我今天讲的题目是我国兴化万港不锈钢管市场需求及国内外不锈钢管技术发展趋势,文章包括4个问题:一是对不锈钢作一个简介,介绍分类、代表钢号化学成分和室温力学性能;二是我国不锈钢和万港不锈钢管的市场需求与预测;三是世界不锈钢管生产技术的发展趋势;四是我国不锈钢管生产、技术现状及与世界先进水平的差距。
1.不锈钢简介、代表钢号和室温力学性能
1.1不锈钢简介
不锈钢一般是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢,而耐酸钢则是指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。
不锈钢自本世纪初问世,到现在已有90多年的历史。不锈钢的发明是世界冶金史上的重大成就,不锈钢的发展为现代工业的发展和科技进步奠定了重要的物质技术基础。
不锈钢钢种很多,性能各异,它在发展过程中逐步形成了几大类。
按组织结构分,分为马氏不锈钢(包括沉淀硬化不锈钢)、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体加铁素体双相不锈钢等四大类;
按钢中的主要化学成分或钢中的一些特征元素来分类,分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等;
按钢的性能特点和用途分类,分为耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强不锈钢等;
按钢的功能特点分类,分为低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢、超塑性不锈钢等。
目前常用的分类方法是按钢的组织结构特点和钢的化学成分特点以及两者相结合的方法分类。一般分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢等,或分为铬不锈钢和镍不锈钢两大类。
1.2代表钢号、化学成分、室温力学性能:
马氏体不锈钢的代表钢号为1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等,
铁素体不锈钢的代表钢号为1Cr17、1Cr17Ti、1Cr25等,
奥氏体不锈钢的代表钢号为1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9(304)、00Cr18Ni9Ti(304L)、0Cr17Ni12Mo2(316)、00Cr17Ni14Mo2(316L)、0Cr18Ni11Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)等,
双相不锈钢的代表钢号为00Cr26Ni7Mo2Ti等。
为了清楚,将它们列表来说明见表1-1、表1-2、表1-3。
不锈钢用于在钢管方面,国内当前使用生产最多的是奥氏体不锈钢(约占90%以上)和少量的铁素体及双相不锈钢)。
表1-1国内不锈钢标准钢号对照表
中国 日本 美国 英国 德国 法国 前苏联
GB1220-92 GB3280-92 JIS AISI UNS BS970 BS1449 DIN17440 Din17224 NFA35-575 NFA35-576 ГОСТ 5632
0Cr13 SUS410S S410 1Cr13 SUS410 410 410S21 X7Cr13 Z6C13 08X13
2Cr13 SUS420J1 420J1 420S29 X20Cr13 Z20C13 20x13
1Cr17 SUS430 430 7Cr17 SUS440A 440A
9Cr18 SUS440C 440C X105CrMo17 Z100CD17 95X18
0Cr18Ni9 SUS304 304 304S15 X5CrNi189 Z6CN18.09 08X18H10
00Cr18Ni9 SUS304L 304L 304S12 X2CrNi189 Z2CN18.09 03X18H11
0Cr17Ni12Mo2 SUS316 316 316S16 X5CrNiMo1812 Z6CND17.12
00Cr17Ni14Mo2 SUS316L 316L 316S12 X2CrNiMo1812 Z2CND17.12 03X17H14M2 0Cr18Ni11Ti SUS321 321 X10CrNiTi189 Z6CNT18.10 08X18H10T
0Cr18Ni11Nb SUS347 347 347S17 X10CrNiNb189 Z6CNNb18.10 08X18H12F 00Cr26Ni7Mo2Ti 00Cr26Ni17Mo2Ti(双相)
表1-2马氏体、铁素体、奥氏体、双相不锈钢的化学成分
钢号 C Si Mn Cr Ni Mo Ti Nb S P
2Cr18Ni9 0.12-0.22 ≤1.0 ≤2.0 17-19 8-11 ≤0.03 ≤0.035
1Cr18Ni9(304) ≤0.015 ≤1.0 ≤2.0 17-19 8-10 ≤0.03 ≤0.035
0Cr18Ni9(304L) ≤0.08 ≤1.0 ≤2.0 17-19 8-11 ≤0.03 ≤0.035
1Cr18Ni9Ti ≤0.12 ≤1.0 ≤2.0 17-19 8-11 5×(C-0.02~0.8) ≤0.03 ≤0.035 0Cr18Ni9Ti(321) ≤0.08 ≤1.0 ≤2.0 17-19 8-11 5×C%~0.7 ≤0.03 ≤0.035 0Cr18Ni11Nb(347) ≤0.08 ≤1.0 ≤2.0 17-19 9-12 ≤10×C% ≤0.03 ≤0.035 0Cr17Ni12Mo2(316) ≤0.08 ≤1.0 ≤2.0 16-19 11-15 1.8-2.5 5×C%~0.7 ≤0.03 ≤0.035
00Cr26NiMo2Ti(双相) ≤0.03 0.4-0.8 ≤1.5 25-27 6.5-7.5 1.5-2.5 0.3-0.5 ≤0.03 ≤0.035 1Cr13(410) ≤0.15 ≤1.0 ≤1.0 11.5-13.5 ≤0.03 ≤0.035
2Cr13(420) 0.16-0.25 ≤1.0 ≤1.0 12-14 ≤0.03 ≤0.035
3Cr13 0.26-0.35 ≤1.0 ≤1.0 12-14 ≤0.03 ≤0.035
4Cr13 0.36-0.45 ≤1.0 ≤1.0 12-14 ≤0.03 ≤0.035
1Cr17(430) ≤0.12 ≤0.8 ≤0.8 16-18 ≤0.03 ≤0.035
1Cr17Ti ≤0.12 ≤0.8 ≤0.8 16-18 5×C%~0.8 ≤0.03 ≤0.035
0Cr17Ti ≤0.08 ≤0.8 ≤0.8 16-18 5×C%~0.8 ≤0.03 ≤0.035
1Cr25Ti ≤0.12 ≤1.0 ≤0.8 20-27 5×C%~0.8 ≤0.03 ≤0.035
表1-3马氏体、铁素体、奥氏体和双相不锈钢的室温力学性能 钢号 热处理制度
σbMpa σsMpa δ(%) ψ(%)
2Cr18Ni9 1100-1150oC水冷 568 216 40 55
1Cr18Ni9 1100-1150oC水冷 1100oC水冷 539 540-706 196201-382 45 48.8-69 50 59.5-81 0Cr18Ni9(304) 1080-1130oC水冷 490 196 45 60
1Cr18Ni9Ti 920-1150oC水冷 1100oC水冷 540 541-790 205 196-510 40 40-81 45 55-79.5 0Cr18Ni9Ti(321) 950-1050oC水冷 1100oC水冷 541 554-653 196 245-328 40 46-62 55 57.2-78.3
00Cr18Ni10 1050-1100oC水冷 1100oC水冷 480 510-745 177 196-490 40 45-68.5 60 68-81.5
0Cr18Ni11Nb 900-1100oC水冷 1100oC水冷 520 539-632 205 235-304 40 40-57 50 63.5-75.5
1Cr18Ni12Mo2Ti 1000-1100oC水冷 530 205 40 55
00Cr18Ni17Mo2Ti 1000-1100oC水冷 539-767 216-414 41.2-67 55-77.5
00Cr17Ni4Mo2Ti 1010-1150oC水冷 1050oC水冷 480 260 177 578 40 54 60 60 0Cr17Ni14Mo2(316L) 1010-1050oC水冷 1050oC水冷 1100oC水冷 480 265 230-225 177 578 505-554 40 54 56-63.5 60 76 76-81
00Cr26Ni7Mo2Ti 1080oC水冷 674 544 29.6 66.8
1Cr13(410) 1000-1050oC淬火(油、水冷)700-790oC回火(油、水、空冷) 588 412 20 60 2Cr13(420) 1000-1050oC淬火(油、水冷)660-770oC回火(油、水、空冷) 647 441 16 55 1Cr17(430) 750-800oC空冷 750-800oC空冷 450 412-632 205 245-485 22 20-57 50 50-80.5 2.
2.我国不锈钢和万港不锈钢管市场需求及预测
2.1我国不锈钢市场需求及预测
(1)我国不锈钢生产和消费现状 进入90年代以来,世界不锈钢生产和技术有了进一步发展,世界不锈钢市场呈现供大于求的局面,全世界不锈钢粗钢产量1996年为1242万吨,1997年1610万吨,1998年为1600万吨,1999年为1700万吨,2000年达到1905万吨。2001年为1850万吨。
从上可以看出2001年比2000年下降了3%,主要原因是世界不锈钢的生产量出现过剩现象,二是2001年下半年油价上涨所造成。根据预测分析2000年-2005年不锈钢将是增长的趋势。 2000年我国不锈钢和钢材的产量在市场驱动下有大幅度的增长,全年共产不锈钢52.3万吨,钢材60.96万吨,和1999年相比,钢增加20.03万吨,增长率为78%;钢材增加 20.44万吨,增长率为72%,创历史最好水平。从而打破了我国不锈钢产量长期以来停留在年产量30多万吨的局面。
然而,从我国目前实际的不锈钢产销状况分析,仍为供不应求,1999年我国不锈钢材消费量达160.36万吨(见表2-1)2000年为180万吨。 表2-1 1999年我国不锈钢材生产量和消费两构成状况 (单位:万吨)
不锈钢材品种 生产量 进口量 出口量 表观消费量 骨干企业 地方企业
薄板(带) 23.95 10 60.47 0.61 93.81
热轧板 6.18 27.64 0.58 33.24 其中:≥475 (6.18) (8.86) (0.58) (14.46)
长材类 8.88 3.3 8.33 0.99 19.52 其中:线材 (1.19) (2.99) (4.18) 钢锭及半成品 7.22 0.24 6.98
管材类 0.75 5.0 1.16 0.36 6.55
复合板及其他 0.26 0.26
合计 40.02 18.3 104.82 2.78 160.36
注:国内表观消费量=生产量+进口量-出口量 不锈钢进口量由海关提供 我国近10年来不锈钢需求量年均以15%以上的速度增加,增长速度是世界平均水平的2.3倍。1999年国内不锈钢年消费量已达160万吨以上,1999年不锈钢消费组成和消费行业分布如图2-1和图2-2。 图2-1 1999年不锈钢市场按品种分布 图2-1 1999年不锈钢消费行业分布
(2)我国不锈钢市场预测分析
随着国民经济的快速发展,我国不锈钢需求也将同步或超常增长,在"十五"期间,国民经济增长按7%设定,预计到2005年不锈钢需求将达到230万吨,其中热轧板50万吨,冷轧130万吨,长材30万吨,管材无缝管8万吨。而2010年我国不锈钢市场消费将达到260万吨。基本进入不锈钢消费大国,人均不锈钢消费量由现在的0.8公斤上升到1.86公斤。但即使这样,与国际先进水平相比仍有相当差距。对此可以看出:我国不锈钢市场的潜力是巨大的,而我们现有的发展是有限的。
表2-2是我国2000-2010年不锈钢市场需求预测。 表2-2 2000-2010年我国(大陆)不锈钢市场需求预测 (单位:万吨)
品种 钢种 用途 2000年 2005年 2010年
薄板 304、321、430 焊管、镜面花纹加工、饮食设备、建筑装饰等 100 130 150
热轧板卷 304、310、316、300、400 化工、能源冷轧板原料、饮食、机械等 40 50 55
棒线型材 300、400
标准件、机械加工、交通、装潢 23.5 30 33
管材(无缝) 304、316 化工、化纤、化肥、石化等 6.5 8 10
其他 300及高镍系列 锻件、高温用料等 10 12 12 合计 180 230 260
(3)我国"十五"期间不锈钢行业发展规划
今后五年是我国不锈钢行业发展的五年,也是至关重要的五年。由于不锈钢受国家政策的鼓励和扶植,国内大型钢铁企业将不惜巨资进行改扩建和新建不锈钢工程。国家已制定出2000-2010年不锈钢工业的发展规划。即从2000年到2005年,我国将国内不锈钢市场占有率从现在的25%提高到70%,其中薄板和带材从现在的20%上升到60%,大多数不锈钢管、棒线型长材要实现国产化。另外,随着光亮热处理不锈钢产量和质量的提高,要增加奥氏体铁素体不锈钢的产量;精炼比和连铸比要从现在的30%和15%上升到65%和70%的水平。 从2005年到2010年,国内不锈钢市场占有率提高到90%左右,届时与2000年到2005年达到33%相比,国产不锈钢的80%以上将达到国际高质量标准。在2000年到2005年,我国要对现有的不锈钢生产设备进行升级,并增加150万吨/年新的不锈钢生产能力,增加60万吨不锈钢薄板和带材,以满足来自工业用户和建筑领域日益增长的需求。表2-3是我国"十五"期间大型不锈钢企业发展目标计划。
从以上国内不锈钢产销的分析和对比可以得出,我国在未来5-10年不锈钢的市场潜力是巨大的,随着国内不锈钢骨干企业改扩建和新建项目的陆续完成,不锈钢产能将有较大的提升,到2005年,国内不锈钢的生产能力将超过230万吨左右,其本满足市场需求。但是,随着全球经济一体化的到来,国内不锈钢市场也势必面临国际市场的挑战,即我们的对手将是国际著名的不锈钢大财团,竞争无疑是相当激烈的,对此,作为国内不锈钢生产企业应从抓好增加品种、提高质量、改进服务,使我国不锈钢生产和技术达到国际先进水平。
2.2我国不锈钢管生产和消费现状、市场需求及预测分析
(1)我国万港不锈钢管材消费的特殊性及主要消费领域我国不锈钢管材的消费与国外相比有着自己的特殊性。就不锈钢而言,发达国家的不锈钢产量占钢产量的1.7-3.8%,人均消费不锈钢12-16公斤;不锈钢管质量占钢产量的3-5%左右,人均消费不锈钢管材0.3-0.6公斤;我国不锈钢产量仅占钢产量的0.5-0.6%之间,人均消费不锈钢在1.2-1.4公斤,但不锈钢管材的年产量超过20万吨,其中不锈钢焊管大部分原料靠进口,人均消费不锈钢管达到0.2-0.4公斤。我国不锈钢管材的特殊性表现在人均消费水平相对较高,与发达国家基本接近。
不锈钢管材分为无缝管和焊管。我国不锈无缝钢管起步较早,于20世纪50年代末;到目前为止,生产不锈钢无缝钢管的企业4约有200多家,综合生产能力在10万吨以上,但生产高标准工业用管的企业不到10家,年生产约10000吨左右。2000年不锈钢无缝钢管产量约为65000吨,2000年进口4129.86吨,表观消费量为69000吨/年。
不锈钢钢管消费领域为化工,化纤,化肥及核工业,这些领域消耗的是高品质不锈钢管,还有一般用的不锈钢管,年消费量69000吨主要由这两部分组成。
我国不锈钢焊管起步较晚,发展较快,到目前为止,不锈钢焊管生产线约400多条,估计生产能力在40万吨/年左右,其中引进的生产线有100多条,生产能力约8-10万吨/年,能生产高标准工业用管的生产能力很少,产量更少,大部分机组主要用于生产民用管和低标准工业用管。由于不锈钢焊管是二次加工产品,是用钢带焊成,生产企业较多,且分散,其产量和消费量各方面的统计出入较大,最高达33万吨/年,估计有的统计包括了镜面板和发纹板内。按照多方面的统计资料分析,确切数据我国目前不锈钢焊管生产量和消费量在20万吨/年左右,消费量和生产量基本平衡。不锈钢焊管的进口量很少,2000年进口量仅为4129.86吨,出口量为281.39吨,所以进出口量对消费量影响不大。
表2-4为我国1989-2000年不锈钢管生产量和消费量统计。 不锈钢管材的消费分为焊管和无缝钢管,国内焊管消费量在20万/年左右,无缝钢管约在6.0-6.9万吨/年。(见表2-4)
表2-4 我1989-2000年不锈钢管产量、进口量和消费量 (单位:万吨)
年份 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00
国产量 无缝管 4.49 3.28 3.9 4.62 5.11 5.25 5.08 5.14 5.80 6.01 6.18 6.5
焊管 0.6 0.9 1.4 3.8 11.5 14.5 15.7 17.8 18 18.8 19.2 20.2
进口量 1.08 1.2 1.08 0.96 1.1 1.4 0.98 0.9 1.02 0.88 0.87 0.83
消费量 6.77 5.38 6.38 9.38 17.7 21.1 21.7 23.8 24.8 25.7 26.2 27.3
不锈钢焊管的主要使用领域是城市景观工程和建筑装饰工程;在轻工、制药、造纸、污水治理、供水工程等也有相当比重;在化工、化肥、石化等一般选用规格在φ159mm以上的中低压输送管道,汽车消声器也是焊管的使用领域。
不锈钢无缝管主要用于化工、化肥、化纤、石化、电力、核工业、航空、航天等领域。
表2-5是我2000年不锈钢管主要消费领域分布统计。
(2)我国不锈钢管材的发展前景和市场预测分析
据统计分析,到2005年2010年,我国不锈钢管材的消费量将分别达到40和50万吨。有人认为我国供水管应大量改用不锈钢管,预计2010年供水用不锈钢管需约30万吨,如果这样,不锈钢管材总消费将达到80万吨。
表2-6为我国2005年和2010年不锈钢管(包括无缝管和焊管)消费量预测。
表2-5 2000年我国不锈钢管主要消费领域分布统计 消费领域 无缝管 焊管 合计 消费量(t) 比例(%) 消费量(t) 比例(%) 消费量(t) 比例(%)
化肥 4800 6.96 1800 0.88 6600 2.42 化工 6000 8.70 4000 1.96 10000 3.66
石化 9200 13.73 3200 1.57 12400 4.54
电力 18000 26.09 1000 0.49 19000 6.96 核工业 300 0.43 100 0.05 400 0.15
航天 1000 1.45 1000 0.37
航空 900 1.30 900 0.33
轻工(印刷、造纸) 2000 2.90 3000 1.47 5000 1.83
环保 4000 5.80 2400 1.18 6400 2.34
供水 1500 2.17 5000 2.45 6500 2.38
汽车消声器 3000 4.35 1000 0.45 4000 1.46
城市景观及装饰 5000 7.25 158600 77.70 163600 59.9
其他 13300 19.27 24000 11.80 37300 13.66
合计 69000 100 201400 100 273100 100
表2-6 2005年和2010年我国不锈钢管材消费量预测 (单位:吨)
消费领域 2000年 2005年 2010年
化肥 6600 7800 9600
化工 10000 14000 20000
石化 12400 16000 18000
电力 19000 20000 22000
核工业 400 2000 6000
航天 1000 1500 2000
航空 900 1500 2000
轻工(印刷、造纸) 5000 8000 15000
环保 6400 10000 20000
供水 6500 10000 20000
汽车消声器 4000 6000 8000
城市景观及装饰 163600 252000 310000
其他 37000 48000 55000
合计 273100 396800 507600
我国不锈钢管材发展前景十分看好。到2005年无缝钢管的生产能力与市场需求大体平衡,预计能生产高标准无缝管的企业增多,高标准无缝管实际年产量可达40000吨左右。低标准的建筑装饰用焊管生产能力将维持40万吨/年左右。有部分企业将向能生产高标准的工业用焊管迈进。再有5-10年,我国不锈钢管的品种、材质、规格和使用性能将会全面提高,基本能满足国内各行业的需求。
3.世界不锈钢管生产技术的发展趋势
3.1采用"三步法"炼钢和连铸生产不锈钢管坯工艺,为提高不锈钢管坯质量,降低成本创造了条件。 世界上一些主要不锈钢厂在"二步法"的基础上,研究和采用"三步法"冶炼不锈钢的新工艺。目前日本大部分专业不锈钢厂都已采用了"三步法"生产工艺。德国曼内斯曼德马克冶金技术公司开发了一套专门用于"三步法"的工艺设备,它包括1台超高功率电炉、1台MRP-L转炉和1台VOD精炼装置。该工艺采用电炉熔化,MRP-L转炉加氧枪快速脱碳,VOD真空炉最终深脱碳。此工艺的基本出发点是把AOD和VOD两种工艺各自的优点结合和发扬,并克服了AOD的氩气和耐火材料耗量大及处理时间长的缺点,实现低消耗、缩短时间、降低成本的目的。当然,电炉AOD"二步法"冶炼不锈钢也是可行的。目前世界60%以上的不锈钢产量是用"二步法"工艺生产的。
目前,国外不锈钢管坯已基本连铸化,连铸机以立式和弧型为主,也有使用水平连铸机的。不锈钢连铸坯与传统的钢锭-轧坯相比,金属收得率提10-15%,管坯质量更好,并节省能源,降低生产成本。 不锈钢在连铸过程中有些合金元素极易氧化,易产生氧化物夹杂;另外,钢水的粘度大,很易造成水口堵塞。由于不锈钢的凝固形态比较复杂,钢水的导热性差,铸坯易产生裂纹,所以,对冷却和拉坯的速度要求较严格,并采取各中间包加热,无氧化保护浇铸,电磁搅拌、液在自动控制等一系列新技术,使铸坯质量大大提高,使一些难浇铸的钢种,如含钛不锈钢、单相奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢等钢种都能顺利浇铸,扩大了不锈钢连铸的钢种。
3.2热挤压工艺是世界当前热加工不锈钢无缝管的主要生产工艺 随着技术发展,有些类型的热轧钢管机组都可以生产不锈钢管,但挤压机组是世界上不锈钢无缝管的主要生产机组。目前,世界有60多套挤压机组,除少数用于型材挤压外,70%的机组用于生产钢管,主要品种是不锈钢管,表3-1是世界上主要不锈钢管厂采用的挤压机组及生产的品种规格。
挤压与轧制(纵轧与斜轧)生产方法相比,挤压法的特点是金属变形过程中承受三向压缩应力。在这种最佳应力状态下,对于变形抗力大的不锈钢管可以获得较好的内外表面质量和金相组织。由于立式液压穿轧工艺设备的改进,可使挤压后的荒管壁厚偏差达到5-7%的精度。挤压机工模具简单,易于制造和更换,使其适合小批量、多规格不锈钢管的生产。挤压机组还可以生产较宽范围的钢管,从表3-1可以看出,一套5000吨的挤压机组可生产φ25-254mm的钢管,对市场需求的适应远远高于其他轧管方法。 采用挤压法生产不锈钢管的突出好处是可以直接使用连铸坯作原料,产品质量稳定,更换品种灵活,可以直接生产热挤压成品管,也可以生产各种异型断面不锈钢管。 显然,用挤压法生产成品管和为冷加工提供的荒管料,是国外目前热加工不锈钢管生产厂采用一种较经济的先进的成熟的方法。 随着高速、自动化、大吨位挤压机的采用,以及玻璃润滑剂、无氧化加热、高强度高韧性热作模具等相关技术的发展,用热挤压法生产不锈钢无缝钢管,特别是生产难变形的不锈、高合金钢管得到了迅速的发展。用单一二辊斜轧为冷加工提供荒管料的方法,国外已基本不采用了。
3.3冷加工不锈钢管趋向于采用冷轧为主,冷拔为辅的联合生产工艺,冷轧机、冷拔机向高速、高精度、长行程、多线方向发展 不锈钢管的50-80%需要通过冷加工出成品。因此,冷加工工艺设备的发展给予了较多的关注。
冷加工工艺基本有三种,即冷拔工艺、冷轧工艺、冷轧-冷拔联合工艺。不锈钢管的冷加工国外大多数采用冷轧-冷拔联合工艺,并以冷轧为主、冷拔为辅的加工方法。
现代冷轧机可实现大减径量和大减壁量,轧制变形量80%在冷轧机上完成。采用冷轧定壁、辅用以冷拔改变规格和控制外径,满足不同品种和规格的要求。
冷轧-冷拔联合工艺生产的优点是:钢管质量好,冷轧钢管壁厚精度和表面质量较高,冷拔确保钢管外径精度;冷加工周期短,减少中间脱脂、热处理、缩口、矫直等工序,节省能源,减少金属消耗;可采用大规格荒管原料生产小直径的钢管,简化原料规格种类。
目前,世界上冷轧和冷拔工艺技术和装图示水平有了很大的发展。冷轧机正向高速、长行程、环轧型、高精度的方向发展。这类冷轧机是德国的米尔公司制造的。表3-2是米尔公司制造的冷轧管机技术性能。
机组型号 管坯直径(max)mm 成品管直径mm 轧辊直径mm 轧辊长度mm 工作速度rpm 功率km KPW50VM 75 100 125 175 225 250 51 76 102 133 175 230 260 14-38 20-60 30-80 48-113 76-150 114-205 140-230 280 336 403 480 640 760 800 370 455 545 630 840 950 950 75-190 60-160 55-140 50-125 375-90 375-75 20-40 90 180 240 350 650 1200 100 KPW25VMR 50 75 100 125 28 51 76 102 133 8-20 14-38 20-60 30-80 48-113 185 300 370 450 520 360 600 740 890 1000 100-260 75-190 60-160 55-140 50-125 37 165 300 400 550 SKW50VMR 75 100 125 150 51 76 102 133 160 14-38 20-60 30-80 48-113 50-120 300 370 450 520 580 680 820 950 1050 1100 70-180 60-150 50-130 50-115 40-100 200 350 500 700 960
俄罗斯XПT系列冷轧管机应用也比较广泛,尤其是轧制大中规格产品的冷轧管机,其性能参数具有当代世界先进水平。XПT450型冷轧管机,可生产φ450mm的冷轧成品管,是当前世界上最大的冷轧管机,我国南通某钢厂进口了一套这样的冷轧机。
生产不锈钢管的冷拔管机结构上仍以链式冷拔机为主,也有少数液压冷拔机。多线、高速、全自动是当前冷拔机发展的方向。
3.4焊管工艺技术进步,加速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。几种焊接方法各具特点,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,不含氧化物夹杂,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、焊透性能好,其产品在化工、核工业和食品等工业中得到广泛应用。
焊接速度不高是氩弧焊的不足之处,为提高焊接速度,国外研究开发了多种方法。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应用。70年代德国首先采用多焊炬沿焊缝方向直线排列,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,焊接速度比单焊炬提高3-4倍,焊接质量也得以改善。
氩弧焊与等离子焊组合可以焊接更大壁厚的钢管,此外,在氩气中5-10%的氢气,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的焊接。
(2)高频焊 高频焊用于碳钢焊管生产已经有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。
高频焊接具有较电源功率,对不同的材质、外径壁厚的钢管都能达到较高的焊接速度。与氩弧焊相比,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管具有较高的生产率。
因为高频焊接速度高,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、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管。同时,新钢种的开发和成型焊接方法的进步,也成功地焊接了铁素体不锈钢AISI409等钢种。
(3) 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工艺,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。 经过近几年的探索研究,组合焊接工艺已取得了进展,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:氩弧焊加等离子焊、高频焊加等离子焊、高频预热加三焊炬氩弧焊、高频预热加等离子加氩弧焊。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,这种组合易于与现有的高频焊接设备衔接,投资成本低,效益好。
3.5采用保护气体的连续热处理炉,实现光亮热处理 不锈钢管热处理国外普遍采用带保护气体的无氧化连续热处理炉,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,又克服了酸洗对环境的污染。
根据目前世界发展的趋势,光亮连续炉基本分为三种类型
(1)辊底式光亮热处理炉。这种炉型适用于大规格、大批量钢管热处理,小时产量为1.0吨以上。可使用的保护气体为高纯度氢气、分解氨及其他保护气体。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。这种炉型适合于小直径薄壁精密钢管,小时产量约为0.3-1.0吨,处理钢管长度可达40米,也可以处理成卷的毛细管。
(3)马弗式光亮热处理炉。钢管装在连续的把架上,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,小时产量约在0.3吨以上。
3.6采用有机溶剂脱脂技术,脱脂效果好、自动化程度高 为了去除冷轧、冷拔润滑时残存在钢管表面的油污,以提高热处理钢管质量并防止脱碳,采用了除油效果好、技术装备先进的有机溶剂脱脂装置。常用的有机溶剂有三氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷、氯化甲烷,使用较多的是三氯乙烯。此种溶剂使用效果好、好回收、毒性低。脱脂是在一个密封室内进行的。装在筐中的不锈钢管在溶剂槽中脱脂,或者在溶剂蒸气中进一步冷凝脱脂。整个脱脂过程是在密封室内由计算机自动控制完成的。这个技术是生产高品质不锈无缝钢管的必须技术。我国用于航天技术,核工业的不锈钢管都是引进这个技术生产的。
3.7配备现代化的精整设备,加强质量控制是当代不锈钢管生产的重要环节 不锈钢管精整工段设置无损探伤工序是必不可少的质量检测手段。无损检测技术的进步,使用更多的厂家采用了涡流、超声波组合探伤机组,机组中配备激光测径、超声波测厚装置。钢管出厂前,从多个环节把住质量关。这种组合探伤机组具有先进信息处理系统,测得的信号全部数据化,经过计算机处理并储存,自动化程度高,生产效率高。 高精度矫直机、冷态推压及旋压缩口机、多头(6-8头)抛光机、全长标记装置等,都是目前世界上广为采有用的不锈钢管精整高效率生产设备。
3.8积极研究开发新技术新工艺,以求获得高质量、低成本的不锈钢管产品 不锈钢管生产领域出现的许多新工艺新技术,促进了钢管质量的提高和生产成本的降低。例如:
(1)不锈钢焊管加冷拔生产工艺 美国开发研究了焊接钢管再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,再经冷拔、精整工序出成品。由于氩弧焊接质量高,焊缝的各项性能与基体一致,因此,这种工艺生产的不锈钢管比采用热挤压加冷拔(轧)的常用工艺成本降低10-30%,生产工艺简化、周期缩短。
(2)温轧技术 温轧技术是前苏联发明的。它是将冷轧前的管料通过一感应加热装置加热到150-400℃后进行轧制。这种技术具有轧制力小、一次变形量大的优点,对0Crl8Ni9Ti钢管进行2-3次温轧无需进行中间退火,总变形量可达98%。
(3)超声波振动冷拔工艺 拉模在冷拔过程中的超声波振动,能加大每个拉拔道次的减面率,并减少钢管振动现象和表面凹点,提高钢管表面质量。这是因为超声频率使设备振动,减少了拉拔时的磨擦力,钢管在拉拔模和芯棒之间承受挤压而减少了拉应力带来的结果。
4.我国万港不锈钢管生产现状以及与世界先进水平的差距
4.1我国不锈钢管生产和技术的现状
近20年来,我国不锈钢管生产和技术有了一定的发展,引进了一批工艺技术先进的生产设备,工艺技术和装备水平得到了提高,生产能力有了较大幅度的增长。尤其是不锈钢焊管,新建机组数量和形成的生产能力都大于无缝钢管。 我国不锈钢无缝钢管主要生产厂家有上钢五厂、长城特殊钢厂、大冶特殊钢厂、成都无缝钢管厂等骨干企业,此外,还有一批乡镇和民营企业应运而生,目前全国有大小不锈钢无缝管生产厂200多家,综合生产能力在10-15万吨/年,生产量约在6.5万吨/年左右。可生产的外径规格为φ0.5-426mm,甚至更大。热轧钢管已开始用连铸园坯生产不锈钢管。冷加工配备了具有90年代先进水平的冷轧冷拔管机、光亮热处理炉、脱脂及精整设备。
不锈钢焊管在我国起步较晚,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,到目前为止,不锈钢焊管生产线约有400多条,综合生产能力约为40万吨/年,其中引进的机组有100多条,生产能力约10万吨/年左右。可生产的不锈钢焊管为φ4.76-720mm,就机组大小而言,85-90%是生产Φ90mm以下的小规格机组。生产的钢种以奥氏体钢为主,其他钢种甚少。由于原料供应不足,加之多数机组工艺设备不配套,尤其缺少热处理和检测设备,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限制,工业用管生产量不超过2万吨/年,生产的大部分不锈钢焊管为装饰用管。
总之,我国不锈钢管生产技术虽然有了一定的进步,但是与国外先进的工业国家相比还存在着较大的差距。以致目前国内一些重要领域使用的不锈钢管,如不锈钢高压锅炉管、尿素管、核电站蒸发气管等仍然依靠进口。
4.2我国万港不锈钢无缝管生产存在的问题以及与国际先进水平的差距
不锈钢无缝管是以实心坯为原料,以热穿孔、热轧或冷加工生产出钢管,机组的类型和水平主要取决于热加工,冷加工(主要方式是冷轧和冷拔)以及热处理工艺。因此,不锈钢无缝管的生产和产品质量主要取决于管坯原料、热加工和冷加工等主要环节。正是在这些主要环节上,我国不锈钢无缝管的生产技术存在着很大差距。
(1)不锈钢管坯生产工艺落后 我国不锈钢冶炼工艺落后,不但没有最新的"三步法"冶炼工艺设备,而且就是采用电炉+AOD"二步法"冶炼不锈钢,一般炉子容量小,装备水平低,且没有连铸机,几乎全部采用钢锭-开坯轧制(锻造)生产工艺。这是不锈钢成本高的主要原因,也是与国外的最大差距。目前,只有个别厂采用水平连铸机开始生产少量不锈钢管坯。除了几个特殊钢厂能够自供管坯外,大多数厂家都是外购管坯,而外购管坯的品种、质量、规格很难全部满足用户的工艺要求,同时,价格也高。能够自供管坯的企业,虽然能够自己炼钢、锻(轧)坯,但由于要求管坯的钢种、规格多而杂,质量要求又高,数量又少。所以,其生产成本往往也很高,致使不锈钢无缝管的价格高,缺乏市场竞争能力。http://www.wgbxg.com(2)不锈钢管热轧生产工艺差距大 我国目前不锈钢管热轧生产主要采用曼式斜轧穿轧工艺。采用斜轧穿孔工艺生产不锈钢管的问题是:一是不能生产热轧成品管,只能为冷加工提供坯料,由此导致了我国不少钢管的使用领域中还存在着"以冷代热"的不合理现象;二是不锈钢管的质量难于保证,因为斜轧穿孔过程中的"曼内斯曼效应"和不锈钢的低塑性、加热温度范围窄,以及变形过程中的温升,难于保证不锈钢荒管的质量。因此,对一些重要用途的不锈钢管,如核电站用蒸发器管等,用户都指定必需用挤压工艺生产供坯;三是对一些难变形合金,如镍基高温合金GH39及Si含量高的25-20不锈耐热钢等用斜轧穿孔的方法很难和无法生产,即使生产其穿孔的成材率也极低;而挤压工艺就能生产出高质量的热成品管或冷加工用的荒管;四是由于我国生产不锈钢管时仅使用了自动轧管机组中的曼氏穿孔机而未用后面的轧管机、均整机和定径机,因此,生产的荒管尺寸精度差,壁厚较厚,这就给冷加工增加了很大的变形量;五是斜轧穿孔工艺无法生产异型断面管。因此,国外普遍采用热挤压工艺生产不锈钢无缝管,这是我国不锈钢无缝管生产与国外先进国家相比的根本差距。(3)冷轧冷拔工艺和装备水平低 在冷轧和冷拔生产装备和工艺技术方面,近十多年来,国外已有了很大的发展。高速、长行程、环孔型、高精度的冷轧管机已经成熟,并向更高的目标发展;冷拔管机正向高速、多线和全自动发展。 国内冷轧管机基本上还是苏联五、六十年代的XПT型设计,轧机的速度低,机头的回转速度仅80次/分左右,轧辊为半园孔型,低送进,因而生产效率较低,钢管的质量较差。(4)热处理工艺水平更低 热处理是保证不锈钢管性能的重要工艺。目前,国内不锈钢管的热处理普遍采用连续式辊底炉,这是一个很大的进步。但是,由于使用的连续式辊底炉没有保护气氛控制系统。另外,用发生炉煤气作燃料,热处理后钢管表面生成氧化铁皮,随后用酸洗去除,使钢管表面腐蚀和造成环境污染。国外普遍采用可控保护气氛系统的辊底式、网带式和马弗管式热处理炉处理不锈钢管,钢管表面无氧化不需要酸洗,保证了良好的性能和表面质量。因此,应向有保护气氛控制系统的光亮热处理工艺发展。
4.3我国不锈钢焊管生产与世界先进国家的差距 不锈钢焊管是以板带为原料,经成型后焊接而成的钢管。因此焊管有三个要点:一是原料采用不锈钢带;二是成型方法一般采用辊式连续成型;三是焊接方式采用氩弧焊或高频焊,因而有一条焊缝。正是这三点决定着不锈钢焊管机组的类型和水平。也正是这三点,决定着不锈钢焊管的生产和产品质量。
(1)不锈钢焊管的原料上有差距 在国外先进国家,由于板带生产技术的领先,有专业不锈钢炼钢厂、热轧带钢和冷轧带钢厂,能生产出高质量的不锈钢板带供焊管作原料,推动了不锈钢焊管工业的发展,并在品种上不断有所突破,特别是工业用不锈钢焊管的比例不断提高,在美、日、法等国工业用不锈钢焊管的比例达到60-70%。在我国基本上没有先进的不锈钢冶炼厂,更没有专业的不锈钢热轧带钢和冷轧带钢厂生产高质量的不锈钢板带。不锈钢焊管的原料一是靠进口;二是由国内的冷轧窄带钢作原料。这样进口的价格贵,自产的质量不稳定,致使焊管机组没有稳定的、高质量的原料。 近几年来,我国有了一定的进展,改造了太钢不锈钢冷轧带钢厂、建设了宁波宝新和张家港浦项冷轧不锈钢板卷厂,上海浦钢和德国克虏伯合资的SKS不锈钢冷轧带钢厂正在建设中。我国不锈钢焊管原料的品种和质量将会不断提高。
(2)不锈钢焊管的成型及焊接设备有差距 中小直径的不锈钢焊管一般采用连续辊式成型,由于不锈钢带弹性模量大,变形回弹大。因此,必需增加变形区长度、合理的选择机架数和孔型设计,保证机架的强度和刚度,提高焊管质量。我国大部分焊管机组80年代从国外引进,后来国内消化移值,与国外机组相比有差距,不能生产要求高的工业用管,仅能用于生产装饰管等低标准民用管。因此,为达到国外机组的水平尚需进一步研究开发。
(3)不锈钢焊管的焊后处理工艺设备有差距 对于要求高的工业用不锈钢焊管,必需对焊缝进行平整和焊缝固溶热处理,国外焊缝平整的方法有多种,一般采用控制焊接工艺、锻打和用刀刮等;对于焊缝热处理一般采用在线中频感应加热固熔处理,也有采用线外保护气氛辊底式连续热处理炉处理。民用管不需进行焊后处理。我国不锈钢焊后处理水平较低,大部分机组没有焊后处理设备,与国外相比相差较远。 此外,我国不锈钢焊管的检测、精整、打捆、标记等设备都比较落后,急需进一步提高。
结束语: 我国不锈钢管生产经过40多年特别是近20年来的发展,无论是无缝管还是焊管的生产技术都有了长足的进步,产量、质量和品种不断增加和提高,少数产品的质量达到国际先进水平,但是和国际先进水平相比,我国不锈钢管厂在生产工艺、装备水平、操作技术、产品质量等方面尚有较大的差距,需要进行技术改造和提高,以适应我国国民经济发展的要求。
从市场分析和预测可以看出,我国不锈钢管前景看好。但是我们必需清醒地看到,随着经济全球一体化的到来,国内不锈钢管市场也必需面临国际市场的挑战,即我们的对手将是国际著名的不锈钢大财团,竞争无疑是相当激烈的。对此,作为国内不锈钢管生产企业,应从抓好技术改造,提高工艺技术和装备水平,加强现代化管理,提高生产效率、增加品种、提高质量、降低成本、改进服务,使我国不锈钢管生产和技术达到国际先进水平。这样,才能占领国内不锈钢管市场,并积极开拓国际不锈钢管市场。
为此,我国不锈钢管的生产发展应该是:
万港无缝管 我国不锈钢无缝管的生产应采用世界通用的先进工艺和装备,用热挤压工艺生产不锈钢无缝钢管,直接生产热挤压成品管;一部分采用冷轧冷拔联合工艺生产冷加工品。我国长城特钢公司有这种先进的生产工艺和装备,经过"八五"期间的改造,具备了条件,应该更多的生产化工、化纤、化肥、核工业和航天等领域的无缝钢管;我国要新建不锈钢、高合金无缝管厂应该采用热挤压和冷轧冷拔(以冷轧为主)的工艺和装备,这是世界先进和成熟的工艺技术。另外,我国普遍采用的曼内斯曼穿孔加冷拔(冷轧)生产不锈钢管的工艺,经过40多年的发展,已有200家左右众多的大大小小生产厂,为国家做出了贡献。但是产品质量不高,成材率低,应该进一步优化生产工艺和提高装备水平。首先要提高穿孔工艺生产水平,同时,要采用轧拔相结合以轧为主的工艺,加强和改进热处理工艺,在市场竞争中优胜劣汰,壮大一批,淘汰一大批。
万港焊管 我国不锈钢焊管生产,近20年来发展很快,已建设了约400条生产线,这些生产线中,约90%只能生产小于114(76)毫米以下的民用装饰管和低档次工业用管。随着"十五"我国不锈钢行业的改造和发展,优质钢板带生产量的增加,焊管坯料条件大大得到改善。因此,应该借助于国外不锈钢焊接技术的进步,建设几套工艺完整、设备先进、后处理工艺设备齐全的新机组,开发化工、化肥、化纤、石化、能源和航天等领域的高档次、高附加值产品和大规格的产品,适当提高焊管的比例,以替代一部分无缝管,这是当前国外不锈钢焊管发展的趋势。
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