CN103769433B

CN103769433B - 光热发电用不锈钢管生产方法

Info

Publication number: CN103769433B
Application number: CN201410003787.7A
Authority: CN
Inventors: 聂飞; 康喜唐; 侯楠; 梁祥祥; 李鹏; 付俊生; 张琳; 张晓�
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2014-01-06
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2034-01-06
Also published as: CN103769433A

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

光热发电用不锈钢管生产方法

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；

（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

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℃；

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；

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；

（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℃；

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

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：

（2）热挤压

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；

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Φ108±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Φ108±2mm轧制到Φ76mm，公差为±0.5mm；

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；

（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）半成品冷拔

经矫直、酸洗、修磨、润滑，进行半成品道次冷拔；

冷拔工艺选用YG8材质的外模，尺寸为Φ70.3mm；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）半成品热处理

经脱脂后进行半成品道次热处理，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；

（7）表面抛光

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：所述玻璃粉润滑过程中，熔融态的玻璃粉的温度为1100～1250℃。

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。

4.根据权利要求3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。