国内外不锈钢焊管生产技术的发展

   经济发展和科学技术的进步，促使不锈钢管的应用范围日益广泛，为满足各个使用部门对不锈钢管数量和质量上的要求，不锈钢管的生产工艺技术和设备以及新钢种的开发都有了较快的发展．不锈钢管的耐腐蚀特性使其在较多领域得到使用，如化工系统，特别是石化、化肥、化纤工业的热交换器、输送管道和结构管；能源工业的电站过热器管、冷凝器管以及蒸汽发生器管；汽车工业中的废气排气管；医疗器械用管；建筑装饰及家用器具等。

    从钢管材质来看，有奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。其中奥氏体不锈钢是最主要的品种，约占不锈钢管用量的70%．80%：其次铁索体不锈钢占10%-15%。

    不锈钢管包括无缝钢管和焊接钢管，不锈钢焊管约占不锈钢管总量的50%-60%。进入20世纪80年代以来焊接工艺技术的进步，加快了不锈钢焊管生产的发展，多种焊接方法的应用，进一步提高了焊接质量和生产率．目前工业上应用的不锈钢焊接方法主要有钨极氩弧焊(TIG)、高频焊、等离子焊和激光焊等，几种焊接方法各具优点，使用最多的是氩弧焊和高频焊。

    (1)氩弧焊：不锈钢焊管要求熔深焊透、不合氧化物夹杂、热影响区尽可能小。钨极惰性气体保护的氩弧焊具有较好的适应性，焊接质量高、焊缝性能好，产品在化工领域、核工业和食品工业中得到广泛应用。焊速不高是氩弧焊的不足之处，为提高焊接速度，国外研制开发了多种方法，其中由单电极单焊炬发展采用多电极多焊炬的焊接方法在生产中已取得成效，20世纪70年代德国首先采用多焊炬沿焊缝方向排列，形成长形热流分布明显提高焊速．一般采用三电极焊炬的氩弧焊焊接钢管壁厚S≥2mm，焊接速度比单焊炬高3—4倍，焊接质量也得以改善。氩弧焊和等离子焊组合可以焊接更大壁厚的钢管，此外在氩中添加5%。1 0%的氢，再采用高频脉冲焊接电源，也可提高焊接速度。多焊炬氩弧焊适用于奥氏体和铁素体不锈钢管焊接。

    (2)高频焊；高频焊用于碳钢焊管已经有40多年的历史，但用于焊接不锈钢管却是较新的技术，其生产的经济性使其产品更为广泛地用于建筑装饰、家用器具和机械结构领域。高频焊接具有较大的电源功率，对不同材质、外径壁厚的钢管都能达到较高的焊接速度，与氩孤焊相比是其最高焊接速度的10倍以上，因此生产一般用途的不锈钢焊管具有较高的生产率二因为高频焊焊接速度较高，给焊管内毛刺的去除带来困难，目前高频焊不锈钢管尚不能为化工系统、核工业所接受这也是其原因之一。从焊接材质看，高频焊可以焊接各种类型的奥氏体不锈钢，同时新钢种的开发定型及成型方法的进步，也成功的焊接了铁素体不锈钢AISI409等钢种．

    (3)组合焊接技术：不锈钢焊管的各种焊接方法均有各自的优点和不足，如何扬长避短，将几种焊接方法加以组合形成新的焊接生产工艺以满足人们对不锈钢焊管质量和生产效率的要求，是当前不锈钢焊管技术发展的新趋势。经过几年的探索研究，组合焊工艺已取得了进展，日本、法国等国家的不锈钢焊管生产已掌握了一定的组合焊接技术。组合焊接方法有：氩弧焊+等离子焊、高频预热+等离子焊、高频预热+三焊炬氩弧焊、高频预热+等离子焊+氩弧焊，组合焊接提高焊速十分显著，对于采用高频预热的组合焊接钢管焊缝质量与常规的氩弧焊、等离子焊相当，焊接操作简单，整个焊接系统易实现自动化，这种组合焊易于与现有的高频焊接设备衔接，投资成本低、效益好。

    不锈钢焊管生产领域出现的新工艺新技术同样促进了焊管质量的提高和生产成本的降低。

    不锈钢焊管+冷拔生产工艺：美国人研究开发了焊接钢管再进行冷拔的不锈钢管生产新工艺，即用纵剪后的不锈钢冷带，经成型、氩弧焊接后的焊管管坯，再经冷拔、热处理、精整工序生产出成品管材。由于氩弧焊接质量高，埠缚的各项性能与基体一致，用此种工艺生产的钢管比采用热挤压+冷轧（冷拔）的常用工艺降低成本10%-30%，生产工艺简化、周期缩短。

    超声波振动冷拔工艺；管材冷拔过程中经超声波振动能加大每道次减面率，并减少管子振动现象和表面凹点，从而提高管材表面平滑度，这是由于拔制管材时以超声波频率使设备振动，减少了摩擦力，管子在拉拔模和芯棒之间承受挤压力而减少了拉应力。当拔制退火不锈钢( 304L)等材料时，拉模的超声波径向振动与高压油润滑剂一起使用时，可以得到每道次的最大变形量、最低程度的表面凹点或损伤。特别在管子的内表面有最好的光洁度、最小的拉应力，不需要用塑性润滑剂来润滑钢管。

    晶粒细化工艺：日本住友金属开发了一种通过固溶处理细化TP347H钢管晶粒的工艺，可以在较高固溶处理温度下获得细化到GSN0.8级的晶粒度。晶粒细化是由于在固溶处理时NbC的析出引起的，按照这种工艺生产的钢管比粗晶粒TP347H具有更好的耐蒸汽腐蚀能力，其热腐蚀抗力在18-8型不锈钢中是最强的，同时具有更长的疲劳寿命和更好的蠕变断裂韧性．TP347H钢管的晶粒细化工艺要点是：在冷加工前的软化温度≥固溶处理温度，这样可以使Nb更多地溶解，从而产生沉淀物析出．一般软化温度在1250℃-1300℃之间，经过10%—90%冷加工后进行固溶处理，固溶处理温度为1200℃～1250℃。

    气体保护连续热处理工艺：不锈钢管热处理国外普遍采用带气体保护的无氧化连续热处理工艺，进行生产过程中的中间热处理和最终的成品热处理，由于可以获得无氧化的光亮表面从而取消了传统的酸洗工序，这一热处理工艺的采用既改善了钢管的质量，又克服了酸气对环境的污染．根据目前的发展趋势，光亮式连续热处理炉大体分以下三种类型：

    (1)辊底式光亮热处理炉：适用于大规格、大批量钢管热处理，小时产量在1吨以上。可以使用的保护气体有高纯度氢气、氨分解气体及其他保护气体．可以配备有对流冷却系统，以便较快地冷却钢管．

    (2)网带式光亮热处理炉：适合小直径游壁精密钢管，小时产量约为0.3～1.0吨，处理钢管长度可达40m，也可以处理成卷的毛细管．配备对流冷却系统可进行快冷，使用气体燃料或电加热，可采用各种保护气体。此种炉型热处理后的钢管无划伤，光亮度好。

    (3)马弗式光亮热处理炉：钢管装在连接的托架上，在马弗管内运行加热，能以较低的成本处理优质小直径薄壁钢管，小时产量在0.3吨以上．可经济地使用保护气体，加热热源可为燃气、油或电。

    由于焊接技术的进步及各种新工艺新技术的出现，国外不锈钢焊管水平增长较快．国外不锈钢焊管生产正在向专业化、设备现代化、产品高质量和低成本化方向发展。不锈钢焊管生产在我国起步较晚，但发展速度较快．从1986年起，开始大量引进国外设备和技术生产不锈钢焊管，至目前为止，引进机组近100套，分散在30多个生产厂家中，估算年生产能力为8万余吨。可生产的不锈钢焊管多为4.76～720mm，品种单一，加之多数机组工艺设备不配套，缺少热处理及检测设备，使机组的生产能力得不到充分发挥，工业用不锈钢焊管生产受到限制．尤其是外径为0.30～10.00mm壁厚为0.07～0.25mm的小直径薄壁焊管，由于生产工艺复杂，加工难度大，配套设施多，技术要求高，目前国内仅个别厂家能够生产，而且产品质量很不稳定。管材的焊接质量、表面质量及力学性能都较固外同类产品有较大的差距，因此进行小直径薄壁焊管组织性能质量影响因素的研究是具有实际意义的。