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衛(wèi)生級(食品級)無縫不銹鋼橢圓管的生產(chǎn)與應用
  
  (2004-5-31)
  
  內(nèi)容摘要：
  
  隨著國民經(jīng)濟建設不斷地發(fā)展，各工業(yè)行業(yè)使用衛(wèi)生級(食品級)無縫不銹鋼橢圓管越來越廣。通過對不銹表面鈍化層耐腐蝕能力分析，并結合本公司生產(chǎn)小型衛(wèi)生級無縫不銹鋼橢圓管的工藝與設備應用，生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼橢圓管，滿足工業(yè)流體橢圓管的需求，填補國內(nèi)空白，替代進口。
  
  關鍵詞：表面鈍化層耐腐蝕能力生產(chǎn)工藝與設備橢圓管內(nèi)外表面光潔度
  
  衛(wèi)生級不銹鋼橢圓管在制藥、食品、啤酒、飲用水、生物工程、化學工程、空氣凈化、航空、核工業(yè)等國民經(jīng)濟建設多領域多行業(yè)上廣泛地應用，每年有大量的進口。這里介紹本廠生產(chǎn)衛(wèi)生級(食品級)無縫不銹鋼橢圓管的工藝與設備、橢圓管的性能與質(zhì)量。此橢圓管屬于國內(nèi)最先進最精密水平已廣泛應用，并出口國外。
  
  一、不銹鋼的表面分析
  
  俄歇電了能譜（AES）法和X射線光能譜（SPS）法都可用于不銹鋼表面分析，從而確定不銹鋼橢圓管內(nèi)外表面耐腐蝕能力。AES法的分析直徑非常小，可以小于20nm，它的最初功能是作為元素的辨認。XPS法的分析直么大約10μm，主要用于確定臨近表面元素的化學狀態(tài)。
  
  用AES和XPS探測儀對機械拋光的已暴露在大氣中316不銹鋼表面進行掃描的結果表明，對不銹鋼金剛表面分析總深度最典型的為15nm，并且提供了有關鈍化層的成分、厚度及它的耐腐蝕能力等。
  
  根據(jù)定義，奧氏體不銹鋼含有高鉻和鎳，有的含鉬（如316L00Cr17Ni14Mo2）、鈦等，一般含有10.5%的鉻以上具有較好耐腐蝕能力。耐腐蝕是因為富鉻鈍化層具有保護性能的結果，鈍化層通常為3-5nm厚，或相當于15層原子那樣厚。鈍化層是在鉻和鐵被氧化的氧化-還原反應過程中形成的，如果鈍化層遭破壞，又會迅速形成新的鈍化層和/緊隨著發(fā)生電化學腐蝕，會出現(xiàn)不銹鋼深層點蝕及晶間腐蝕。鈍化層耐腐蝕能力與不銹鋼中所含化學成分含量有關，如高鉻、加鎳與鉬等都能提高鈍 化層結合能電勢，加強鈍化層耐腐蝕能力；并與不銹鋼橢圓管內(nèi)表面處理及使用流體介質(zhì)有關。
  
  二、不銹鋼橢圓管表面腐蝕情況
  
  1、在含Ci-介質(zhì)中不銹鋼表面鈍化層容易被破壞，這是因為Ci-氧化電勢能較大。如果鈍化層印化層僅僅在金屬就將繼續(xù)腐蝕下去。在很多情況下，鈍 化層僅僅在金屬表面的局部地方被破壞，腐蝕的作用在于形成細小的孔或凹坑，在材料表面產(chǎn)生無規(guī)律分布的小坑狀腐蝕稱為點蝕。點蝕速率隨溫度升高而增加，隨濃度增加而增加。解決方法是用超低或低碳不銹鋼（如用316L 304L）
  
  2、奧氏體不銹金剛在制造和焊接時不銹鋼表面鈍經(jīng)層容易被破壞。制造和焊接時加熱溫度和加熱速度在不銹鋼敏化溫度區(qū)域（約425-815℃）時，材料中過飽和碳就會在晶粒邊界首先析出，并與鉻結合形成碳化鉻Cr23C6，此時碳在奧氏體內(nèi)的擴散速度比鉻擴散速度大，鉻來不及補充晶界由于形成碳化鉻而損失的鉻，結果晶界的鉻含量就就隨碳化鉻的不斷析出而不斷降低，形成所謂的貧鉻區(qū)，使電墊能減弱，鈍化層耐腐蝕能力下降。當與介質(zhì)中Ci-等腐蝕介質(zhì)接觸時，就會引起微電池腐蝕。雖然腐蝕僅在晶粒表面，但卻迅速深入內(nèi)部形成晶間腐蝕。特別不銹鋼橢圓管在焊接處理部位較為明顯。
  
  3、應力腐蝕裂紋：是靜應力和導致裂紋與金屬脆化的腐蝕共同的作用。產(chǎn)生應力腐蝕裂紋破破壞的環(huán)境通常是相當復雜的。不僅是拉伸應力，而這種應力和由于制作、焊接、或熱處理在金屬中產(chǎn)生的殘余應力的組合。
  
  三、不銹鋼橢圓管內(nèi)外表面處理與耐腐蝕關系
  
  不銹鋼橢圓管內(nèi)外表面（特別如電解拋光、機械拋光后）具有良好的鈍化層，耐腐蝕能力較強。內(nèi)外表面光潔度高，介質(zhì)粘附很少有利于耐腐蝕。橢圓管內(nèi)表面光潔度高液體介質(zhì)滯留越少，有利于沖洗，特別在制藥行業(yè)。
  
  1、橢圓管內(nèi)表面電解拋光（電化學拋光）：電解拋光液是磷酸、硫酸、鉻酐、明膠、重鉻酸鉀等。不銹鋼橢圓管內(nèi)表面在陽極上，拋光液在和內(nèi)流動通以低電壓大電流而進行電解拋光處理。這時橢圓管內(nèi)表面同時進行著兩個相互矛盾的過程，即金屬表面鈍化層（含稠性粘膜）生成與溶解。由于表面微觀的凸起部分和凹進部分成膜進入鈍化的條件是不同的，又由于陽極溶解。由于表面微觀凸起部分和凹進部分成膜進入鈍 化的條件是不同的，又由于陽極溶解，陽極區(qū)金屬鹽濃度不斷增加，在表面形成一種高電阻的稠性粘膜。該膜在凹凸處厚度不同導致陽極表面電流密度大，尖端放電溶解速度快，在短時間內(nèi)達到削平突出的微觀部分的目的，能達到很高的光潔度Ra≤0.2-0.4μm。并在這種作用下，橢圓管內(nèi)表增加了鉻含量，增加了金屬表面鈍化層的耐腐蝕能力。
  
  如何掌握拋光的質(zhì)量要與電解液配方、濃度、溫度、通電時間、電流密度、電極狀況、橢圓管表面處理程度等有關。技術掌握不好反而會破壞橢圓管表面光潔度，電解程度過大會出現(xiàn)更多更大的凹凸面，甚至條橢圓管報廢，真正制作好質(zhì)量需要一定技術，費用成本較高。
  
  2、橢圓管內(nèi)表面機械拋光：有旋轉(zhuǎn)與直線拋光。這里以旋轉(zhuǎn)機械拋光為例：機械拋光設備較為簡單，動力與拋光盤、高級拋光設備較為簡單，動力與拋光盤、高級拋光蠟。采用逐級細砂粒作的布盤與布盤在橢圓管內(nèi)外表面上來回多次多道進行拋光處理，光潔度能達到Ra≤0.2-0.4μm。
  
  機械拋光與電解拋光相比較具有設備簡單、技術含量低容易掌握，費用成本也低，不會破壞橢圓管而造成報廢，因此廣泛地應用。但表面印化層耐腐蝕能力電解拋光要好的多。
  
  四、衛(wèi)生級無縫不銹鋼橢圓管生產(chǎn)工藝
  
  煉鋼--軋制圓鋼--穿孔--冷拔--冷軋--光亮退火--內(nèi)表面拋光--外表面拋光--檢測驗收--包裝入庫。
  
  本廠生產(chǎn)衛(wèi)生級無縫不銹鋼橢圓管是從冷拔開始。
  
  在生中幾個關鍵設備：
  
  1、冷拔橢圓管機：圓鋼穿孔后稱荒橢圓管，一般荒橢圓管為Ф65*5mm或Ф100*7mm。一般工業(yè)用的衛(wèi)生級不銹鋼橢圓管從Ф14*1mm至Ф200*3mm，這樣需要擴橢圓管與拉小橢圓管，要有冷拔橢圓管機來進行。有時需要幾次擴橢圓管或拉小橢圓管，而又退火（熱處理）與酸洗循環(huán)進行。
  
  冷拔橢圓管機種類、規(guī)格，芯棒種類、規(guī)格很多不作描述。
  
  冷拔的主要優(yōu)點是：生產(chǎn)效率較高；生產(chǎn)中變更產(chǎn)品規(guī)格比較方便，靈活性大；工具的設備和制作以及設備的結構維護比較簡單。
  
  冷拔的主要缺點是：道次變形量小，因此加工道次多，生產(chǎn)周期長；金屬消耗大。橢圓管內(nèi)外表面光潔度差（談不上潔度）。
  
  2、多輥式冷軋橢圓管機：是國內(nèi)制造衛(wèi)生級無縫不銹鋼橢圓管關鍵設備。以冷拔后鋼橢圓管為坯料，冷軋后橢圓管內(nèi)外徑與壁厚尺寸正負小于0.02-0.05mm，橢圓管內(nèi)外表面光潔度Ra≤0.8μm，并可制作到壁厚0.5mm。再經(jīng)拋光處理橢圓管內(nèi)外表面光潔度可達Ra≤0.2-0.4μm（如鏡面）。
  
  多輥式冷軋橢圓管機種類、規(guī)格，芯棒種類、規(guī)格很多不作描述。
  
  冷軋后橢圓管 的缺點是硬態(tài)，也即屈強系數(shù)較大，不宜擴口、彎曲，嚴格地說還是不符合 標準，因此要進行熱固熔處理（退火）。
  
  一般情況不銹鋼橢圓管經(jīng)普通熱固熔處理爐（奶火爐）處理后，橢圓管內(nèi)外表面出現(xiàn)氧化皮需要酸洗，這樣又破壞了原來冷軋后橢圓管的內(nèi)外表面光潔度，出現(xiàn)微小凹凸不平，達不到衛(wèi)生級橢圓管表面光潔度標準。因此要選擇氣體保護光亮退火爐。
  
  3、氣體保護光亮退火爐：有兩部分組成，光亮退火爐爐體與氨分解成套裝置。
  
  光亮退火爐爐體：主要結構由圓形截面馬弗罐，采用兩側(cè)和底部部布置高溫發(fā)熱絲的加熱方法，氨分解氣作為保護氣體和循環(huán)冷卻氣。結構緊湊，操作安全，控制可靠和維修方便，爐溫均勻（溫度可達1150℃），通源損耗低，能充分利用保護氣，冷卻速度快，保證了防止碳化鉻的重新沉淀析出，使所有碳化鉻完全固溶入奧氏體基體內(nèi)，改變了原有冷軋后橢圓管的硬態(tài)與金相組織，真正達到固溶處理的目的。
  
  氨分解成套裝置：利用純凈液氯分解成70%氫氣與30%氨氣，填充入爐體內(nèi)驅(qū)跑空氣（氧氣），盡可能空氣越小。
  
  經(jīng)氣體保護光亮退火爐處理后不銹鋼橢圓管已是軟態(tài)，內(nèi)外表面少有氧化皮，不需要酸洗處理，并保持冷軋后的橢圓管內(nèi)外表面光潔度。
  
  4、橢圓管內(nèi)表面機械拋光機：上已敘述。
  
  5、橢圓管外表面機械拋光機：上已敘述。
  
  五、衛(wèi)生級無縫不銹鋼橢圓管的選購
  
  不銹鋼是少含有50%的鐵和10.5%的鉻，并還加入如鎳、鈦、鉬等，根據(jù)含有休學成分的不同，金屬內(nèi)部的金相組織也不同，這就有馬氏體型、鐵素體型、奧氏體型、雙相、沉淀硬化型不銹鋼等。衛(wèi)生級無縫不銹鋼橢圓管也有不同的材質(zhì)。
  
  一般工業(yè)常用用橢圓管奧氏體型不銹鋼材質(zhì)較多；0Cr19Ni9（USU304）、00Cr19Ni11（USU 304L）、0Cr17Ni12Mo2（USU 316）、00Cr17Ni14Mo2（USU 316L）、1Cr18Ni9Ti（SUS 321）等。要符合GB/T14976-94《流體輸送用不銹鋼無縫鋼橢圓管》的標準，還有對鋼橢圓管內(nèi)外表面光潔度的要求。
  
  選購衛(wèi)生級無縫不銹鋼橢圓管與流體介質(zhì)的種類、濃度、溫度、壓力、流動速度、以及其他因素有關。