光热发电用不锈钢管生产方法
【专利摘要】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。
【专利说明】光热发电用不锈钢管生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光热发电用不锈钢管生产方法。
【背景技术】
[0002]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°C左右，工作压力在IOMPa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①70X (1.5~4.5)mm。
[0003]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.r0.3mm ；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
0.1^0.8 u nio
[0004]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】
[0005]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。
[0006]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%)。
[0007]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+A0D+LF炉冶炼，径锻后车光至O 219 ± 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% ；
将还料分段锯切至600~850mm,深孔钻加工<1>40~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°C，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°C，保温时间I~3min，加热功率600~650kW，保温功率≤200kff ；
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OIOOmm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°C，保温时间为I~3min，加热功率为600~650kW，保温功率≤200kff ； ⑥热挤压热挤压采用0108X7?O 108X IOmm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OlOSmm轧制到076mm，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?Imm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°C，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:
70.3-2X (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°C，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°C)，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。
[0008]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0.2pm以下，达到了镜面效果。
[0009]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。
[0010]所述玻璃粉润滑过程中，熔融态的玻璃粉的温度为1100?1250°C。
[0011 ] 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、I道次精抛、布轮抛光打蜡工序，钢管表面光洁度达到0.2 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，I道次精抛采用600目千叶轮。
[0012]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。[0013]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为工模具的配备及使用状态示意图。
[0015]图中I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】
[0016]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。
[0017]实施例1:
供皇明太阳能集团O70X4mm (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:<I u m ;内壁粗糙度:< 6.3 ii m ;
(5)壁厚均匀度:±0.1mm ；
(6)长度:2300±5mm；
1.2生产工艺
0219 (热挤压)一108X10 (冷轧)一0 76X5 (冷拔)一O 70.3 X 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+A0D+LF炉冶炼，径锻后车光至O 219mm。成分如下:
材质 |c [Si [Mn Ip Is [Cr [Ni —
304 |0.04% |0.41% 11.58% |0.020% |0.001% |l8.12% 丨8.11°~
还料准备选用一支705mm还料，中心通孔为①仙臟；
(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 °C，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°C，内表温度1147°C ；
玻璃粉润滑坯料内、外壁使用1100~1250°C熔融态玻璃粉进行润滑；
扩孔使用O IOOmm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°C，内表温度1178°C ；
热挤压热挤压采用O 108 X IOmm的热挤压工模具，断面收缩率为90.9%，挤压后28s内完成固溶。[0018]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。
[0019]热挤压后钢管的外径尺寸为108.5_，壁厚为9.8mm0挤压后依次经矫直、酸洗、修磨。
[0020](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OlOSmm轧制到076mm，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%。
[0021]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°C，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。
[0022]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7`0.3mm ;根据成品壁厚要求，选用61.9mm内模。断面收缩率为21.3%o
[0023]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°C，保温时间20min的退火工艺，实测炉温为1013~1018°C之间； 经矫直、酸洗、锯切后即为成品，锯切长度为2300_ ；
(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0.10~0.15iim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。
[0024]实施例2:
供北京有色金属研究院O70X2mm (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:<0.5 ii m ;内壁粗糙度:< 6.3 ii m ;
(5)壁厚均匀度:±0.1mm ；
(6)长度:4000±5mm 1.2生产工艺
0219 (热挤压)-108X8 (冷轧)-076X2.5 (冷拔)-070.3X2.2 —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O 219mm。成分如下:
【权利要求】
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O 219 ± 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% ； 将还料分段锯切至600~850mm,深孔钻加工<1>40~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°C，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°C，保温时间为I~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OIOOmm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°C，保温时间为I~3min，加热功率为600~650kW，保温功率≤200kw ； ⑥热挤压:热挤压采用0108X7~O108X IOmm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~IOmm,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OlOSmm轧制到076mm，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°C，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: 70.3-2X (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°C，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0.2pm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2.5~5_，保证成品冷拔减壁量控制在0.5~Imm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°C。
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、I道次精抛、布轮抛光打蜡工序，钢管表面光洁度达到0.2 ii m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，I道次精抛采用600目千叶轮。
【文档编号】B21C37/30GK103769433SQ201410003787
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2014年1月6日
【发明者】聂飞, 康喜唐, 侯楠, 梁祥祥, 李鹏, 付俊生, 张琳, 张晓
申请人:山西太钢不锈钢股份有限公司