衛生級(食品級)不銹鋼管的生產與應用
  
 內容摘要：

不銹鋼管隨著國民經濟建設不斷地發展，各工業行業使用衛生級(食品級)無縫不銹鋼管越來越廣。通過對不銹表面鈍化層耐腐蝕能力分析，并結合本公司生產小型衛生級無縫不銹鋼管的工藝與設備應用，生產出高質量的鋼管，滿足工業流體管的需求，填補國內空白，替代進口。

衛生級(食品級)無縫不銹鋼管在制藥、食品、啤酒、飲用水、生物工程、化學工程、空氣凈化、航空、核工業等國民經濟建設多領域多行業上廣泛地應用，每年有大量的進口。這里介紹本廠生產衛生級(食品級)無縫不銹鋼管的工藝與設備、管的性能與質量。此管屬于國內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，從而確定不銹鋼管內外表面耐腐蝕能力。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。

    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/緊隨著發生電化學腐蝕，會出現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；并與不銹鋼管內表面處理及使用流體介質有關。

二、不銹鋼管表面腐蝕情況

    1、在含Ci-介質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，在材料表面產生無規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，使電墊能減弱，鈍化層耐腐蝕能力下降。當與介質中Ci-等腐蝕介質接觸時，就會引起微電池腐蝕。雖然腐蝕僅在晶粒表面，但卻迅速深入內部形成晶間腐蝕。特別不銹鋼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。產生應力腐蝕裂紋破破壞的環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生的殘余應力的組合。

三、不銹鋼管內外表面處理與耐腐蝕關系

    不銹鋼管內外表面（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。內外表面光潔度高，介質粘附很少有利于耐腐蝕。管內表面光潔度高液體介質滯留越少，有利于沖洗，特別在制藥行業。

    1、管內表面電解拋光（電化學拋光）：電解拋光液是磷酸、硫酸、鉻酐、明膠、重鉻酸鉀等。不銹鋼管內表面在陽極上，拋光液在和內流動通以低電壓大電流而進行電解拋光處理。這時管內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，管內表增加了鉻含量，增加了金屬表面鈍化層的耐腐蝕能力。

    如何掌握拋光的質量要與電解液配方、濃度、溫度、通電時間、電流密度、電極狀況、管表面處理程度等有關。技術掌握不好反而會破壞管表面光潔度，電解程度過大會出現更多更大的凹凸面，甚至條管報廢，真正制作好質量需要一定技術，費用成本較高。

    2、管內表面機械拋光：有旋轉與直線拋光。這里以旋轉機械拋光為例：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管內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、衛生級無縫不銹鋼管生產工藝

    煉鋼--軋制圓鋼--穿孔--冷拔--冷軋--光亮退火--內表面拋光--外表面拋光--檢測驗收--包裝入庫。

    本廠生產衛生級無縫不銹鋼管是從冷拔開始。

在生中幾個關鍵設備：

1、冷拔管機：圓鋼穿孔后稱荒管，一般荒管為Ф65*5mm或Ф100*7mm。一般工業用的衛生級不銹鋼管從Ф14*1mm至Ф200*3mm，這樣需要擴管與拉小管，要有冷拔管機來進行。有時需要幾次擴管或拉小管，而又退火（熱處理）與酸洗循環進行。

    冷拔管機種類、規格，芯棒種類、規格很多不作描述。

    冷拔的主要優點是：生產效率較高；生產中變更產品規格比較方便，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，生產周期長；金屬消耗大。管內外表面光潔度差（談不上潔度）。

   2、多輥式冷軋管機：是國內制造衛生級無縫不銹鋼管關鍵設備。以冷拔后鋼管為坯料，冷軋后管內外徑與壁厚尺寸正負小于0.02-0.05mm，管內外表面光潔度Ra≤0.8μm，并可制作到壁厚0.5mm。再經拋光處理管內外表面光潔度可達Ra≤0.2-0.4μm（如鏡面）。

    多輥式冷軋管機種類、規格，芯棒種類、規格很多不作描述。

    冷軋后管最大的缺點是硬態，也即屈強系數較大，不宜擴口、彎曲，嚴格地說還是不符合國家標準，因此要進行熱固熔處理（退火）。

    一般情況不銹鋼管經普通熱固熔處理爐（奶火爐）處理后，管內外表面出現氧化皮需要酸洗，這樣又破壞了原來冷軋后管的內外表面光潔度，出現微小凹凸不平，達不到衛生級管表面光潔度標準。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，采用兩側和底部部布置高溫發熱絲的加熱方法，氨分解氣作為保護氣體和循環冷卻氣。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，改變了原有冷軋后管的硬態與金相組織，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，填充入爐體內驅跑空氣（氧氣），盡可能空氣越小。

    經氣體保護光亮退火爐處理后不銹鋼管已是軟態，內外表面少有氧化皮，不需要酸洗處理，并保持冷軋后的管內外表面光潔度。

    4、管內表面機械拋光機：上已敘述。

5、管外表面機械拋光機：上已敘述。

五、衛生級無縫不銹鋼管的選購

    不銹鋼是少含有50%的鐵和10.5%的鉻，并還加入如鎳、鈦、鉬等，根據含有休學成分的不同，金屬內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。衛生級無縫不銹鋼管也有不同的材質。

    一般工業常用用管奧氏體型不銹鋼材質較多；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管》的標準，還有對鋼管內外表面光潔度的要求。

    選購衛生級無縫不銹鋼管與流體介質的種類、濃度、溫度、壓力、流動速度、以及其他因素有關。