不锈钢管的需求和生产技术发展概况

发布:2015-10-26 10:16      点击:
近几年我国不锈钢管的发展概况
不锈钢管是我国钢材品种中发展较快的品种之
一。按中国特殊钢企业协会不锈钢分会所做的调查,2001年我国不锈钢管的年产量约50万t (1990年为5.38万t ),人均消费不锈钢管0.38kg,接近于发达国家人均消费不锈钢管0.3~0.6kg的水平。据不完全统计,随着近20年来江浙一带无缝钢管和广东沿海焊管民营企业的迅速发展,我国现有不锈钢无缝钢管生产企业近300家,年生产能力30万t 以上;不锈钢焊管生产线近500条,年生产能力达80万t,远远大于需求。虽然一般用途的不锈钢管供大于求,但要求高的工业用管,特别是不锈钢无缝钢管,国内生产量仍不能满足要求,需进口。以上情况清楚地说明,我国不锈钢管行业极需进行品种结构的调整,重点发展附加值高的工业用管的生产。
2 工业用不锈钢管的市场分析
不锈钢管是适用范围很广的钢材品种之一,包括火电站和核电站、油气开采、炼油、化工、化肥、环保、汽车、交通运输、供水、轻工、医药以及航空、航天等部门都大量使用不锈钢无缝管和焊管。以下重点分析能源开发和制造业对不锈钢管的需求。
2.1 油气钻采用不锈钢管
石油和天然气是重要的能源和化工原料,在油气的勘察、钻采、集输、预处理、炼制和长距离输送到用户的全过程中都离不开钢管。油气钻采行业是无缝钢管的最大专业用户,消耗最多的油套管、集输管,一般采用屈服强度为400~800MPa的碳锰钢和低合金钢制造。而对于有酸性气体(CO2,CO2+H2S)和氯离子(Cl-)腐蚀的油、气井,就需要
采用耐腐蚀的不锈钢做油套管和集输管。在全球范围内,新增油气资源多数在沙漠、寒冷地带,特别是海洋大陆架成为各国争夺资源的焦点。根据井内条件和腐蚀介质的情况,分别采用合金钢、不锈钢直到高镍合金,可见不锈钢在油气开发中具有广泛的应用前景。
如用量大的马氏体不锈钢管最早是采用传统的2Cr13钢,近年来国外开发了超马氏体不锈钢
(S13Cr也称为软马氏体或可焊接马氏体不锈钢),主要是将含碳量降到0.01%~0.07%,典型的合金含量为12%~13%Cr,2.0%~6.5%Ni,0~2.5%Mo。超马氏体不锈钢由于具有屈服强度高(σ0.2为550~850MPa),冲击韧性好,耐蚀性好,又可用常规方法焊接,总成本比双相不锈钢降低35%~40%等优点,因此在海洋石油、天然气工业中得到广泛使用,全球消费量约50万t,仅日本2001年就生产21.25万t,占日本不锈钢管的71%。目前我国年消
费量不足1万t,从使用水平看,相当于国外20世纪70~80年代的情况,即主要是依靠在碳锰钢中添加缓蚀剂,不仅事故频发,运行费用也比不锈钢无缝管高。特别是近年重庆市高H2S含量天然气井喷的恶性事故发生后,油气钻采业对耐腐蚀钢管有了更严格的质量要求和更迫切的市场需求。超马氏体不锈钢管就是能满足这一市场需求的急需开发的产品。
2.2 石油化工用不锈钢管
随着石化厂生产装置年处理能力的提高,以及合金和不锈钢管的用量占整个钢管总量的比例的成倍增加,炼制含硫原油的比例增加,并对成品油的质量要求也越来越高,Φ219mm以上的大口径钢管的需求比例大幅度提高。石化用不锈钢主要是304、316和316L;合金钢以Cr5Mo等耐热钢为主。由于Cr5Mo钢在使用中存在一些问题,拟逐渐向Cr9Mo钢(通常称为半不锈钢,日本也将耐热钢统计到不锈钢中)过渡,使用寿命可提高3~4倍。目前石化行业年需不锈钢管约4万t。
2.3 化工用不锈钢管
化工行业是不锈钢管的一大用户,年需不锈钢管约3万t,其中化肥工业用量最大,要求也最高。化工行业用不锈钢管有以下一些特点:
(1)化工产品有几万个品种,所用不锈钢管的
规格杂,钢种多,批量小。
(2)绝大部分钢管规格∧Φ219mm,其中∧
Φ159mm的占1/2以上。
(3)使用环境腐蚀性强,所用钢管更换周期短。
2.4 火电站用不锈钢管
美、日及原苏联超临界火电机组选用的钢管材质见表1。
目前我国电站用不锈钢管的数量相对较少,主要用于锅炉的过热器和再热器的小口径管,年需求量约3万t (含T91钢)。这主要是由于以前电厂和锅炉制造厂的资金不足,在许多应该用较高合金含量钢管的地方,用了较低合金含量的钢管代替,以降低采购成本(但相应要增加钢管壁厚,也增加了制造和维修费用)。随着国民经济的进一步发展,资金情况好转,发展大容量、高参数电站的条件更趋成熟,不锈钢管在电力行业中将得到更广泛的应用。2.5 核电站用不锈钢管我国目前核电总容量不到1000万kW,到2020年将达到4000万kW,并要求核电用材料全部国产化。1座100万kW压水堆核电站需用各种不锈钢管1255t。预计今后10多年内需核电用不锈钢无缝管约4万t。
3 不锈钢管生产技术的发展趋势
3.1不锈钢无缝管管坯连铸
生产不锈钢管坯最好的方式是采用连铸机。不锈钢连铸坯与传统的钢锭-轧坯相比,金属收得率提高10%~15%,管坯质量更好,并节省能源,降低生产成本。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。当使用大吨位冶炼炉而管坯规格少时,宜选用弧型连铸机;当使用小吨位冶炼炉(如30t 以下)而管坯规格多,且还要生产方坯、扁坯和圆坯时,宜选用投资很低、操作方便的水平连铸机。此外,还使用离心浇
铸空心坯和电渣重熔锭。
3.2 不锈钢无缝管的生产方式
不锈钢无缝管的生产方式主要包括热挤压、热轧和冷加工工艺。
(1)热挤压工艺
热挤压工艺是国外热加工不锈钢无缝管的主要生产工艺。挤压与轧制(纵轧、斜轧)生产方法相比,挤压法的特点是金属在变形过程中受到三向压应力。在这种最佳状态下,对于变形抗力大、热塑性差的不锈钢管可以获得较好的内外表面质量和金相组织。由于立式液压穿孔工艺设备的改进,可使挤压后的荒管壁厚精度达到5%~7%。挤压机工模具易于制造和更换,适合生产小批量、多规格不锈钢管,特别是适合生产斜轧穿孔机难以加工的高合金钢材。
(2)热轧工艺
在国内,不锈钢管坯穿孔普遍采用二辊式斜轧穿孔机,不仅常用的奥氏体不锈钢,包括难变形的双相不锈钢和高温合金也都可以在二辊斜轧穿孔机上成批生产。如选用二辊式锥形辊穿孔机,可生产的钢种,毛管表面缺陷特别是内表面缺陷如内折、内裂较少,同时生产出的毛管壁厚更薄,经过各种轧管机(纵轧、斜轧)可将管壁轧得更薄,从而减少冷拔(轧)道次,生产率和成材率得到提高,经济效益显著增加。
(3)冷加工工艺
不锈钢有50%~80%是通过冷加工出成品管的。冷加工工艺基本上有3种,即冷拔工艺、冷轧工艺、冷轧-冷拔联合工艺。冷加工不锈钢管大多采用冷轧-冷拔联合生产工艺,并以冷轧为主、冷拔为辅。
冷轧-冷拔联合生产工艺的优点是:钢管质量好,冷轧钢管壁厚精度较高,表面质量较好,冷拔确保钢管外径精度;冷加工周期短,减少了中间脱脂、热处理、缩口、矫直等工序,节省能源,减少金属消耗;可采用大规格荒管生产小直径的钢管,简化原料规格种类。冷轧机、冷拔机正向高速、高精度、长行程、多线方向发展。现代冷轧机可实现大减径量和大减
壁量,轧制变形量的80%在冷轧机上完成。采用冷轧定壁、辅以冷拔改变规格和控制外径,满足不同品种和规格的要求。
3.3 不锈钢焊管的焊接技术
焊接工艺的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、高频焊、等离子弧焊等,使用最多的是钨极氩弧焊和高频焊。
(1)钨极氩弧焊
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领域得到广泛应用。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。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确属较新的技术。高频焊生产的经济性,使其产品更为广泛地用于建筑装饰、家用器具和机械结构等领域。因为高频焊接速度快,给清除焊管内毛刺带来困难,这也是目前高频焊不锈钢管尚不能为化工、
核工业所接受的原因之一。从焊接材质看,高频焊可以焊接几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,铁素体不锈钢AISI 409等钢种也可成功地进行焊接。
(3)组合焊接技术
不锈钢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、法国等国家已掌握一定的不锈钢焊管生产组合焊接技术。组合焊接方法有:氩弧焊+等离子焊、高频
焊+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生产的钢管的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。
3.4 不锈钢管的热处理
不锈钢管的热处理,国外普遍采用带保护性气体的无氧化连续热处理炉,进行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,又避免了酸洗造成的环境污染。
3.5 脱脂工艺
不锈钢冷加工管的脱脂是相当重要的工艺。脱脂不净的钢管在随后的热处理工艺中往往会导致钢管内外表面的局部增碳,从而影响不锈钢管最重要的抗腐蚀性能。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,提高热处理钢管质量并防止渗碳,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,易回收,毒性低。
3.6 不锈钢管抛光工艺
抛光工序是在不锈钢管生产过程中多次进行的,目的是清除半成品管的主要缺陷如裂纹、折叠等,提高成品管表面光洁度。国外普遍采用砂带抛光机进行抛光,极少有因表面缺陷而致的废品。而我国用人工布辊抛光,甚至采用最简单的砂轮修磨办法,劳动强度高,污染环境,用力不均会造成钢管“多角”、“抛焦”、“不圆”等缺陷。
3.7 精整设备
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。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,都是目前世界上广泛采用的高效率的不锈钢管精整生产设备。不锈钢管精整工段设置的无损探伤工序,是必不可少的质量检测手段。无损检测技术的进步,使更多的厂家采用了涡流、超声波组合探伤机组,并配备激光测径、超声波测厚装置。这种组合探伤机组具有先进的信息处理系统,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。