无缝钢管生产教材.doc

1 目目 录录 第一篇 不锈钢及钢管的基本知识.3 3 第一章 不锈钢的基础知识 .4 第一节 不锈钢的分类及化学成分 .5 第二节 不锈钢的物理性能、力学性能和耐热性能 .13 第三节 不锈钢的耐蚀性能 .17 第二章 钢管的基本知识 .21 第二篇不锈钢无缝钢管的主要生产方法.2424 第一章 不锈钢无缝钢管主要生产方法 .25 第二章 挤压基本理论 .27 第一节 挤压生产的发展概况 .27 第二节 挤压过程 .34 第三章 挤压钢管生产工艺技术 .38 第一节 挤压钢管生产的特点 .38 第二节 挤压钢管生产工艺流程及车间平面布置 .40 第三节 挤压坯料的准备 .47 第四节 挤压坯料的加热 .50 第五节 不锈钢热挤压用润滑剂 .55 第六节 穿孔与挤压工艺 .63 第四章 不锈钢无缝钢管热穿孔生产工艺 .66 第一节 管坯的要求 .66 第二节 管坯的准备 .66 第三篇不锈钢管的冷加工生产工艺.7171 第一章 不锈钢管冷轧生产工艺 .72 第二章 不锈钢冷轧机工作原理及冷轧管生产的发展与现状 .73 第一节 2 辊式冷轧管机的工作原理.73 第二节 多辊式冷轧机的工作原理 .74 第三节 周期式冷轧管法生产的发展与现状 .75 第四节 不锈钢冷轧的工艺技术 .77 第三章 不锈钢管冷拔生产工艺 .78 第一节 钢管冷拔生产工艺 .78 第四章 工艺程序表的编制 .83 第四篇 不锈钢无缝钢管热处理、矫直、酸洗等生产工艺技术.9292 第一章 钢管热处理工艺技术 .93 第二章 钢管的精整和检查工艺技术 .98 第一节 钢管的矫直 .98 第三章 不锈钢无缝管酸洗工艺 .101 第一节 酸洗原理 .102 第二节 酸洗缺陷 .108 第三节 影响酸洗的因素 .110 第四章 不锈钢无缝管生产修磨工艺 .112 2 第五章 钢管尺寸和质量检查.115 第一节 水压试验 .115 第六章 打印、涂油、包装和特殊加工.117 第五篇 不锈钢管的选择与应用.119119 第一章 不锈钢的合理选择的必备条件和制约因素.120 第二章 不锈钢的选择与应用.124 第一节 不锈钢在化学工业中的应用 .124 第二节 石油精炼和石油化工工业 .128 第三节 化纤和合成化纤工业 .132 第四节 核工业 .133 第五节 航空、航天工业和交通运输 .138 第六节 纸浆和造纸工业 .142 第七节 酿酒工业、医药和食品加工业 .149 第八节 火力发电和水力发电 .152 3 第一篇 不锈钢及钢管 的基本知识 4 第一章第一章 不锈钢的基础知识不锈钢的基础知识 不锈钢在是普通碳钢的基础上，加入一组铬的质量的分数 （wcr）大于12%合金元素的钢材，它在空气作用下能保持金属光泽， 也就是具有不生锈的特性。这是由于在这类钢中含有一定量的铬元 素，能使钢材表面形成一层不溶解于某些介质的坚固的氧化薄膜 （钝化膜），使金属与外界介质隔离而不发生化学作用。在这类钢 中，有些除含有较多的铬外，还匹配加入较多的其它合金元素，如 镍（Ni），使之在空气中、水中、蒸汽中都有很好的化学稳定性， 而且在许多种酸、碱、盐的水溶液中也有足够的稳定性，甚至在高 温或低温环境中，仍能保持其耐腐蚀的优点。 不锈钢有普通（一般）不锈钢和耐腐蚀钢两种：在空气或弱介 质中能抵抗侵蚀的钢即可称为不锈钢，即一般的不锈钢；在某些强 腐蚀介质中能抵抗侵蚀的钢称为耐腐蚀钢。不锈钢不一定能耐腐蚀， 而耐腐蚀肯定不会生锈，当然无愧于不锈钢之称谓。不锈钢不仅具 有很强的化学稳定性，同时也有足够的强度和塑性，并且在一定高 温或低温下具有稳定的力学性能。这类钢的某些牌号还可作为耐热 钢（包括奥氏体型、铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型）使用；有 的可用作优质的低温用钢，在使用过程中其耐腐蚀性能仍然优良。 由于不锈钢具有上述独特的性能，不难想象它在国民经济中所 占的地位。特别是高科技发展的今天，不锈钢被广泛使用在各个不 同的领域之中。它可作为化学工业、炼油工业、人造纤维工业、食 5 品、医药及日用品工业的耐酸、耐碱、耐高压的压力容器装置和储 存及运行的槽罐的材料；也可作为电力工业、汽轮机制造行业、船 舶工业、航空工业的耐高温和低温的构件；在航天工业、核工业中 又是制造人造卫星、宇宙飞船、火箭和核动力装置等方面不可缺少 的材料；随着国民经济的日益发展，人民生活水准的不断提高，不 锈钢日用制品也已深入到千家万户。 第一节第一节 不锈钢的分类及化学成分不锈钢的分类及化学成分 不锈钢是铬的质量分数超过12%的，因而具有不生锈特性的一 大类铁基合金钢的通称。如今各国不锈钢牌号、品种已不下百余种， 我国不锈钢板和耐热钢板的标准牌号见表1-1和表1-2。 一、一、不锈钢的分类 不锈钢的分类方法有几种：按主要化学组成分为铬不锈钢、铬 镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等；也可以以性能特点分成耐酸不锈钢和 耐热不锈钢等；通常以金相组织进行分类。按金相组织分类为：铁 素体（F）型不锈钢、马氏体（M）型不锈钢、奥氏体（A）型不锈 钢、奥氏体-铁素体（A-F）型双相不锈钢、奥氏体-马氏体（A-M） 型双相不锈钢和沉淀硬化（PH）型不锈钢。这几类不锈钢之间的成 分如图2.1所示。 1、铁素体型不锈钢 它的内部显微组织为铁素体，其铬的质量 分数在11.5%32.0%范围内。随着铬含量的提高，其耐酸性能也提 高，加入钼（Mo）后，则可提高耐酸腐蚀性和抗应力腐蚀的能力。 6 0Cr18Ni9 Cr1826 Ni47 Cr17Ni7 17-7PH PH17-7Mo PH14-8Mo (提高 s,HV) (M 型) 增 Cr、Ni (改善加工性,提高 耐腐蚀性) (A 型) 增 Cr,减 Ni (双相抗应 力腐蚀) (A-F 型) 减 Cr、Ni (加工硬化, 使 s 提高) (A-M 型) (沉淀相 强化) 加 AL、Cu、 Mo、Ti、N b 图 2.1 不锈钢类别 这类不锈钢的国家标准牌号有 00Cr12、1Cr17、00Cr17Mo、00Cr30Mo2等。这类钢用于制造硝酸 化工设备的吸收塔、热交换器、储槽和运输硝酸用的槽罐以及制造 不承受冲击载荷的其它零部件和设备。 按照碳和氮(C+N)的总量，高铬铁素体不锈钢分为普通纯度和超 高纯度两个系列。 普通纯度高铬铁素体不锈钢，其碳的质量分数为0.1%左右并含 少量氮，如1Cr17、1Cr17Mo等牌号。它与常用的奥氏体型不锈钢相 比，缺点是材质较脆，焊接工艺性能较差。这是因为：铁素体 晶粒长大后，只有通过压力加工才能细化；在高温下（例如 600820C）停留时间长时，WCr17%的钢会生成脆性的相（Crm Fen ）；在400526C温度区间较长时间停留会出现室温下的脆 性，即475C脆性。由于这类钢脆性较大，限制了它的应用。 铁素体型不锈钢质量的提高经历了一个过程：首先是依靠铬作 0Cr131Cr13 增碳 (F 型) 7 为铁素体的稳定元素，但此时碳的含量偏高，如1Cr17钢，其韧性偏 低，焊后若不进行热处理，必然会产生晶间腐蚀；而后在这类钢中 增加了强烈的铁素体形成元素，如铝，将钢中铬和碳含量降低，如 0Cr13Al钢，它的工艺性能和耐腐蚀性能优于前者且制造成本降低， 但韧性改善不够明显。近年来用新的冶炼方法，如通过真空或保护 气氛精炼技术冶炼出超低碳和超低氮含量（C+N总的质量分数 0.025%0.035%）的超高纯度高铬铁素体不锈钢板，如00Cr18Mo2 和00Cr27Mo等。它们无论在韧性、耐腐蚀还是焊接性等方面均优于 普通纯度铁素体不锈钢，是一个很有前途的钢种，并得到广泛的应 用。 2、马氏体型不锈钢 它的显微组织为马氏体。这类钢中铬的质 量分数为11.5%18.0%，但氮的质量分数最高可达0.6%、碳含量的 增高，提高了钢的强度和硬度。在这类钢中加入的少量镍可以促使 生成马氏体，同时又能提高其耐腐蚀性。 这类钢具有一定的耐腐蚀性和较好的热稳定性以及热强性，可 以作为温度低于700C以下长期工作的耐热钢使用。它广泛用来制造 对韧性和冲击韧度要求较高的零件，如汽轮机的叶片、内燃机气阀 和医疗器械。这类钢的焊接性较差。列入国家标准牌号的钢板有 1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2等。 3. 奥氏体型不锈钢 其显微组织为奥氏体。它是在高铬不锈钢 中添加适当的镍（镍的质量分数为8%25%）而形成的，具有奥氏 体组织的不锈钢。奥氏体型不锈钢以Cr18Ni9铁基合金为基础，在此 8 基础上随着不同的用途，发展成图1-2所示的铬镍奥氏体不锈钢系列。 奥氏体型不锈钢不能利用热处理使晶粒细化，也不能经过淬火 来提高其硬度。这类钢的冷加工硬化程度高，通常没有磁性，经过 冷作可在钢内析出少量铁素体或马氏体的组织，会出现少量磁性。 （1）0Cr18NI9 00Cr19Ni10 （2）0Cr18Ni9 1Cr18Ni9 （3）0Cr18Ni9 （4）0Cr18Ni9 （5）0Cr18Ni9 （6）0Cr18Ni9 降低碳量 提高耐蚀性能 加 Mo、Cu、Ti 提高抗还原性酸的能力 2141700 22141800 MoNiCr TiCuMoNiCr 增加碳量 提高强度 加 Ti、Nb 稳定碳化物 提高抗晶间腐蚀的能力 NbNICr TiNiCr TiNiCr 11181 9181 9180 加入 Mo、Cu、Ti 提高抗还原性酸蚀能力 和抗晶间腐蚀能力 2212180 312181 212181 CuMoNiCr TiMoNiCr TiMoNiCr 增 Cr、Ni 提高耐热性 13231 20251 NiCr NiCr 以 Mn、N 代 Ni 节约 CR、Ni 56171 58181 NNiMnCr NNiMnCr 9 奥氏体型不锈钢一般属于耐蚀钢，是应用最广泛的一类钢，其 中以18-8型不锈钢最有代表性，它是有较好的力学性能，便于进行 机械加工、冲压和焊接。在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性能和 良好的耐热性能。但对溶液中含有氯离子的介质特别敏感，易于发 生应力腐蚀。如果在18-8型不锈钢中，适当减少些镍和铬的含量， 可得到常温下不稳定的奥氏体组织，若再经冷加工则容易产生马氏 体组织，使这种钢变得强度高、硬度大且脆；反之，适当增加一些 镍和铬的含量，就能获得稳定的奥氏体组织，同时也可改善冷加工 性能。在这类钢中添加钛和铌时，能提高其抗晶间腐蚀能力；添加 钼、铜和钛，则能提高其在还原酸（如稀硫酸）中的耐腐蚀性能， 同时也提高其抗晶间腐蚀的能力；为了改善18-8型不锈钢的切削性 能，往往还要添加一些磷、硫及硒等元素。18-8型不锈钢按其化学 成分中碳含量的不同又分为三个等级：一般含碳量（Wc0.15%）、 低碳级（Wc0.08%）和超低碳级（Wc0.03%）。例如我国国家标 准中的1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2三种钢板分属上面 三个等级。世界许多国家都感到镍储量的紧缺。为了节省镍，早在 四、五十年代世界上就开始用锰和氮取代18-8型不锈钢中的部分镍。 研制并列入国家标准的钢板牌号有1Cr17Mn6Ni5N和0Cr19Ni9N等。 部分奥氏体型不锈钢可作为耐热钢使用，这是由于奥氏体的再 结晶温度高，铁和其它元素的原子在其中的扩散系数小，故其强化 稳定性比铁素体高。用于工作温度高于650C的热强钢多系奥氏体材 料，是以奥氏体型不锈钢为基础添加一些提高热强度性的合金元素 10 而成。列入我国国家标准牌号的钢板有 1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni11Nb、0Cr23Ni13等。为了提高钢的热强性、 抗氧性和抗渗碳性，在0Cr25Ni20基础上加入硅，研制出 1Cr25Ni20Si3作为耐更高温度抗氧化的奥氏体型不锈钢。化工设备 中炉管，即要求具有耐腐蚀性能又要求在高温下工作，往往选用铸 造或电渣熔铸的奥氏体为基础的（同时存在多种碳化物）不锈耐热 钢或耐热合金，如ZG4Cr25Ni20Si2(HK40)、 ZG4Cr25Ni35Si（