CN115401411A - 一种不锈钢焊接钢管的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，属于焊管生产技术领域，包括以下步骤：将冲洗过的不锈钢板制成毛坯管；将毛坯管通过氩弧焊接后在冷水中浸泡冷却至室温，经过固溶处理，打磨、调直，得到半成品；将半成品脱脂后置于复合钝化液中浸泡后取出，再于120℃烘箱中处理，得到不锈钢焊接钢管；本发明不锈钢焊接钢管的生产工艺路线为：清洗‑热处理‑分条‑冷轧‑焊接‑固溶‑打磨‑钝化，其中钝化过程中摒弃传统含铬钝化处理技术，采用更为环保的有机‑无机复合钝化手段，具体是以有机硅丙烯酸乳液为主要成膜物质，以改性纳米二氧化硅为封闭剂，配合缓蚀组分形成致密耐腐蚀的钝化层，赋予不锈钢焊接钢管优异的耐腐蚀性。

Description

一种不锈钢焊接钢管的生产工艺
技术领域
本发明属于焊管生产技术领域，具体地，涉及一种不锈钢焊接钢管的生产工艺。
背景技术
不锈钢焊接钢管简称不锈钢焊管，常用钢材或钢带经过机组和模具卷曲成型后焊接制成的钢管，主要用于换热器管、压力管道、机械结构用管、城市景观等行业上，不锈钢焊管是一种中空的长条钢管，大量用作输送流体的管道，如石油、天然气、水、煤气、蒸汽等，但是在天然气领域应用的不锈钢管材常常因为天然气中含硫元素的腐蚀使其寿命大大缩短，或者外界酸、碱液的侵蚀而发生锈蚀，现有不锈钢焊接管生产多经过钝化处理使不锈钢焊管表面形成致密的氧化物膜，提高其耐腐蚀性，如专利公开号为CN104668908A的中国专利中所述，采用化学钝化液对毛坯管进行钝化处理，其中化学钝化液为盐酸25-32wt%、高锰酸钾2.5-3.5%、重铬酸钾9.5-11wt%，苯并二唑3-5wt%，该化学钝化液中含有高污染性的高铬酸钾且含量较高，形成的钝化膜中含有剧毒致癌物质铬离子，并且后续钝化废液难以处理，因此提供一种环保的不锈钢焊接钢管的生产工艺是目前需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种不锈钢焊接钢管的生产工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，包括以下步骤：
第一步、将不锈钢板表面进行冲洗后置于高温炉中，进行两段热处理，分条，精轧，得到毛坯管；
第二步、将毛坯管通过氩弧焊接后在冷水中浸泡冷却至室温，经过固溶处理，打磨，调直，得到半成品；
第三步、将半成品置于脱脂溶液中浸泡5-10min后用清水冲洗2-3次，然后置于复合钝化液中浸泡5-10min后取出，于120℃烘箱中处理4-5min，得到不锈钢焊接钢管。
所述复合钝化液通过以下步骤制得：
向有机硅丙烯酸乳液中加入去离子水，磁力搅拌后加入缓蚀组分和改性纳米二氧化硅，继续搅拌20-30min，得到复合钝化液，有机硅丙烯酸乳液、去离子水、缓蚀组分和改性纳米二氧化硅质量比为14-16：10-15：100-110：1.2-1.5。
优选地，有机硅丙烯酸乳液通过以下步骤制成：
氮气保护下，将甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、丙烯酸、烯丙氧基壬基酚丙醇聚氧乙烯(10)醚硫酸铵和去离子水搅拌乳化5-10min后得到乳化液A，将烯丙氧基羟丙基磺酸钠和去离子水混合，搅拌升温至65℃，加入偶联剂KH-570和乳化液A，搅拌升温至70℃，滴加催化剂溶液，保温反应7-8h后，冷却至室温，得到有机硅改性丙烯酸乳液；
其中，乳化液A中甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、丙烯酸、烯丙氧基壬基酚丙醇聚氧乙烯(10)醚硫酸铵和去离子水用量比为45-60g：15-20g：5-8g：4-10g：0.6g：40-50mL，烯丙氧基羟丙基磺酸钠、去离子水、偶联剂KH-570、乳化液A和催化剂溶液用量比为0.8-1g：130-150g：6-10g：50mL：13-15g，催化剂溶液为质量分数为4%过硫酸铵水溶液，以甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、偶联剂KH-570、丙烯酸为反应单体，通过聚合反应得到有机硅丙烯酸乳液。
优选地，缓蚀组分通过以下步骤制成：
在三口烧瓶中加入浓度0.015mol/L的植酸水溶液，磁力搅拌下滴加浓度0.03-0.04mol/L甲基三乙氧基硅烷乙醇溶液，70-75℃下搅拌反应1-2h，得到缓蚀组分，植酸水溶液和甲基三乙氧基硅烷乙醇溶液体积比为1：1，植酸分子含有6个磷原子及24个氧原子，这些原子中含有的孤对电子可以对金属表面原子的空轨道发生特性吸附，在金属表面形成一层致密的单分子膜层，有效地阻隔氧气、氢离子、氯离子等腐蚀介质到达金属表面从而抑制金属的腐蚀，但是植酸是一种强酸，以其作为缓蚀剂单独使用时，在成膜过程中会与不锈钢中的铁等金属会发生析氢反应，使钝化膜产生大量孔洞，防腐性能下降，因此，本发明利用甲基三乙氧基硅烷水解产生的高活性的硅醇类化合物与植酸分子中的-P-OH进行脱水缩合反应，得到一种具有与金属螯合特性和反应特性的缓蚀组分。
优选地，改性纳米二氧化硅通过以下步骤制成：
将干燥后的纳米二氧化硅、无水DMF和异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡加入三口烧瓶中，40℃下，磁力搅拌10-12h，抽滤，滤饼干燥，得到改性纳米二氧化硅，纳米二氧化硅、无水DMF、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡的用量比为85-90g：100mL：1.5-1.8g：0.15mL，以异佛尔酮二异氰酸酯为改性剂，二月桂酸二丁基锡为催化剂，在保留纳米二氧化硅表面羟基的情况下引入异氰酸酯基。
进一步地，两段热处理过程具体步骤为：先以50℃/min的升温速率升温至700-800℃，并保温30-40min后冷却至室温，然后以55℃/min的升温速率升温至800-850℃，保温20-30min后自然冷却至室温。
进一步地，固溶处理工艺具体步骤为将焊接后的毛坯管置于箱式真空气氛电阻炉中，以20℃/min的升温速率升温至1150℃，保温处理10-15min，然后自然冷却至室温，由于不锈钢板中含有较高的Mo、Cr等合金元素，使其在焊接过程中容易发生元素偏析，形成金属间化合物和其他微观组织的变化，使焊缝处的耐腐蚀降低，通过固溶处理，焊管组织会发生在结晶，强度和硬度提高，耐腐蚀性增强。
进一步地，脱脂溶液由型号为F-8300碱性除油粉与水配制成浓度为20-30g/L的溶液。
本发明的有益效果：
本发明提供一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，路线为：清洗-热处理-分条-冷轧-焊接-固溶-打磨-钝化，其中钝化过程中本发明摒弃传统含铬钝化处理技术，采用更为环保的有机-无机复合钝化手段，具体是以有机硅丙烯酸乳液为主要成膜物质，以改性纳米二氧化硅为封闭剂，配合缓蚀组分形成致密耐腐蚀的钝化层，其中缓蚀组分为甲基三乙氧基硅烷和植酸的缩合物，其不仅具有与金属离子强螯合作用的磷酸基团，还具有硅氧烷水解产生的高反应特性硅醇类化合物，其发挥螯合作用的基团能够在不锈钢表面吸附形成一层有机层抑制不锈钢的腐蚀，硅醇类化合物中的-Si-OH能够与改性纳米二氧化硅表面的羟基发生化学作用，使纳米二氧化硅作为封闭剂填充于缓蚀组分与不锈钢表面发生析氢反应产生的孔隙中，保证钝化膜的平整，并且改性纳米二氧硅表面含有异氰酸酯基团，在高温下能够与有机硅丙烯酸乳液发生交联反应，提高钝化膜的致密度，结合有机硅丙烯酸乳液的耐高温、耐腐蚀特性，复合钝化液赋予不锈钢焊接钢管优异的耐腐蚀性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中采用不锈钢钢板均来自无锡市德尔润特钢材料有限公司出售202不锈钢钢板。
实施例1
一种复合钝化液，通过以下步骤制得：
向14g有机硅丙烯酸乳液中加入10g去离子水，磁力搅拌后加入110g缓蚀组分和1.2g改性纳米二氧化硅，继续搅拌20min，得到复合钝化液。
所述有机硅丙烯酸乳液通过以下步骤制成：
氮气保护下，将45g甲基丙烯酸丁酯、15g丙烯酸羟乙酯、5g苯乙烯、4g丙烯酸、0.6g烯丙氧基壬基酚丙醇聚氧乙烯(10)醚硫酸铵和40mL去离子水搅拌乳化5min后得到乳化液A，将0.8g烯丙氧基羟丙基磺酸钠和130g去离子水混合，搅拌升温至65℃，加入6g偶联剂KH-570和50mL乳化液A，搅拌升温至70℃，滴加13g 4wt%的过硫酸铵水溶液，保温反应7h后，冷却至室温，得到有机硅改性丙烯酸乳液。
所述缓蚀组分通过以下步骤制成：
在三口烧瓶中加入浓度0.015mol/L的植酸水溶液，磁力搅拌下滴加浓度0.03mol/L甲基三乙氧基硅烷乙醇溶液，70℃下搅拌反应1h，得到缓蚀组分，植酸水溶液和甲基三乙氧基硅烷乙醇溶液体积比为1：1。
所述改性纳米二氧化硅通过以下步骤制成：
将85g干燥后的纳米二氧化硅、100mL无水DMF和1.5g异佛尔酮二异氰酸酯和0.15mL二月桂酸二丁基锡加入三口烧瓶中，40℃下，磁力搅拌10h，抽滤，滤饼干燥，得到改性纳米二氧化硅。
实施例2
一种复合钝化液，通过以下步骤制得：
向16g有机硅丙烯酸乳液中加入15g去离子水，磁力搅拌后加入100g缓蚀组分和1.5g改性纳米二氧化硅，继续搅拌30min，得到复合钝化液。
所述有机硅丙烯酸乳液通过以下步骤制成：
氮气保护下，将60g甲基丙烯酸丁酯、20g丙烯酸羟乙酯、8g苯乙烯、10g丙烯酸、0.6g烯丙氧基壬基酚丙醇聚氧乙烯(10)醚硫酸铵和50mL去离子水搅拌乳化10min后得到乳化液A，将1g烯丙氧基羟丙基磺酸钠和150g去离子水混合，搅拌升温至65℃，加入10g偶联剂KH-570和50mL乳化液A，搅拌升温至70℃，滴加15g 4wt%的过硫酸铵水溶液，保温反应8h后，冷却至室温，得到有机硅改性丙烯酸乳液。
所述缓蚀组分通过以下步骤制成：
在三口烧瓶中加入浓度0.015mol/L的植酸水溶液，磁力搅拌下滴加浓度0.04mol/L甲基三乙氧基硅烷乙醇溶液，75℃下搅拌反应2h，得到缓蚀组分，植酸水溶液和甲基三乙氧基硅烷乙醇溶液体积比为1：1。
所述改性纳米二氧化硅通过以下步骤制成：
将90g干燥后的纳米二氧化硅、100mL无水DMF和1.8g异佛尔酮二异氰酸酯和0.15mL二月桂酸二丁基锡加入三口烧瓶中，40℃下，磁力搅拌12h，抽滤，滤饼干燥，得到改性纳米二氧化硅。
对比例1
将实施例1中缓蚀组分替换成等质量的浓度0.015mol/L的植酸水溶液，其余原料及制备过程同实施例1。
对比例2
将实施例2中改性纳米二氧化硅替换成等质量的纳米二氧化硅，其余原料及制备过程同实施例2。
实施例3
一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，包括以下步骤：
第一步、将不锈钢板表面进行冲洗后置于高温炉中，进行两段热处理，然后通过分条机制备所需宽度的钢带，将钢带经过冷轧设备精轧制备所需壁厚的毛坯管；
第二步、将毛坯管通过氩弧焊接方式焊接后在冷水中浸泡冷却至室温，经过固溶处理，采用钢管水磨机进行内外焊道的打磨处理，采用钢管调直机进行调直，得到半成品；
第三步、将半成品置于脱脂溶液中浸泡5min后用清水冲洗2次，然后置于实施例1复合钝化液中浸泡5min后取出，于120℃烘箱中处理4-5min，得到不锈钢焊接钢管。
其中，两段热处理过程具体步骤为：先以50℃/min的升温速率升温至700℃，并保温40min后冷却至室温，然后以55℃/min的升温速率升温至800℃，保温30min后自然冷却至室温。
固溶处理工艺具体步骤为将焊接后的毛坯管置于箱式真空气氛电阻炉中，以20℃/min的升温速率升温至1150℃，保温处理10min。
脱脂溶液由型号为F-8300碱性除油粉与水配制成浓度为20g/L溶液。
实施例4
一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，包括以下步骤：
第一步、将不锈钢板表面进行冲洗后置于高温炉中，进行两段热处理，然后通过分条机制备所需宽度的钢带，将钢带经过冷轧设备精轧制备所需壁厚的毛坯管；
第二步、将毛坯管通过氩弧焊接方式焊接后在冷水中浸泡冷却至室温，经过固溶处理，采用钢管水磨机进行内外焊道的打磨处理，采用钢管调直机进行调直，得到半成品；
第三步、将半成品置于脱脂溶液中浸泡5min后用清水冲洗2次，然后置于实施例2复合钝化液中浸泡5min后取出，于120℃烘箱中处理4min，得到不锈钢焊接钢管。
其中，两段热处理过程具体步骤为：先以50℃/min的升温速率升温至800℃，并保温30min后冷却至室温，然后以55℃/min的升温速率升温至850℃，保温20min后自然冷却至室温。
固溶处理工艺具体步骤为将焊接后的毛坯管置于箱式真空气氛电阻炉中，以20℃/min的升温速率升温至1150℃，保温处理15min。
脱脂溶液由型号为F-8300碱性除油粉与水配制成浓度为30g/L溶液。
实施例5
一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，包括以下步骤：
第一步、将不锈钢板表面进行冲洗后置于高温炉中，进行两段热处理，然后通过分条机制备所需宽度的钢带，将钢带经过冷轧设备精轧制备所需壁厚的毛坯管；
第二步、将毛坯管通过氩弧焊接方式焊接后在冷水中浸泡冷却至室温，经过固溶处理，采用钢管水磨机进行内外焊道的打磨处理，采用钢管调直机进行调直，得到半成品；
第三步、将半成品置于脱脂溶液中浸泡8min后用清水冲洗2次，然后置于实施例1复合钝化液中浸泡8min后取出，于120℃烘箱中处理4.5min，得到不锈钢焊接钢管。
其中，两段热处理过程具体步骤为：先以50℃/min的升温速率升温至750℃，并保温35min后冷却至室温，然后以55℃/min的升温速率升温至820℃，保温25min后自然冷却至室温。
固溶处理工艺具体步骤为将焊接后的毛坯管置于箱式真空气氛电阻炉中，以20℃/min的升温速率升温至1150℃，保温处理13min。
脱脂溶液由型号为F-8300碱性除油粉与水配制成浓度为30g/L溶液。
对比例3
将实施3中复合钝化液替换成对比例1中物质，其余原料及工艺步骤同实施例3。
对比例4
将实施4中复合钝化液替换成对比例2中物质，其余原料及工艺步骤同实施例4。
对比例5
将实施例5中复合钝化液替换成公开号为CN104668908A的中国专利中实施例4所述钝化液，即盐酸28wt%、高锰酸钾3.1wt%、重铬酸钾10.4wt%、苯并二唑4wt%组成的混合物。
将实施例3-5和对比例3-5所述生产工艺制得的不锈钢焊接钢管进行测试，气密性试验：气体试验压力为1.05MPs，管子完全浸没入水稳压5s，观察有无气泡渗出；耐腐蚀性：参照国家标准GB/T2423.17-93，采用YWX/Q-150型盐雾试验性，配制5wt%的NaCl水溶液，调节pH为7作为盐雾试验喷雾所用溶液，温度35℃，盐雾沉降量为2mL/80cm3·h，管材与垂直方向成30°，96h后观察并计算各组管材锈蚀面积，测试结果如下表所示：
实施例3-5和对比例3-5不锈钢焊接钢管测试结果表
项目 气密性试验 管材锈蚀面积（%）
实施例3 无气泡渗出 4
实施例4 无气泡渗出 2
实施例5 无气泡渗出 4
对比例3 少许气泡渗出 11
对比例4 少许气泡渗出 8
对比例5 少许气泡渗出 26
由上述表格中测试结果可以看出，相比于对比例3-5，实施例3-5生产工艺所制得的不锈钢焊接钢管具有更优的气密性和耐腐蚀，因此，本发明制备的不锈钢焊接管具有较大的推广价值。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、将冲洗过的不锈钢板置于高温炉中，进行两段热处理，分条，精轧，得到毛坯管；
第二步、将毛坯管通过氩弧焊接后在冷水中浸泡，冷却至室温，经过固溶处理，打磨，调直，得到半成品；
第三步、将半成品置于脱脂溶液中浸泡后用清水冲洗，然后置于复合钝化液中浸泡后取出，再于120℃烘箱中处理，得到不锈钢焊接钢管；
所述复合钝化液通过以下步骤制得：
向有机硅丙烯酸乳液中加入去离子水，磁力搅拌后加入缓蚀组分和改性纳米二氧化硅，搅拌混合，得到复合钝化液。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，其特征在于，有机硅丙烯酸乳液、去离子水、缓蚀组分和改性纳米二氧化硅质量比为14-16：10-15：100-110：1.2-1.5。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，其特征在于，缓蚀组分通过以下步骤制成：
在反应容器中加入浓度0.015mol/L的植酸水溶液，磁力搅拌下滴加浓度0.03-0.04mol/L甲基三乙氧基硅烷乙醇溶液，70-75℃下搅拌反应1-2h，得到缓蚀组分，植酸水溶液和甲基三乙氧基硅烷乙醇溶液体积比为1：1。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，其特征在于，改性纳米二氧化硅通过以下步骤制成：
将干燥后的纳米二氧化硅、无水DMF和异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡混合，40℃下磁力搅拌10-12h，抽滤，滤饼干燥，得到改性纳米二氧化硅。
5.根据权利要求4所述的一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，其特征在于，纳米二氧化硅、无水DMF、异佛尔酮二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡的用量比为85-90g：100mL：1.5-1.8g：0.15mL。
6.根据权利要求1所述的一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，其特征在于，有机硅丙烯酸乳液通过以下步骤制成：
氮气保护下，将甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、苯乙烯、丙烯酸、烯丙氧基壬基酚丙醇聚氧乙烯(10)醚硫酸铵和去离子水搅拌乳化得到乳化液A，将烯丙氧基羟丙基磺酸钠和去离子水混合，搅拌升温至65℃，加入偶联剂KH-570和乳化液A，搅拌升温至70℃，滴加催化剂溶液，保温反应7-8h后，冷却至室温，得到有机硅改性丙烯酸乳液。
7.根据权利要求6所述的一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，其特征在于，催化剂溶液为质量分数4%的过硫酸铵水溶液。
8.根据权利要求1所述的一种不锈钢焊接钢管的生产工艺，其特征在于，固溶处理工艺具体步骤为将焊接后的毛坯管置于箱式真空气氛电阻炉中，以20℃/min的升温速率升温至1150℃，保温处理10-15min，然后自然冷却至室温。
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