CN103691760A - 一种不锈钢管的制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种不锈钢管的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：对钢管的外表面连续抛光处理；对抛光后的钢管通过LG、LD型轧机进行冷轧处理；对冷轧后的钢管进行脱脂处理；对脱脂处理后的钢管进行飞弹内壁清洁；对飞弹内壁清洁后的钢管通过烘干设备进行烘干处理；对烘干处理后的钢管进行无氧化热处理加工；对经过无氧化热处理的钢管进行矫直，改变钢管的直线度；对矫直后的钢管进行定尺切割；对定尺切割后的钢管进行表面处理；对经过表面处理的钢管进行飞弹内壁清洁；然后探伤和打码。本发明从多个步骤对传统的工艺进行改进，保证本制备工艺生产的钢管有着高精度、高光洁度和高耐腐蚀的特点。

Description

一种不锈钢管的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种不锈钢管的制备工艺，具体涉及一种高光洁度耐腐蚀奥氏体精密无缝不锈钢管的制备工艺。

背景技术

国内市场中，精密无缝不锈钢管一般分为两种，中低档次的一般用管以及高档次的专用管。

中低档次精密无缝不锈钢管其制备工艺传统，其主要改进方向是尽量满足国内质量标准。高档次精密无缝不锈钢管，对管材的性能有较高的要求，根据使用情况的不同，特定的性能需要能够满足国际标准的要求。因此在制备工艺上必须不断创新，不断进步，才能适应不断提高的国际标准。

然而不锈钢管的制备工艺是多个步骤集合的一个整体，单单对某一个过程进行改进，其效果是有限的，而且每一个步骤后的半成品其处理后的结果都是有相对应的标准，如何在每一个环节都能够做得更好是不锈钢管的制备工艺改进的主要目标。

传统工艺中，对抛光的重视程度不够，并没有意识到管坯对最后成品质量的重要件；在冷轧方面，传统芯棒由于热处理后存在弯曲变形大，合格率低，硬度波动范围大的问题，若要获得高硬度又要求热处理弯曲变形小，必须采用较缓和的冷却方法，如热浴分级淬火、空冷淬火等，但硬度又达不到HRC60～62要求。传统工艺中，(酸洗采用的是酸洗废缸的氢氟酸加硝酸溶液，主要通过腐蚀剥离达到脱脂的目的，这不仅会使钢管表面脱脂不尽，而且会造成钢管表面的腐蚀现象，由此降低钢管的抗腐蚀性能，这是一种极不合理的方式，而且存在过酸洗，欠酸洗等缺点，酸洗工艺每个池都需要专人看管其工艺时间。)

管内壁的清洁传统工艺只通过高压水枪进行简单的冲洗，其清洁效果很差，也很浪费水资源，同时效率低下。

传统的烘干工艺采用高功率的热风机进行烘干，其受热不均匀，处理效果差，装运困难，效率很低，而且功耗高；目前国内不锈钢管热处理，普遍采用有保护气氛控制***的箱式或连续式退火炉，但是，由于连续退火炉在材料进出炉腔时存在间隙，如何防止外界空气进入炉内，成为决定退火后钢管表面质量的技术关键。

在钝化处理方面，传统工艺形成的钝化膜，不能完全满足使金属与腐蚀介质完全隔开的作用、防止金属与腐蚀介质直接接触，从而使金属基本停止溶解的作用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种不锈钢管的制备工艺，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。

本发明的多个步骤对传统工艺的改进，进行大量实验，通过一系列实验结果对制备工艺进行改进，意在能够在每个环节上都尽量靠拢甚至超越国际标准。

一种不锈钢管的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）采用金刚砂千叶轮和六组抛头抛光机对钢管的外表面连续抛光处理；

（2）对抛光后的钢管通过LG、LD型轧机进行冷轧处理；

（3）对冷轧后的钢管进行表面处理，包括；

（4）对表面处理后的钢管进行飞弹内壁清洁，利用喷气装置向钢管中发射一颗大于管路内径一定标准的海绵飞弹，使飞弹沿钢管内孔高速运动并与钢管内壁充分磨擦，达到清洁内壁的目的；

（5）对飞弹内壁清洁后的钢管通过烘干设备进行烘干处理；

（6）对烘干处理后的钢管进行无氧化热处理加工；

（7）将无氧化热处理加工后的钢管进行钝化处理，将钢管置于化学钝化溶液中浸泡，循环搅拌40-50min，然后在常温清水中浸泡15-30min，取出后用水冲洗干净；

（8）对钝化处理后的钢管进行矫直，改变钢管的直线度；

（9）对矫直后的钢管进行切割、运输、探伤和打码。

进一步，步骤（1）中外表面抛光，采用200±40目金刚砂千叶轮、六组抛头抛光机连续抛两次，进行外剥皮处理。

进一步，步骤（1）中的抛光处理除了对钢管的外表面进行抛光，还采用80目珩磨油石头来回加工的方式对钢管的内表面进行抛光。

进一步，步骤（2）中LG、LD型轧机进行冷轧处理的钢管尺寸精度为±0.05mm，表面粗糙度为Ra≤0.3μm；芯棒材质为含Si工具钢或高Cr工具钢，平均寿命比传统的GCr15钢芯棒提高了2～3倍；道次变形量为70%～85%。

进一步，步骤（3）中的清洗次数为2，采用的溶剂为柴油，第一次酸洗时间为7-8小时，第二次酸洗时间为4小时以上；沥干采用的是大于30℃的倾斜架。

步骤（3）中的清洗的次数为2，脱脂清洗采用的溶剂为柴油，)，第一次酸洗时间为7-8小时，第二次酸洗时间为4小时以上；沥干采用的是大于30℃的倾斜架。

进一步，步骤（4）中飞弹内壁清洁的飞弹的直径大于钢管直径的10%-20%，材料采用的是高密度海绵，形状为圆柱体结构。

进一步，步骤（5）中的烘干设备去除了传统的送风管道，加热仓内设置了多层结构，加热温度为180°±50°，烘干设备的功率为30KW。

进一步，步骤（6）中采用带保护气体的无氧化连续式退火炉中进行无氧化热处理加工，通过在连续式退火炉两端增加硅酸铝纤维毯制成的隔热片和高温炉口火焰调向装置，有效防止了加热炉内外气体的流通和外部空气的进入；加热仓采用的是平板式结构；加热过程中的温差控制在±10度。

进一步，步骤（7）中的化学钝化溶液的配方为：硝酸22-27wt%，铬酐1.5-2.2wt%，钼酸4.5-6.5wt%，苯并咪唑6-9wt%，余量为水。

本发明的有益效果：

一、采用内外表面双重抛光工艺，去除钢管内外两面的氧化物、杂质、直道等，大大提高了钢管轧制后的表面光洁度等级和耐腐蚀性能。

二、冷轧芯棒选用了淬透性更好、在热浴分级缓和冷却时能获得高硬度的Si工具钢、或高Cr工具钢来制造，平均寿命比GCr15钢芯棒提高了2～3倍。

三、酸洗工艺采用的是柴油清洗，除了能够去除附着物还能够去除润滑油，同时不会有过酸洗，欠酸洗等缺点。不需要大量工作人员照看。脱脂清洗采用有机溶剂进行脱脂，不会对钢管产生损坏，也没有很重的气味。

四、内壁清洁采用的是飞弹处理工艺，与传统技术相比，效果更好，实施更加简单，花费的人力更少，飞弹可以循环利用，实施成本更低。

五、通过在烘干设备的加热仓内设计多层仓架，一方面，将钢管铺设在不同层的仓架上，使受热更均匀，对加热器的功率要求也较之传统技术下降，更加节能；另一方面，由于受热更均匀，因此也不必担心温度过高的问题，使取消送风管道的设计成为可能，进一步使加热器的功率得到下降。

六、在热处理过程中，通过在连续式退火炉两端增加硅酸铝纤维毯制成的隔热片和高温炉口火焰调向装置，有效防止了加热炉内外气体的流通和外部空气的进入，极大地提高了钢管的表面光洁度，增强了钢管的耐腐蚀性。

七、钝化液采用的是独创的配方，其保护膜能有效防止金属与腐蚀介质完全隔开的作用，防止金属与腐蚀介质直接接触，从而使金属基本停止溶解。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

附图标记：

步骤1抛光处理、步骤2冷轧处理、步骤3表面处理、步骤4飞弹内壁清洁、步骤5烘干处理、步骤6无氧化热处理加工、步骤7钝化处理、步骤8矫直和步骤9切割、运输、探伤和打码。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施例1

图1为本发明的工艺流程图，如图1所示，本发明包括以下步骤：

步骤1：本发明采用200±40目金刚砂千叶轮、六组抛头抛光机连续抛两次，进行外剥皮处理。与传统的技术相比本发明对抛光工序的质与量进行了提高，在本实施例中，采用了200目金刚砂千叶轮、六组抛头抛光机连续抛两次，同时根据钢管的实际情况和客户的需要选择采用80目珩磨油石头来回加工的方式对钢管的内表面进行抛光。这样做的目的是为了能够对管坯存在的直道、凹坑、结疤、折迭、细裂纹等表面缺陷进行彻底的解决。大多数管坯质量都存在的缺陷，如果没有能在第一时间被处理彻底，然后这些缺陷在后步工序更会扩散恶化，根本无法去除，成为造成成品钢管表面腐蚀的源头。实验表明，在下游生产工艺相同的情况下，对管坯存在的直道、凹坑、结疤、折迭、细裂纹等表面缺陷，采用不予处理和不同抛光工艺处理，比较了成品的表面和钢管耐腐蚀性，确认了现行抛光工艺的效果，结论是：要生产出高光洁度耐腐蚀奥氏体精密无缝不锈钢管，管坯的抛光必须彻底，工艺必须规范。因此本发明颠覆了传统不锈钢管制备工艺中认为的：成品钢管是由后处理所决定的，而非管坯的质量。诚然，我们没有办法对购买的管坯进行仔细挑选，从成本效率考虑是不现实的，但我们可以在第一道抛光工艺中就对管坯进行修复，从而解决这个问题。

步骤2：对抛光后的钢管通过LG、LD型轧机进行冷轧处理。

冷轧管机一般都分为两种，一种是LG型，一种就是LD型。LG型的冷轧管机为两辊轧机。LD型为多辊轧机（至少三个轧辊以上，包括三个）。

LG型冷轧管机的主要结构为：床身、回转送进机构、机架、主电机、芯棒、传动***、电气***等。以前的冷轧管机都是单回转单送进，现在发展为单回转，双送进、双回转，单送进。双回转双送进等，一般送进方式又可分为机械送进，光电送进，伺服送进等。一台冷轧机最主要的部分就是机架，机架中包括：轧辊、齿轮、齿条等。其工作原理：轧辊和芯棒形成有规则的空腔，利用金属的弹性变形实现钢管的轧制。

通过结合二辊和多辊式冷轧管机的结构将传统的LG、LD型轧机进行了改进，实现多辊工控控制，保证了冷轧的精度，使钢管尺寸精度为±0.05mm，表面粗糙度为Ra≤0.3μm，远高于精度≤±0.10mm、表面粗糙度≤Ra0.8μm的国家标准。

轧制高精度冷轧钢管的冷轧芯棒是冷轧精密钢管的关键工业模具，其质量直接影响到冷轧钢管的精度和内表面的光洁度。芯棒材质为含Si工具钢或高Cr工具钢，平均寿命比传统的GCr15钢芯棒提高了2～3倍；道次变形量为70%～85%。传统的GCr15钢芯棒由于热处理后存在弯曲变形大，合格率低，硬度波动范围大的问题，若要获得高硬度又要求热处理弯曲变形小，必须采用较缓和的冷却方法，如热浴分级淬火、空冷淬火等。但硬度又达不到HRC60～62要求。本实施例中采用的是9CrSi工具钢，也可以选择是Cr12MoV工具钢，选择这些类型工具钢的原因是，其淬透性更好、在热浴分级缓和冷却时能获得高硬度。

步骤3：对冷轧后的钢管进行表面处理，包括酸洗、沥干、二次酸洗、清水清洗、沥干、脱脂清洗、清水清洗和沥干。

首先是对钢管进行酸洗处理，将不锈钢浸入第一柴油池内，完全浸没7-8小时，使石蜡油完全分解。起吊放下2-3次自然冲洗，后放在大于30℃倾斜架上沥干柴油。

然后进行二次酸洗，将钢管再浸入干净的柴油池内，完全浸没4小时以上，然后用高压枪逐根冲洗内外表面。用手感觉确定内孔无石蜡油、砂粒、铁末，内孔观测无黄油、积物，起吊沥干。

最后进行脱脂清洗，将柴油酸洗好的钢管放入加温流动的脱脂清洗池，完全浸没4小时以上，起吊后用高压枪逐根清洗内外表面。用手感觉内外无油、砂粒、铁末、内孔光亮无沉淀积物，放在大于30℃倾斜架上沥干。

传统的脱脂清洗使用的是酸洗废缸的氢氟酸加硝酸溶液，主要通过腐蚀剥离达到脱脂的目的，这不仅会使钢管表面脱脂不尽，而且会造成钢管表面的腐蚀现象，由此降低钢管的抗腐蚀性能，这是一种极不合理的方式。

与传统酸洗方式相比，本发明采用柴油酸洗，能够有效去除冷轧过程中粘附在钢管上的润滑油和杂质。同时柴油酸洗不会造成过酸洗和欠酸洗的问题，可以很大程度减少人力成本。

与传统脱脂清洗相比，本发明采用的是有机溶剂进行脱脂，通过有机溶剂对油污的溶解作用以达到脱脂的目的，并且对不锈钢管的表面没有损害。

步骤4：对表面处理后的钢管进行飞弹内壁清洁，传统的内壁清洁是采用高压水枪对管内进行冲洗，效果差，不仅浪费水资源，而且浪费时间。本发明采用的飞弹内壁清洁，利用喷气装置向钢管中发射一颗大于管路内径一定标准的海绵飞弹，使飞弹沿钢管内孔高速运动并与钢管内壁充分磨擦，达到清洁内壁的目的。其中飞弹内壁清洁的飞弹的直径大于钢管直径的10%-20%，目的是为了在展开时，能充分与内壁接触磨擦，同时避免因为直径太长而卡住的情况。材料采用的是高密度海绵，可以反复利用，同时弹性足，清洁效果好，同时考虑到钢管的性质，海绵飞弹的形状设计成圆柱体结构。

步骤5：对飞弹内壁清洁后的钢管通过30KW功率的烘干设备进行烘干处。传统烘干设备具有送风管道，送风管道的作用是作为一个缓冲区域，能够让加热仓内的温度得到稳定的控制，同时传统的烘干设备的加热仓中的仓架采用的是圆弧形支架，而钢管也是被捆扎成圆柱体，这种设计有着一些缺陷：一方面，传统的烘干是通过将钢管捆扎后类似于圆柱体一样后放在仓架上，这样烘干的效果很差，钢管的烘干效果无法受热均匀，因为每根钢管的高度不一，使得每根钢管的受热都不同，为了提高效率不能完全顾忌所有钢管是否都完成烘干效果，为了提高质量则需要花费能多的时间和成本来提高烘干的效果，非常的浪费能源；另一方面，钢管的尺寸、材质是不定的，传统的仓架如果遇到一些材料的密度大的钢管，则为了安全，就必须减少放入量，防止仓架因为重量而损毁，而一次烘干的成本是固定的，因此同样数量的钢管，需要花费更多的次数进行烘干，造成成本的浪费，能源的损失。

与传统的烘干设备相比，本发明去除了传统的送风管道，使得热空气能够直接传递到加热仓内，但是随之而来是温度无法控制的问题，因此本发明在加热仓内设置了多层结构。由于加热仓是矩形结构，因此把钢管堆放成矩形形状比圆形形状能更充分利用资源。另一方面，分层结构使得钢管的重量分部也更加均衡，传统的圆柱体捆扎方式使得所有钢管的重量全部需要仓架承受，而本发明的仓架使钢管的数量平均的分部在各个层面上，压力减轻很多，不会产生传统仓架的问题，因此一次烘干的钢管数量也比传统的烘干设备更多，比之传统的烘干设备的能源也更少，成本也更低。在保证温度为180°±50°的同时功率也从原来的180KW缩减至30KW。

步骤6：对烘干处理后的钢管进行无氧化热处理加工。传统的不锈钢管热处理技术，普遍采用有保护气氛控制***的箱式或连续式退火炉。但是，由于连续退火炉在材料进出炉腔时存在间隙，如何防止外界空气进入炉内，成为决定退火后钢管表面质量的技术关键。因为热处理后钢管表面如产生氧化铁皮，须酸洗处理，并直接影响到钢管内外光洁度和耐腐蚀性能。本发明通过在连续式退火炉两端增加硅酸铝纤维毯制成的隔热片和高温炉口火焰调向装置，有效防止了加热炉内外气体的流通和外部空气的进入，保证了奥氏体不锈钢管在高纯度N₂保护下进行光亮退火处理，极大地提高了钢管的表面光洁度，增强了钢管的耐腐蚀性。

同时在运输方面，与传统的桥式运输方式相比，本发明的加热仓采用的是平板式设计，因此不需要采用桥式运输方式进行抬高上升和下降，相对的就节省了很多时间。

另一方面是本发明的热风机采用的是自动化控温技术，利用温测仪与工控机连接，将温度数据与数据库中设置的值进行比较，能随着控制温度的变化，使本发明的加热温度与传统的±50°差量相比，本发明能够做到±10°的差量，节能效果更好。

步骤7：将无氧化热处理加工后的钢管进行钝化处理，将钢管置于20-25℃的化学钝化溶液中浸泡，循环搅拌40-50min，然后在常温清水中浸泡15-30min，取出后用水冲洗干净。化学钝化溶液的配方为：硝酸22-27wt%，铬酐1.5-2.2wt%，钼酸4.5-6.5wt%，苯并咪唑6-9wt%，余量为水。

奥氏体不锈钢管钝化处理效果好坏取决于三大工艺参数：钝化液成分、钝化液温度和钝化处理时间。传统工艺中，溶液成分硝酸300～500g/L和重铬酸钠20～30g/L，室温下处理30～60分钟。为避免不锈钢表面有残留的钝化液造成以后的腐蚀，钝化后还应在30～50g/L的碳酸钠溶液中于室温下中和处理1分钟。本发明在传统工艺基础上，根据研发实验和实践测试进行了改进，溶液温度：20～25℃；处理时间：浸泡40～50∕min；操作要求：无缝钢管表面无残留余液后放入化学钝化槽，并借助循环搅拌使管壁充分接触钝化液，确保钝化均匀，根据溶液温度高低，适当调节处理时间。浸泡后倾斜钢管，自然垂滴。经钝化并滴净余液的钢管移入清水槽，在常温清水中浸泡15min以上，借助高压水枪逐根冲洗，彻底清除钢管表面残留钝化液。

步骤8：对钝化处理后的钢管进行矫直，改变钢管的直线度。矫直设备与钢管接触的部件采用尼龙塑料制造，并且其形状为葫芦口，采用尼龙塑料是因为他的硬度低于钢管硬度，可以防止摩擦造成的抗腐蚀性下降，采用葫芦口形状比起传统的履带设计，可以大大减少运输设备的制造设备的成本。

步骤9：对矫直后的钢管进行切割、运输、探伤和打码。探伤打码采用一体化设备，探伤采用双红外线检测设备，从上下两个位置捕捉钢管外壁和内壁的红外线热源，保证了钢管的检测质量，同时将检测结果传输给打码器进行打码。

以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。

Claims (9)

1.一种不锈钢管的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）采用金刚砂千叶轮和六组抛头抛光机对钢管的外表面连续抛光处理；

（2）对抛光后的钢管通过LG、LD型轧机进行冷轧处理；

（3）对冷轧后的钢管进行表面处理，包括脱脂清洗、清水清洗和沥干；

（4）对表面处理后的钢管进行飞弹内壁清洁，利用喷气装置向钢管中发射一颗大于管路内径一定标准的海绵飞弹，使飞弹沿钢管内孔高速运动并与钢管内壁充分磨擦，达到清洁内壁的目的；

（5）对飞弹内壁清洁后的钢管通过烘干设备进行烘干处理；

（6）对烘干处理后的钢管进行无氧化热处理加工；

（7）将无氧化热处理加工后的钢管进行钝化处理，将钢管置于的化学钝化溶液中浸泡，循环搅拌40-50min，然后在常温清水中浸泡15-30min，取出后用水冲洗干净；

（8）对钝化处理后的钢管进行矫直，改变钢管的直线度；

（9）对矫直后的钢管进行切割、运输、探伤和打码。

2.根据权利要求1所述的一种不锈钢管的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中外表面抛光，采用200±40目金刚砂千叶轮、六组抛头抛光机连续抛两次，进行外剥皮处理。

3.根据权利要求1所述的一种不锈钢管的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中的抛光处理除了对钢管的外表面进行抛光，还采用80目珩磨油石头来回加工的方式对钢管的内表面进行抛光。

4.根据权利要求1所述的一种不锈钢管的制备工艺，其特征在于：步骤（2）中LG、LD型轧机进行冷轧处理的钢管尺寸精度为±0.05mm，表面粗糙度为Ra≤0.3μm；芯棒材质为含Si工具钢或高Cr工具钢，平均寿命比传统的GCr15钢芯棒提高了2～3倍；道次变形量为70%～85%。

5.根据权利要求1所述的一种不锈钢管的制备工艺，其特征在于：步骤（3）中的清洗的次数为2，脱脂清洗采用的溶剂为柴油，第一次酸洗时间为7-8小时，第二次酸洗时间为4小时以上；沥干采用的是大于30℃的倾斜架。

6.根据权利要求1所述的一种不锈钢管的制备工艺，其特征在于：步骤（4）中飞弹内壁清洁的飞弹的直径大于钢管直径的10%-20%，材料采用的是高密度海绵，形状为圆柱体结构。

7.根据权利要求1所述的一种不锈钢管的制备工艺，其特征在于：步骤（5）中的烘干设备去除了传统的送风管道，加热仓内设置了多层结构，加热温度为180°±50°，烘干设备的功率为30KW。

8.根据权利要求1所述的一种不锈钢管的制备工艺，其特征在于：步骤（6）中采用带保护气体的无氧化连续式退火炉中进行无氧化热处理加工，通过在连续式退火炉两端增加硅酸铝纤维毯制成的隔热片和高温炉口火焰调向装置；加热仓采用的是平板式结构。

9.根据权利要求1所述的一种不锈钢管的制备工艺，其特征在于：步骤（7）中的化学钝化溶液的配方为：硝酸22-27wt%，铬酐1.5-2.2wt%，钼酸4.5-6.5wt%，苯并咪唑6-9wt%，余量为水。

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