在軋件變形之前,要對不銹鋼管坯進(jìn)行加熱,其目的在提高鋼的塑性、降低變形抗力及改善金屬內(nèi)部組織和性能,以便于軋制加工。這就是說,一般要將不銹鋼加熱到奧氏體單相固溶體組織的溫度范圍內(nèi),并使有較高的溫度和足夠的時間以均勻組織及溶解碳化物,從而得到塑性高、變形抗力低、加工性能好的組織。實驗表明,管坯不加熱或加熱不當(dāng)是無法正常實現(xiàn)斜軋穿孔過程的。因為這樣無法避免斜軋穿孔時管坯中心在頂頭前預(yù)先形成孔腔,以及無法建立斜軋穿孔時為實現(xiàn)管坯咬入所需的變形區(qū)內(nèi)軸向力平衡條件。一般為了更好地降低變形抗力和提高塑性,加工溫度應(yīng)盡量高一些好。但是高溫及不正確的加熱制度可能引起鋼的強(qiáng)烈氧化、脫碳、過熱、過燒等缺陷,降低不銹鋼的質(zhì)量,導(dǎo)致廢品。因此,不銹鋼管的加熱溫度主要應(yīng)根據(jù)各種鋼的特性和壓力加工工藝要求,從保證鋼管質(zhì)量和產(chǎn)量出發(fā)進(jìn)行確定。
對不銹管坯加熱有三個基本要求:
1. 溫度準(zhǔn)確,保證穿孔過程在該管坯鋼的可穿性最好的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行;
2. 加熱均勻,不銹管坯沿縱向和橫向溫差小,內(nèi)外溫差應(yīng)不大于30℃;
3. 燒損少,不銹管坯在加熱過程中不產(chǎn)生有害的組織和化學(xué)成分變化(如過熱、過燒、脫碳、增碳等),以確保生產(chǎn)過程正常進(jìn)行和鋼管成品的性能合格。
上述要求是保證不銹鋼管質(zhì)量和穿孔及斜軋擴(kuò)徑過程正常所必需的,對于高合金鋼和重要用途的鋼管用管,這種要求尤為重要,也更為嚴(yán)格。但是,并不是所用的鋼種都采用同一加熱制度,因此在熱軋不銹鋼管生產(chǎn)中,對管坯加熱質(zhì)量的三個基本要求必須給予充分重視。
不銹鋼管工業(yè)生產(chǎn)中采用過的管坯加熱爐有:斜底式加熱爐、分段快速加熱爐、環(huán)形轉(zhuǎn)底式加熱爐和步進(jìn)梁式加熱爐。斜底式加熱爐由于是人工翻撥料,爐門常打開,爐子負(fù)壓操作,因而勞動強(qiáng)度大、燒損嚴(yán)重、燃料消耗大,故屬被淘汰的爐型。分段快速加熱爐的燃料消耗大、維修保養(yǎng)費(fèi)用高、爐子在車間的布置也難以處理,因而並未獲得廣泛應(yīng)用。目前圓管坯加熱以環(huán)形轉(zhuǎn)底式加熱爐應(yīng)用最廣,步進(jìn)式圓管坯加熱爐國內(nèi)外個別廠家也有使用的。
至今為止,我國鋼管生產(chǎn)大多采用環(huán)形加熱爐加熱圓管坯,這是因為與其他爐型相比,環(huán)形爐具有下列優(yōu)點:
1. 環(huán)形爐最適合于加熱圓形管坯,并能適應(yīng)多種不同直徑和長度的復(fù)雜坯料,易于按管坯規(guī)格變化調(diào)整加熱制度;
2. 不銹鋼管坯在爐底上間隔放置,管坯能三面受熱,加熱時間短,溫度較均勻,加熱質(zhì)量好;
3. 不銹鋼管坯在加熱過程中隨爐底一起轉(zhuǎn)動,與爐底之間無相對運(yùn)動和摩擦,氧化鐵皮不易脫落,爐子除裝、出料爐門外無其他開口,爐子嚴(yán)密性好,冷空氣吸入少,因而氧化燒損較少;
4. 爐內(nèi)管坯可以出空也可以留出不裝料的空底段,便于更換管坯規(guī)格,操作調(diào)度靈活;
5. 裝料、出料和爐內(nèi)運(yùn)送都能自動進(jìn)行,管坯從入爐至出爐的全過程可采用計算機(jī)程序控制,操作的機(jī)械化和自動化程度高。
環(huán)形加熱爐的缺點是:爐子占用車間面積較大;管坯在爐底上呈輻射狀間隔布料,爐底面積的利用較差,表現(xiàn)為單位爐底面積的產(chǎn)量較低;爐子結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維修困難,造價高。
根據(jù)不銹鋼鋼的化學(xué)成分以及有關(guān)性能,對被加熱的不銹鋼管坯在加熱爐內(nèi)所規(guī)定的一整套加熱工藝參數(shù)的總稱,稱為管坯的加熱制度。管坯加熱制度是指對管坯加熱的基本工藝參數(shù)規(guī)范,它所包括的基本工藝參數(shù)包括:加熱溫度、加熱時間、加熱速度、斷面允許溫差、爐膛壓力等。金屬加熱制度的選擇,應(yīng)綜合考慮爐型、爐子生產(chǎn)率、金屬的性質(zhì)、壞料的尺寸與形狀、壞料在爐內(nèi)的步料方式、工藝過程的要求等。
通常,不銹鋼管坯加熱溫度是指管坯出爐時的表面溫度,對于不同的金屬性質(zhì)、熱加工方式、坯料尺寸等,通常要求不同的金屬的加熱溫度。最合適的金屬的加熱溫度,應(yīng)使金屬獲得最好的塑性和最小的變形抗力。一般來講,對碳鋼和低合金鋼可以參照鐵碳平衡相圖確定加熱溫度,考慮到過熱、過燒、氧化鐵皮熔化等原因,通常加熱溫度上限比理論過燒溫度(鐵碳平衡相圖中的固相線)要低100~150℃;對高合金鋼是通過做專門實驗來確定塑性與溫度之間的關(guān)系,從而確定最合適的加熱溫度。軋件在穿孔、斜軋擴(kuò)管時,溫度會有所升高,所以管坯加熱溫度要適當(dāng)?shù)鸵恍?,否則已加熱到接近過熱的溫度管坯,在穿孔、斜軋擴(kuò)徑時就會造成破裂。加熱溫度也要考慮坯料尺寸的影響,坯料尺寸較大時,因咬入困難和終軋溫度低,要提高加熱溫度的下限值;對較小尺寸的坯料,加熱溫度可以稍低一些。
加熱速度是指金屬表面的升溫速度(℃/h)或者指將單位厚度的金屬加熱到工藝要求的溫度所需的時間(min/cm).在加熱初期,適當(dāng)限制加熱速度以減小溫度應(yīng)力,加熱速度越快,表面與中心的溫度差越大,溫度應(yīng)力越大,這種應(yīng)力可能超過金屬的強(qiáng)度極限,造成金屬破裂;對于低碳鋼等塑性好的金屬溫度在500~600℃以上時,可以不考慮溫度應(yīng)力的影響;對尺寸較大的高碳鋼和合金鋼的加熱速度不宜過快。在加熱末期,需要保溫均熱,以減小坯料內(nèi)外溫差,限制加熱末期的加熱速度,合理的加熱速度控制方案是在比較快的速度加熱后,再降低加熱速度或執(zhí)行均熱,以求得內(nèi)外溫度均勻。另外,要通過限制爐溫將速度加熱限制在一定范圍內(nèi),因為爐溫過高,會導(dǎo)致金屬表面溫度波動較大以及在待軋時會造成嚴(yán)重的氧化、脫碳、過熱、過燒缺陷。
金屬的加熱時間是指金屬在爐內(nèi)加熱至軋制工藝所要求的溫度時所必需的最少時間。由于它受許多因素影響,要精確地確定加熱時間是比較困難的。影響金屬的加熱時間的因素有以下幾個方面:
1. 金屬性質(zhì)對影響金屬加熱時間的影響,對于導(dǎo)熱性能差、塑性差的高碳鋼和合金鋼(如硅鋼)要求加熱時間要長,對于導(dǎo)熱性能好、塑性好的低碳鋼所需的加熱時間就短得多;
2. 坯料尺寸對加熱時間的影響,不銹鋼管的斷面尺寸越大,加熱時間越長,鋼管的斷面相同而長度不同時,加熱時間隨鋼管長度不同而不同;
3. 不銹鋼管的加熱方式不同,所需的加熱時間也不一樣,坯料間距增大,加熱時間減少;
4. 不銹鋼管熱裝爐能減少加熱時間;
5. 爐子溫度對加熱時間的影響,爐子溫度是最主要的影響加熱時間的因素,由于傳給坯料的熱量與爐子和坯料之間的溫度差關(guān)系密切,此溫度差越大,傳給坯料的熱量就越多,加熱速度就越快,加熱時間就越短。
在實際生產(chǎn)中,要注意協(xié)調(diào)好加熱出料節(jié)奏與軋機(jī)軋制節(jié)奏的關(guān)系,兩者要一致。鋼的加熱時間直接影響加熱爐的產(chǎn)量和質(zhì)量,加熱時間過長就會造成過熱、過燒、脫碳、過度氧化等加熱缺陷;加熱時間過短,則會使加熱不均勻,導(dǎo)致變形抗力增大、塑性降低、軋機(jī)調(diào)整困難等,將直接影響產(chǎn)品的尺寸精度。