國外不銹鋼和高鎳合金長管生產(chǎn)技術(shù)

國外不銹鋼和高鎳合金長管生產(chǎn)技術(shù)

1.5連續(xù)式光柵熱處理爐高鉻和高鉻技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)是，數(shù)據(jù)處理技術(shù)應(yīng)實(shí)現(xiàn)“連續(xù)化”和“亮度化”，這是長管生產(chǎn)工藝中保證高質(zhì)量質(zhì)量要求的必要工藝條件。至今,國內(nèi)的大部分不銹鋼管生產(chǎn)廠,在鋼管熱處理時(shí),采用的設(shè)備都是不帶保護(hù)氣體的敞焰式輥底爐,也有少數(shù)廠家仍然采用電接觸加熱熱處理工藝。因此,經(jīng)熱處理后的鋼管表面氧化嚴(yán)重,且鋼管的彎曲度比較大,產(chǎn)品的性能不均勻。早在20世紀(jì)80～90年代,國內(nèi)部分鋼管廠就從國外引進(jìn)了先進(jìn)的氫氣保護(hù)連續(xù)光亮熱處理爐。如原上鋼五廠引進(jìn)英國DreverU.K公司的小時(shí)產(chǎn)量為300kg的網(wǎng)帶式光亮熱處理爐,長城鋼廠引進(jìn)的1臺(tái)小時(shí)產(chǎn)量為275kg的四馬弗式光亮熱處理爐。近年來部分不銹鋼管生產(chǎn)廠近年來也逐漸采用國產(chǎn)的氫氣保護(hù)連續(xù)光亮熱處理爐,取得了較好效果。國外的不銹鋼管廠在生產(chǎn)過程中,無論是“在制品”還是成品鋼管的熱處理,早已普遍采用連續(xù)式光亮熱處理爐,基本上取消了酸洗工序,縮短了生產(chǎn)工藝的周轉(zhuǎn)時(shí)間,改善了不銹鋼管生產(chǎn)的環(huán)境條件,有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。為滿足長管不同品種、規(guī)格和產(chǎn)量的長管生產(chǎn)需求,連續(xù)式光亮熱處理爐有以下3種形式:(1)輥底式連續(xù)光亮熱處理爐。這是一種高生產(chǎn)率的熱處理爐,一般的小時(shí)產(chǎn)量為1000～2000kg,主要適用于較大直徑不銹鋼管的熱處理。(2)網(wǎng)帶式連續(xù)光亮熱處理爐。這種熱處理爐的小時(shí)產(chǎn)量一般為200～1000kg,可處理鋼管的直徑為3～80mm,壁厚為0.2～5.0mm,長度可以超過40m。(3)馬弗式連續(xù)光亮熱處理爐。這種爐子主要用于小口徑、高要求不銹鋼管的熱處理,燃料可以是煤氣、重油或電。這種爐子能耗低,保護(hù)氣體僅在馬弗管內(nèi),是一種經(jīng)濟(jì)型的熱處理爐。其小時(shí)產(chǎn)量一般為35～275kg,爐內(nèi)馬弗管數(shù)量一般為2～8支,可處理鋼管的直徑為1.5～67.0mm,壁厚為0.18～4.00mm。對(duì)于光亮熱處理爐的保護(hù)氣體,一般的不銹鋼管可以采用氨(NH3)分解并經(jīng)凈化后的氣體(75%H2+25%N2),而對(duì)于高鎳合金長管,特別是核電用管,則必須采用高純氫氣。可通過電解水獲得粗氫(99.56%H2),經(jīng)過二級(jí)凈化后達(dá)到99.99%的高純氫氣。所以,從經(jīng)濟(jì)的角度考慮,1臺(tái)連續(xù)式光亮熱處理爐設(shè)置2種氣源,根據(jù)生產(chǎn)不同的產(chǎn)品選擇不同的保護(hù)氣體是比較有利的。國外在不銹鋼和高鎳合金長管生產(chǎn)中采用連續(xù)式光亮熱處理爐的情況如下。(1)英國精管公司對(duì)直徑∧38mm的核電用管和航空用管采用馬弗式連續(xù)光亮熱處理爐。該爐子有馬弗管5支,最高加熱溫度1200℃,爐長41m;保護(hù)氣體設(shè)有高純氫氣和氨分解氣2種氣源;燃料為重油,牽引速度0.2～2.0mm/min,爐子兩端進(jìn)出口用小麥密封。(2)法國瓦羅雷克公司長管車間采用的是網(wǎng)帶式連續(xù)光亮熱處理爐。該爐子的網(wǎng)帶寬度為610mm,小時(shí)產(chǎn)量為300kg;燃料為電,采用三段式加熱方式;保護(hù)氣體為高純氫氣,純度為99.99%,氫氣消耗量為80m3/h,露點(diǎn)-70℃。(3)美國普利茅斯鋼管公司蒙羅鋼管廠采用輥底式光亮熱處理爐。該爐子的爐長為94.3m,寬度1.4m;爐子加熱段長度為13.7m,分3段進(jìn)行溫度控制,最高加熱溫度1200℃;采用氨分解氣體作為保護(hù)氣體(75%H2+25%N2);冷卻段21m,采用氫氣對(duì)流冷卻方式冷卻鋼管;爐子小時(shí)產(chǎn)量為1000kg,前后進(jìn)出料輥道和臺(tái)架長各為30m。(4)瑞典山特維克公司采用的是馬弗式光亮熱處理爐。該爐子有馬弗管2支,內(nèi)徑為150mm;燃料為煤氣;保護(hù)氣體為99.99%高純氫氣。爐子由預(yù)熱段、加熱段和冷卻段3部分組成,其中預(yù)熱段長7m,預(yù)熱段溫度為600～900℃;加熱段長10m,加熱溫度為900～1150℃;冷卻段長24.5m,采用水冷套間接冷卻。(5)英國TIStainlessTubes采用輥底式光亮熱處理爐。該爐子爐長79m,寬度1.15m,爐膛高度180mm;電加熱,功率為800kW;加熱溫度為750～1170℃,加熱速度為10～100m/h;氫氣純度99.99%,露點(diǎn)-58℃;可處理鋼管的最大長度為23m。該爐子的最大特點(diǎn)是有氫氣回收裝置,可以循環(huán)使用。因此,氫氣的消耗量僅為30～50m3/h。由此可見,實(shí)現(xiàn)長管熱處理過程的“連續(xù)化”和“光亮化”,是不銹鋼和高鎳合金長管生產(chǎn)中確保長管質(zhì)量必須具備的關(guān)鍵性工藝條件。1.6拉伸矯直機(jī)不銹鋼管熱處理以后的矯直,一般都采用輥式矯直機(jī)。對(duì)于不銹鋼和高鎳合金精密長管的矯直,要求在矯直之后,鋼管表面沒有矯直痕跡,并且鋼管矯直后的彎曲度要求達(dá)到0.5mm/m。長管的矯直工藝分為2種,即輥式矯直和拉伸矯直。傳統(tǒng)的輥式矯直工藝,采用6～10輥矯直機(jī),并且對(duì)于不銹鋼和高鎳合金精密長管,要求在矯直過程中所有和長管直接接觸的部件(包括上下料臺(tái)架,喂入和導(dǎo)出部件,撥料和受料裝置,以及輸送和吊運(yùn)工具等)都要用軟性材料制作或包覆。操作時(shí)要做到“軟接觸”、“輕著落”,以免碰傷或擦傷長管表面,特別是在進(jìn)出料的輥道上,由于矯直小直徑的長管時(shí),從矯直輥咬入到矯直結(jié)束時(shí)的拋出,鋼管一直在較高的速度下旋轉(zhuǎn),盡管輥道上有壓輥裝置,但鋼管在旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)中表面難免會(huì)被擦傷。采用拉伸矯直機(jī),可使不銹鋼和高鎳合金長管的矯直工藝變得簡單化。拉伸矯直機(jī)原來主要用于異型材的矯直,稱為拉伸-扭轉(zhuǎn)矯直機(jī)。拉伸-扭轉(zhuǎn)矯直機(jī)的主要參數(shù)是拉伸力、扭轉(zhuǎn)力矩和扭轉(zhuǎn)角度,其主要取決于矯直型材的材料和斷面尺寸的大小。拉伸-扭轉(zhuǎn)矯直機(jī)主傳動(dòng)一端固定,另一端可以根據(jù)型材的長短自由移動(dòng)。矯直時(shí),型材兩頭分別由扭轉(zhuǎn)頭和拉伸頭通過異型鑲片夾緊,再由主傳動(dòng)一端的扭轉(zhuǎn)頭將扭曲的型材扭正,然后由自由端的拉伸頭將型材拉伸一定的拉伸量,使型材的扭曲和彎曲同時(shí)得到矯正和矯直。一般拉伸-扭轉(zhuǎn)矯直機(jī)都采用液壓傳動(dòng)。長管拉伸矯直時(shí),沒有斷面扭曲的問題,因此,一般長管的拉伸矯直機(jī)不具備扭轉(zhuǎn)功能。同時(shí),由于長管在冷加工時(shí)采用冷軋工藝和長芯棒或游動(dòng)芯棒拔制工藝,金屬在冷軋和冷拔時(shí)的變形比較均勻、穩(wěn)定,隨后通過氫氣保護(hù)熱處理爐進(jìn)行熱處理,因此,熱處理之后的長管比較平直,彎曲變形比較小,且較平緩,這就為其拉伸矯直創(chuàng)造了有利條件。美國普利茅斯鋼管公司的蒙羅鋼管廠,通過長芯棒拔制工藝生產(chǎn)的不銹鋼和高鎳合金長管的矯直,就是采用拉伸矯直工藝。根據(jù)他們的經(jīng)驗(yàn):長管拉伸矯直時(shí)的拉伸變形量達(dá)到2.54mm(0.1in)時(shí),即能達(dá)到矯直的效果,并且,采用拉伸矯直的長管表面不會(huì)出現(xiàn)擦傷和采用輥式矯直機(jī)矯直時(shí)的表面矯直痕跡等缺陷。此外,拉伸矯直工藝的設(shè)備簡單,占地面積小,矯直時(shí)基本上沒有噪聲。不銹鋼和高鎳合金長管的拉伸矯直,是拉伸矯直機(jī)在鋼管矯直領(lǐng)域中新的應(yīng)用,進(jìn)一步研發(fā)其拉伸矯直裝備和工藝,一定會(huì)有新的斬獲。1.7企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)車間冷軋冷拔不銹鋼管在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的缺陷,80%以上來自不良的表面。這是因?yàn)椴讳P鋼管冷加工時(shí)的工序多,周期長。多工序,反復(fù)周轉(zhuǎn)中的運(yùn)輸及其進(jìn)行過程中的起落停放難免引起鋼管之間、鋼管與工具和臺(tái)架之間的磕磕碰碰,這些都易導(dǎo)致鋼管產(chǎn)生表面缺陷。特別是對(duì)于不銹鋼和高鎳合金長管的生產(chǎn),由于鋼管具有“長”和“細(xì)”的特點(diǎn),即便是在短距離的傳送過程中也難免引起鋼管表面的碰傷。因此,在不銹鋼管冷加工過程中,鋼管在工序間的運(yùn)轉(zhuǎn)、停放方式及裝置都必須引起高度關(guān)注。一般認(rèn)為:對(duì)于不銹鋼和高鎳合金長管專業(yè)化生產(chǎn)車間的工藝布局以及各工序之間的連接,首先要根據(jù)產(chǎn)品“長”和“細(xì)”的特點(diǎn),實(shí)行專業(yè)化生產(chǎn)。在工序布局上應(yīng)做到“條線化”、“經(jīng)緯分明”、“不走回頭路”;在設(shè)備配置上應(yīng)做到“少而精”,盡量選擇高效率、高精度的設(shè)備;在工藝設(shè)計(jì)上做到簡單化。在核用長管專業(yè)化生產(chǎn)車間里應(yīng)做到“一道出成品”,盡可能地排除“在制品”的干擾。其次,與鋼管直接接觸的工具和臺(tái)架,或用軟質(zhì)材料制作,或以軟質(zhì)材料包覆表面,并且對(duì)不銹鋼和高鎳合金長管的轉(zhuǎn)場應(yīng)做到“軟接觸”、“輕著落”,避免擦傷其表面。美國特殊鋼公司是一個(gè)曾為美國核潛艇提供過Ineonel600蒸汽發(fā)生器傳熱管的企業(yè)。該公司的核管車間,除了冷軋管機(jī)、冷拔管機(jī)、矯直機(jī)、切管機(jī)、行車及真空爐等設(shè)備之外,車間平面上的輥道、臺(tái)架、料架、扶手及護(hù)欄等都是用硬質(zhì)木料制作而成,現(xiàn)場所見簡直像“童話世界”,在核管生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)了“軟接觸、輕著落”,有效地防止了核管表面的擦傷和碰傷。國外在不銹鋼和高鎳合金長管的生產(chǎn)中,由于采用了專業(yè)化生產(chǎn)模式,在工藝布局上縱橫有序,條線分明。長管在各個(gè)工序之間的傳輸基本上有以下2種模式:(1)以輥道傳送為主、小噸位行車吊運(yùn)為輔的“連續(xù)模式”。采用縱向輥道傳送、橫向臺(tái)架過渡連接,輔助工序(潤滑、脫脂等)設(shè)計(jì)安排成在線進(jìn)行;對(duì)一些比較獨(dú)立的、以批次進(jìn)行的工序(如真空脫敏處理),采用小噸位行車吊運(yùn)作輔助傳遞。法國瓦羅雷克公司的長管車間就是采用這種轉(zhuǎn)場模式。(2)以小噸位(5～8t)行車吊運(yùn)為主,實(shí)現(xiàn)長管運(yùn)送的“跳蛙模式”。采用這種模式的特點(diǎn)是根據(jù)各工序的操作特點(diǎn),專業(yè)設(shè)計(jì)各工序的吊運(yùn)工具,確保使用時(shí)的絕對(duì)安全。瑞典山特維克公司就是采用這種轉(zhuǎn)場模式。美國普利茅斯鋼管公司的長管車間,在生產(chǎn)不銹鋼和高鎳合金長管時(shí),工序間的輸送采用以輥道為主的連續(xù)式傳送模式。長管在長芯棒冷拔時(shí)的潤滑工序以及長管和芯棒在冷拔后的脫脂工序都是在線進(jìn)行的。長管和長芯棒的輸送,采用了處于不同層面上的輥道運(yùn)輸。長管車間里的輸送輥道,不僅分布在不同的層面上,實(shí)行立體交叉,而且輥道可以升降、傾翻。車間里除了吊運(yùn)工模具使用的小噸位的吊車之外,生產(chǎn)中基本上不用行車,只在成品包裝和成品裝運(yùn)的廠房內(nèi),放置著一個(gè)長約30m的“C”字形大吊鉤。車間里很少有人,生產(chǎn)井井有條,真正做到了“鋼管不落地”。關(guān)于長管在生產(chǎn)過程中工序間的轉(zhuǎn)場模式,一般認(rèn)為采用“以輥道傳送為主、小噸位行車吊運(yùn)為輔”的連續(xù)模式,對(duì)于長管專業(yè)化車間生產(chǎn)長管的產(chǎn)品質(zhì)量保證,生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制,以及生產(chǎn)車間生產(chǎn)環(huán)境的改善等都是較為有利的。1.8平頂密封結(jié)構(gòu)對(duì)于核用不銹鋼和高鎳合金長管的生產(chǎn),要求在空調(diào)凈化的環(huán)境下進(jìn)行。尤其是成品的檢測(包括超聲波、渦流等無損檢測,直管和“U”型管的形狀和尺寸公差檢測,以及性能檢測等)、成品標(biāo)記、包裝等工序必須在空調(diào)凈化的環(huán)境下完成。法國瓦羅雷克公司的TGL長管車間,1970年建成的8500m2(340m×25m)老廠房采用平頂密封結(jié)構(gòu)。1978年新建的5280m2(240m×22m)廠房采用采光氣樓結(jié)構(gòu),并且采用內(nèi)襯鋼板,外包金屬板的絕熱結(jié)構(gòu)。車間內(nèi)的空氣經(jīng)過過濾,對(duì)溫度、濕度進(jìn)行控制,溫度一般保持在15～20℃。瑞典山特維克公司9300m2(310m×30m)的長管車間采用鋼結(jié)構(gòu)廠房,300mm厚的磚坯墻,雙層玻璃窗,混凝土磨光涂漆地坪,車間內(nèi)采用空調(diào),溫度保持在20℃。英國精管公司的核管車間,廠房面積11214m2,鋼結(jié)構(gòu)廠房,玻璃鋼大波瓦屋頂,室內(nèi)溫度控制在15～20℃。除了較大的長管車間采用空調(diào)凈化的密封形式進(jìn)行核用管的生產(chǎn)之外,也有較小的核管廠采用“清潔室”形式來進(jìn)行核管的生產(chǎn)。如美國特殊鋼公司,采用面積約為800m2的“清潔室”來完成核用管和航空用管的一些關(guān)鍵工序的生產(chǎn)。2我國核級(jí)板產(chǎn)中的不銹鋼管不銹鋼管是我國鋼材品種中發(fā)展較快的品種之一。近20年來,我國不銹鋼無縫鋼管的產(chǎn)量增長了近15倍。但是,不銹鋼管產(chǎn)品的檔次并不高,很多高質(zhì)量的品種尚不能生產(chǎn),特別是化工及核電用不銹鋼和高鎳合金長管基本依賴進(jìn)口。根據(jù)我國200