CN103769433A - 光热发电用不锈钢管生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光热发电用不锈钢管生产方法,特别适用于太阳能光热发电领域,主要包括:(1)坯料准备;(2)热挤压;(3)半成品冷轧;(4)半成品热处理;(5)成品冷拔;(6)成品热处理;(7)表面抛光工艺步骤。该方法解决了集热管尺寸精度差、表面光洁度差的问题,提升了太阳能热转化率,满足了真空集热要求,完全满足了光热发电用管的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种光热发电用不锈钢管生产方法。
背景技术
光热发电用不锈钢无缝管主要应用在槽式发电系统的真空集热器上,其外部为真空玻璃管,不锈钢无缝管内为水蒸气、热油或熔融盐的热载体,温度一般为400℃左右,工作压力在10MPa左右。每支吸收器的长度约4m,常用到的材质为304、321和316L,不锈钢无缝管规格为Φ70×(1.5~4.5)mm。
因集热器的工作原理,不锈钢无缝管的外径公差要求严格,一般在0.1~0.3mm;壁厚公差要求严格,一般在0.2mm以内;对外表面光洁度要求高,表面粗糙度Ra值为0.1~0.8μm。
传统的不锈钢无缝管存在集热效果差、热转化率低等问题。
发明内容
为了克服上述不足,本发明提供一种光热发电用不锈钢管生产方法,新方法解决了集热管尺寸精度差、表面光洁度差的问题,提升了太阳能热转化率,满足了真空集热要求,完全满足了光热发电用管的要求。
本发明是针对太阳能用高精度、高光洁度不锈钢无缝管成品规格合理制定冷、热变形工艺和设备参数,其特点是大变形热挤压(断面收缩率80%以上)+大变形冷轧(断面收缩率50%以上)+小变形冷拔(断面收缩率10~30%)。
本发明提供的光热发电用不锈钢管生产方法,包括下述步骤:
(1)坯料准备
坯料采用电炉+AOD+LF炉冶炼,径锻后车光至Φ219±5mm;
对坯料的成分要求如下:
C≤0.080%;Si≤1.00%;Mn≤2.00%;P≤0.045%;S≤0.030%;Cr:16.00~20.00%;Ni:8.00~14.00%;Ti:5C~0.70%;
将坯料分段锯切至600~850mm,深孔钻加工Φ40~Φ60mm中心通孔;
(2)热挤压
①坯料预热:坯料在环形炉中预热,环形炉温度设置为850±10℃,驻炉时间180±5min;
②一次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,感应加热温度设置为1150±10℃,保温时间1~3min,加热功率600~650kW,保温功率≤200kW;
③玻璃粉润滑:坯料内、外壁使用高温下熔融态的玻璃粉进行润滑;
④扩孔 使用Φ100mm的扩孔锥进行扩孔;
⑤二次感应加热 坯料放入中频感应炉感应加热,感应加热目标温度1180±10℃,保温时间为1~3min,加热功率为600~650kW,保温功率≤200kW;
⑥热挤压 热挤压采用Φ108×7~Φ108×10mm的热挤压工模具,断面收缩率不小于80%,挤压后30±5s内完成固溶;热挤压后钢管的外径尺寸为108±2mm,壁厚为7~10mm,挤压后依次经矫直、酸洗、修磨;
(3)半成品冷轧
根据成品规格要求,半成品的冷轧工艺为:外径Φ108mm轧制到Φ76mm,公差要求±0.5mm;壁厚通过冷轧芯棒控制,尺寸为2.5~5mm,保证成品冷拔减壁量控制在0.5~1mm之间;
(4)半成品热处理
冷轧后的钢管,经脱脂进行热处理;半成品热处理温度控制在1050~1100℃,保温时间控制在2~3min/mm;
控制空气与燃气的比例为8~10:1,保证炉内的还原性气氛,避免了过厚氧化皮的形成,确保退火后表面光洁;
(5)成品冷拔
经矫直、酸洗、修磨、润滑,进行成品道次冷拔;
冷拔工艺选用YG8材质的外模,尺寸为70.3mm;根据成品壁厚要求,内模尺寸计算公式如下:
70.3-2×(壁厚+0.2)mm,其中0.2mm为抛光工序预留余量;
(6)成品热处理
经脱脂后进行成品道次热处理;
采用了低温长时间退火工艺:保温温度控制在1000~1020℃,保温时间控制在3~5min/mm;
此工艺技术避开了不锈钢的敏化区间(400~900℃),力学及耐蚀性能均满足了标准要求,保证了高温强度,避免了过厚氧化皮的形成和应力完全释放,实现了钢管直度及圆度的控制。同时控制空气与燃气的比例为8~10:1,保证炉内的还原性气氛,避免了过厚氧化皮的形成,确保退火后表面光洁。
经矫直、酸洗、锯切后即为成品,锯切长度按用户需求进行;
(7)表面抛光
经粗抛、中抛、精抛、打蜡工序,钢管表面粗糙度达到0.2μm以下,达到了镜面效果。
同时抛光过程外径减小范围0.2~0.3mm,壁厚减小范围为0.1~0.15mm,与预留余量抵消后,尺寸控制范围为70±0.1mm,壁厚公差为0~+0.1mm,达到高精度要求。
所述玻璃粉润滑过程中,熔融态的玻璃粉的温度为1100~1250℃。
所述表面抛光过程中,具体步骤为:通过5道次粗抛、2道次中抛、1道次精抛、布轮抛光打蜡工序,钢管表面光洁度达到0.2μm以下。所述5道次粗抛采用60目的千叶轮,2道次中抛采用200目的千叶轮,1道次精抛采用600目千叶轮。
本发明特点是大变形热挤压(断面收缩率80%以上)+大变形冷轧(断面收缩率50%以上)+小变形冷拔(断面收缩率10~30%)。本工艺的优点如下:首先,大变形的热挤压及大变形冷轧保证了产品的组织致密性,提高了晶粒度等级,产品的耐腐蚀能力提升明显;(2)小变形冷拔维持了原有的组织致密性,同时通过封闭的环形孔腔对产品的尺寸精度进行了精确调整,达到高精度要求。
本发明提供的光热发电用不锈钢管生产方法,解决了集热管尺寸精度差、表面粗糙差的问题,提升了太阳能热转化率,满足了真空集热要求,完全满足了光热发电用管的要求。特别适用于太阳能光热发电领域。
附图说明
图1为工模具的配备及使用状态示意图。
图中1为挤压杆,2为挤压筒,3为坯料,4为挤压模,5为挤压针,6为模垫,7为模座,8为管材。
具体实施方式
下面结合实施案例详细说明光热用太阳能管的生产方法,但不局限于以下实施例。
实施例1:
供皇明太阳能集团Φ70×4mm(304)的光热管
1.1技术要求
(1)外径:70±0.2mm;
(2)壁厚:4.0±0.2mm;
(3)表面状况:无砂眼、外表面无划伤,凹坑、麻点、起皮、拉毛,内表面无划伤、拉毛、丝道;
(4)粗糙度:外壁粗糙度:≤1μm;内壁粗糙度:≤6.3μm;
(5)壁厚均匀度:±0.1mm;
(6)长度:2300±5mm;
1.2生产工艺
Φ219(热挤压)→108×10(冷轧)→Φ76×5(冷拔)→Φ70.3×4.2→抛光
本不锈钢无缝管的制造方法包括下述依次的步骤:
(1)坯料要求
坯料采用电炉+AOD+LF炉冶炼,径锻后车光至Φ219mm。成分如下:
材质 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni |
304 | 0.04% | 0.41% | 1.58% | 0.020% | 0.001% | 18.12% | 8.11% |
坯料准备 选用一支705mm坯料,中心通孔为Φ40mm;
(2)热挤压
坯料预热 坯料在环形炉中预热,环形炉出炉温度853℃,驻炉时间182min;
一次感应加热 坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率610kW,保温功率130kW,保温时间2min,红外测温仪显示坯料外表温度1153℃,内表温度1147℃;
玻璃粉润滑 坯料内、外壁使用1100~1250℃熔融态玻璃粉进行润滑;
扩孔 使用Φ100mm的扩孔锥进行扩孔;
二次感应加热 坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率600kW,保温功率90kW,保温时间1.5min,红外测温仪显示坯料外表温度1183℃,内表温度1178℃;
热挤压 热挤压采用Φ108×10mm的热挤压工模具,断面收缩率为90.9%,挤压后28s内完成固溶。
图1示出了工模具的配备及使用状态,挤压模4位于挤压筒2出口,坯料3在挤压模4的作用下断面收缩,形成管材8半成品。挤压模4通过模垫6固定在模座7上。
热挤压后钢管的外径尺寸为108.5mm,壁厚为9.8mm。挤压后依次经矫直、酸洗、修磨。
(3)半成品冷轧
根据成品规格要求,半成品的冷轧工艺为:外径Φ108mm轧制到Φ76mm,公差要求±0.5mm;壁厚通过冷轧芯棒控制,外径尺寸为76.1mm,壁厚尺寸为4.8mm,断面收缩率为63.8%。
冷轧后的钢管,经脱脂进行热处理;
(4)半成品热处理
半成品热处理温度控制在1080±10℃,保温时间控制在15min,实测炉温为1072~1085之间;
控制空气与燃气的比例为8:1,保证炉内的还原性气氛,避免了过厚氧化皮的形成,确保退火后表面光洁。
经矫直、酸洗、修磨、润滑,进行成品道次冷拔;
(5)成品冷拔
选用YG8材质的外模,尺寸为70.3mm;根据成品壁厚要求,选用61.9mm内模。断面收缩率为21.3%。
冷拔后外径尺寸为70.32mm,壁厚为4.24mm。冷拔后经脱脂后进行成品道次热处理;
(6)成品热处理
采用1010±10℃,保温时间20min的退火工艺,实测炉温为1013~1018℃之间;
经矫直、酸洗、锯切后即为成品,锯切长度为2300mm;
(7)表面抛光
通过5道次粗抛(60目的千叶轮)+2道次中抛(200目的千叶轮)+1道次精抛(600目千叶轮)+布轮抛光打蜡。钢管表面光洁度达到0.10~0.15μm之间。外径尺寸为70.0~70.1mm之间,壁厚尺寸为4.05~4.15mm之间,达到高精度要求。
实施例2:
供北京有色金属研究院Φ70×2mm(316L)的光热管
1.1技术要求
(1)外径:70±0.2mm;
(2)壁厚:2.0±0.2mm;
(3)表面状况:无砂眼、外表面无划伤,凹坑、麻点、起皮、拉毛,内表面无划伤、拉毛、丝道;
(4)粗糙度:外壁粗糙度:≤0.5μm;内壁粗糙度:≤6.3μm;
(5)壁厚均匀度:±0.1mm;
(6)长度:4000±5mm
1.2生产工艺
Φ219(热挤压)→108×8(冷轧)→Φ76×2.5(冷拔)→Φ70.3×2.2→抛光
本不锈钢无缝管的制造方法包括下述依次的步骤:
(1)坯料要求
坯料采用电炉+AOD+LF炉冶炼,径锻后车光至Φ219mm。成分如下:
材质 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo |
316L | 0.01% | 0.41% | 1.03% | 0.025% | 0.001% | 17.22% | 12.11% | 2.66% |
坯料准备 选用一支660mm坯料,中心通孔为Φ40mm;
(2)热挤压
坯料预热 坯料在环形炉中预热,环形炉出炉温度844℃,驻炉时间181min;
一次感应加热 坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率610kW,保温功率130kW,保温时间2min,红外测温仪显示坯料外表温度1159℃,内表温度1149℃;
玻璃粉润滑 坯料内、外壁使用1100~1250℃熔融态玻璃粉进行润滑;
扩孔 使用Φ100mm的扩孔锥进行扩孔;
二次感应加热 坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率600kW,保温功率90kW,保温时间1.5min,红外测温仪显示坯料外表温度1186℃,内表温度1177℃;
热挤压 热挤压采用Φ108×8mm的热挤压工模具,断面收缩率为93.3%,挤压后27s内完成固溶。
热挤压后钢管的外径尺寸为108.5mm,壁厚为8.20mm。挤压后依次经矫直、酸洗、修磨。
(3)半成品冷轧
根据成品规格要求,半成品的冷轧工艺为:外径Φ108mm轧制到Φ76mm,公差要求±0.5mm;壁厚通过冷轧芯棒控制,外径尺寸为76.10mm,壁厚尺寸为2.45mm,断面收缩率为77.01%。
冷轧后的钢管,经脱脂进行热处理;
(4)半成品热处理
半成品热处理温度控制在1080±10℃,保温时间控制在7min,实测炉温为1072~1085之间;
控制空气与燃气的比例为8:1,保证炉内的还原性气氛,避免了过厚氧化皮的形成,确保退火后表面光洁。
经矫直、酸洗、修磨、润滑,进行成品道次冷拔;
(5)成品冷拔
选用YG8材质的外模,尺寸为70.3mm;根据成品壁厚要求,选用65.9mm内模。断面收缩率为25.93%。
冷拔后外径尺寸为70.30mm,壁厚为2.21mm。冷拔后经脱脂后进行成品道次热处理;
(6)成品热处理
采用1010±10℃,保温时间10min的退火工艺,实测炉温为1014~1016℃之间;
经矫直、酸洗、锯切后即为成品,锯切长度为4000mm;
(7)表面抛光
通过5道次粗抛(60目的千叶轮)+2道次中抛(200目的千叶轮)+1道次精抛(600目千叶轮)+布轮抛光打蜡。钢管表面光洁度达到0.10~0.20μm之间。外径尺寸为70.0~70.1mm之间,壁厚尺寸为2.05~2.10mm之间,达到高精度要求。
实施例3:
供北京有色金属研究院Φ70×3mm(321)的光热管
1.1技术要求
(1)外径:70±0.2mm;
(2)壁厚:3.0±0.2mm;
(3)表面状况:无砂眼、外表面无划伤,凹坑、麻点、起皮、拉毛,内表面无划伤、拉毛、丝道;
(4)粗糙度:外壁粗糙度:≤0.8μm;内壁粗糙度:≤6.3μm;
(5)壁厚均匀度:±0.1mm;
(6)长度:2100±5mm
1.2生产工艺
Φ219(热挤压)→108×8(冷轧)→Φ76×4(冷拔)→Φ70.3×3.2→抛光
本不锈钢无缝管的制造方法包括下述依次的步骤:
(1)坯料要求
坯料采用电炉+AOD+LF炉冶炼,径锻后车光至Φ219mm。成分如下:
坯料准备 选用一支850mm坯料,中心通孔为Φ40mm;
(2)热挤压
坯料预热 坯料在环形炉中预热,环形炉出炉温度855℃,驻炉时间180min;
一次感应加热 坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率610kW,保温功率130kW,保温时间2min,红外测温仪显示坯料外表温度1154℃,内表温度1150℃;
玻璃粉润滑 坯料内、外壁使用1100~1250℃熔融态玻璃粉进行润滑;
扩孔 使用Φ100mm的扩孔锥进行扩孔;
二次感应加热 坯料放入中频感应炉感应加热,加热功率600kW,保温功率90kW,保温时间1.5min,红外测温仪显示坯料外表温度1188℃,内表温度1179℃;
热挤压 热挤压采用Φ108×8mm的热挤压工模具,断面收缩率为93.3%,挤压后27s内完成固溶。
热挤压后钢管的外径尺寸为108.4mm,壁厚为8.10mm。挤压后依次经矫直、酸洗、修磨。
(3)半成品冷轧
根据成品规格要求,半成品的冷轧工艺为:外径Φ108mm轧制到Φ76mm,公差要求±0.5mm;壁厚通过冷轧芯棒控制,外径尺寸为76.12mm,壁厚尺寸为3.95mm,断面收缩率为63.89%。
冷轧后的钢管,经脱脂进行热处理;
(4)半成品热处理
半成品热处理温度控制在1080±10℃,保温时间控制在12min,实测炉温为1077~1082之间;
控制空气与燃气的比例为9:1,保证炉内的还原性气氛,避免了过厚氧化皮的形成,确保退火后表面光洁。
经矫直、酸洗、修磨、润滑,进行成品道次冷拔;
(5)成品冷拔
选用YG8材质的外模,尺寸为70.3mm;根据成品壁厚要求,选用63.9mm内模。断面收缩率为25.37%。
冷拔后外径尺寸为70.30mm,壁厚为3.20mm。冷拔后经脱脂后进行成品道次热处理;
(6)成品热处理
采用1010±10℃,保温时间15min的退火工艺,实测炉温为1011~1015℃之间;
经矫直、酸洗、锯切后即为成品,锯切长度为2100mm;
(7)表面抛光
通过5道次粗抛(60目的千叶轮)+2道次中抛(200目的千叶轮)+1道次精抛(600目千叶轮)+布轮抛光打蜡。钢管表面光洁度达到0.10~0.20μm之间。外径尺寸为70.0~70.1mm之间,壁厚尺寸为3.05~3.10mm之间,达到高精度要求。
Claims (5)
1. 一种光热发电用不锈钢管生产方法,其特征在于:包括下述步骤:
(1)坯料准备
坯料采用电炉+AOD+LF炉冶炼,径锻后车光至Φ219±5mm;
对坯料的成分要求如下:
C≤0.080%;Si≤1.00%;Mn≤2.00%;P≤0.045%;S≤0.030%;Cr:16.00~20.00%;Ni:8.00~14.00%;Ti:5C~0.70%;
将坯料分段锯切至600~850mm,深孔钻加工Φ40~Φ60mm中心通孔;
(2)热挤压
①坯料预热:坯料在环形炉中预热,环形炉温度设置为850±10℃,驻炉时间180±5min;
②一次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,感应加热温度设置为1150±10℃,保温时间为1~3min,加热功率为600~650kW,保温功率≤200kW;
③玻璃粉润滑:坯料内、外壁使用高温下熔融态的玻璃粉进行润滑;
④扩孔:使用Φ100mm的扩孔锥进行扩孔;
⑤二次感应加热:坯料放入中频感应炉感应加热,感应加热目标温度为1180±10℃,保温时间为1~3min,加热功率为600~650kW,保温功率≤200kW;
⑥热挤压:热挤压采用Φ108×7~Φ108×10mm的热挤压工模具,挤压过程断面收缩率不小于80%,挤压后30±5s内完成固溶;热挤压后钢管的外径尺寸为108±2mm,壁厚为7~10mm,挤压后依次经矫直、酸洗、修磨;
(3)半成品冷轧
根据成品规格要求,半成品的冷轧工艺为:外径Φ108mm轧制到Φ76mm,公差为±0.5mm;
(4)半成品热处理
冷轧后的钢管,经脱脂进行热处理;半成品热处理温度控制在1050~1100℃,保温时间控制在2~3min/mm;控制空气与燃气的比例为8~10:1;
(5)成品冷拔
经矫直、酸洗、修磨、润滑,进行成品道次冷拔;
冷拔工艺选用YG8材质的外模,尺寸为70.3mm;根据成品壁厚要求,内模尺寸计算公式如下:
70.3-2×(壁厚+0.2)mm,其中0.2mm为抛光工序预留余量;
(6)成品热处理
经脱脂后进行成品道次热处理,采用低温长时间退火工艺:保温温度控制在1000~1020℃,保温时间控制在3~5min/mm;同时控制空气与燃气的比例为8~10:1;
经矫直、酸洗、锯切后即为成品,锯切长度按用户需求进行;
(7)表面抛光
经粗抛、中抛、精抛、打蜡工序,钢管表面粗糙度达到0.2μm以下,达到了镜面效果。
2.根据权利要求1所述的光热发电用不锈钢管生产方法,其特征在于:所述半成品冷轧过程中,半成品的壁厚通过冷轧芯棒控制,尺寸为2.5~5mm,保证成品冷拔减壁量控制在0.5~1mm之间。
3.根据权利要求1所述的光热发电用不锈钢管生产方法,其特征在于:所述玻璃粉润滑过程中,熔融态的玻璃粉的温度为1100~1250℃。
4.根据权利要求1所述的光热发电用不锈钢管生产方法,其特征在于:所述表面抛光过程中,具体步骤为:通过5道次粗抛、2道次中抛、1道次精抛、布轮抛光打蜡工序,钢管表面光洁度达到0.2μm以下。
5.根据权利要求4所述的光热发电用不锈钢管生产方法,其特征在于:所述5道次粗抛采用60目的千叶轮,2道次中抛采用200目的千叶轮,1道次精抛采用600目千叶轮。
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