已經有40多年的歷史,用于焊接不銹鋼管還是較新的技術,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等行業。 高頻焊接的電源功率較大,對不同材質、外徑、壁厚的鋼管都能達到較高的焊接速度。與氬弧焊相比,它的焊接速度是氬弧焊最高速度的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。 因為高頻焊接的速度高,所以焊管內毛刺的去除較為困難。目前,高頻焊不銹鋼管尚不能被化工、核工業所接受,上述原因也是其中之一。 高頻焊可以焊接各種類型的奧氏體不銹鋼管,同時,由于新鋼種的開發和成型焊接方法的進步,可以焊接鐵素體不銹鋼AISI409等鋼種

      (3)激光焊接技術 激光焊接技術是一種最新的焊接技術,焊接的鋼管焊縫非常小,焊接質量高,焊接速度快,適宜焊接高質量的不銹鋼管,德國、日本等國已采用這種技術(國內有些企業也在采用這種技術)。采用激光焊接技術可以生產高標準、高質量、高附加值的不銹鋼焊管,并且效果很好。 

      (4)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,以及滿足人們對不銹鋼焊管的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、法國等國的不銹鋼焊管生產已經使用了一定的組合焊接技術。 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+氬弧焊等。組合焊接能顯著提高焊速。采用高頻預熱組合焊接鋼管,焊管的焊縫質量與常規的氬弧焊、等離子焊的焊縫質量相當。高頻預熱的組合焊接操作簡單,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。 

      采用保護氣體光亮連續熱處理爐 對不銹鋼管的熱處理,國外普遍采用帶保護氣體的無氧化連續熱處理爐進行中間熱處理和成品熱處理,鋼管可以獲得無氧化的光亮表面,因而取消了傳統的酸洗工序。采用這一熱處理工藝既改善了鋼管的質量,又避免了酸洗排放物對環境的污染。 根據目前世界發展的趨勢,光亮連續熱處理爐基本分為3種類型

      輥底式光亮熱處理爐 這種爐型適用于大規格、大批量的鋼管熱處理,小時產量為1.0t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。可配備對流冷卻系統,以便較快地冷卻鋼管。 

      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0.3 ̄1.0t,鋼管長度可達40m,也可以處理成卷的毛細管;配備對流冷卻系統還可進行快冷。可以使用氣體燃料或電加熱,各種保護氣體均適用。熱處理后的鋼管無劃傷,光亮度好。 

      馬弗式光亮熱處理爐 鋼管置于連續的托架上,在馬弗管內進行加熱,能以較低的成本處理優質的小直徑厚壁管,小時產量在0.3t以上。可以經濟地使用保護氣體,加熱的熱源可為燃氣、油或電。 應根據馬氏體、鐵素體、奧氏體和雙相不銹鋼的不同鋼種,選擇不同的熱處理爐型和工藝制度。 

      配備現代化的精整設備,加強質量控制不銹鋼管質量控制的重要環節是精整工序及其裝備設置,無損探傷是必不可少的質量檢測手段。無損探傷技術的進步使得更多的廠家采用渦流、超聲波組合探傷機組,在探傷機組中配備激光測徑、超聲波測厚裝置。生產廠在鋼管出廠前,從多個環節把住質量關。這種組合探傷機組具有先進的處理系統,測得的信號全部數據化并經計算機處理儲存,自動化程度和生產效率高。 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用的高效率不銹鋼精整設備。 

      4我國不銹鋼管生產與世界先進水平的差距 

      高檔次不銹鋼管仍需進口 雖然目前我國不銹鋼管的生產能力與市場需求大體平衡,也有一定數量的出口,但是高品質、高性能的不銹鋼管仍滿足不了國內市場的需求。 2006年我國不銹鋼管進口量約為4.5萬t,基本上是 高檔次品種。此外,國內一些行業以低檔次的不銹鋼管替代所需的高檔次無縫管和焊管使用,這種做法是很不合理的

      生產工藝技術和裝備水平普遍落后高品質、高性能、高附加值不銹鋼無縫管應采用熱擠壓法生產,而我國除少數幾家企業采用熱擠壓法生產不銹鋼管外,大部分企業仍采用斜軋穿孔和冷拔工藝生產不銹鋼管。因此,需大力提高我國不銹鋼管生產工藝技術和裝備水平。我國不銹鋼無縫管生產經過近50年的發展,雖然已有200多家大大小小的不銹鋼管生產廠,但是這些企業的產品檔次和質量不高,成材率低近20年來,我國不銹鋼焊管生產發展很快,已建成了400多條生產線,但在這些生產線中,約90%只能生產直徑小于114(或76)mm的民用裝飾用管和低檔次工業用管。尤其是在工藝技術的完整性與先進性、后處理設備的配套齊全等方面,與世界先進水平相比尚有較大差距。 

      提高不銹鋼管用鋼的冶煉水平 提高冶煉水平及管坯質量,是提高不銹鋼無縫鋼管質量的前提條件。可采用大噸位電爐、精煉爐冶煉,以提高鋼水純凈度;采用不銹鋼連鑄技術,以提高管坯的質量和鋼管成材率,降低生產成本,增強市場競爭力總之,我國不銹鋼管生產技術雖然有了一定進步,但與國外工業發達國家相比,在生產工藝、裝備水平、操作技術和產品質量等方面尚有較大的差距;一些重要領域使用的不銹鋼管,如高壓鍋爐管、尿素管、核電蒸汽發生器用管等仍然靠進口。 5對我國不銹鋼管生產技術發展的建議 從市場分析和預測來看,盡管我國不銹鋼管前景看好,但是隨著全球經濟的一體化,國內不銹鋼管市場同樣面臨國際市場的嚴峻挑戰,面對國際著名的不銹鋼大企業的產品,競爭無疑是相當激烈的。對此,國內不銹鋼管生產企業應加強現代化管理,抓好技術改造,提高工藝技術、裝備水平和生產效率以及產品質量,加大品種開發力度,降低成本,改進服務,盡快使我國不銹鋼管生產和技術達到先進水平,占領國內不銹鋼管市場,并積極開發國際市場

      采用先進技術和設備生產熱軋不銹鋼無縫管 我國不銹鋼無縫管應采用世界通用的熱擠壓法生產工藝和裝備。一部分直接生產熱軋成品管;另一部分采用冷軋-冷拔聯合工藝生產冷加工產品。攀鋼集團長城特殊鋼公司和浙江久立集團股份有限公司均具有這種先進的生產工藝和裝備,應進一步改造、完善和提高技術水平;營口成和管業有限公司的80MN(8000t)擠壓機和冷加工車間應抓緊建成投產。 我國新建和技術改造的機組應盡可能采用熱擠壓法生產熱軋成品管和供冷加工的荒管料。

      我國鋼管企業生產不銹鋼管普遍采用曼式穿孔和冷拔(冷軋)的工藝。為了進一步優化不銹鋼管生產工藝,提高裝備水平,應該改進穿孔工藝和提高穿孔裝備水平,將二輥斜軋穿孔機改造為錐形輥穿孔機,以提高荒管質量;同時,采用冷軋和冷拔相結合且以冷軋為主的冷加工工藝,以改進熱處理工

      藝;應完善市場競爭機制,優勝劣汰。 據預測,我國應建設6 ̄8臺(套)不同規格的擠壓機和高水平的冷加工機組,生產高品質、高性能、高附加值的不銹鋼無縫管。 

      提高不銹鋼焊管工藝技術和裝備水平

      隨著我國不銹鋼行業的發展進步,優質鋼板的供給增加,不銹鋼焊管坯料得到了大大改善,在此條件下我國不銹鋼焊管企業應該借助于國外不銹鋼焊接先進技術與成熟經驗,建設工藝完整、設備先進、后處理設備齊全的焊管機組,建議采用激光焊接技術,開發化工、化肥、化纖、石化、能源、航空航天和核工業等領域使用的高檔次、高附加值產品和大規格的產品,以便替代一部分無縫鋼管,適應當前國外不銹鋼管發展的趨勢。此外,應建設2 ̄3套技術先進、裝備水平高的大口徑不銹鋼焊管機組,生產高質量大口徑不銹鋼焊管。 

      重視不銹鋼管的熱處理和精整工序與設施 無論是生產不銹鋼無縫管還是焊管,都應根據其品種和質量要求,配備現代化的熱處理和精整設施。不能只重視主生產線而忽視熱處理和精整設施,一定要采用帶保護氣體的無氧化連續式熱處理爐,實現光亮熱處理;采用無損探傷設備,加強產品檢測和質量控制,實現不銹鋼管精整工藝現代化和高效化,最終保證不銹鋼管的高質量


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