隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷地發(fā)展，各工業(yè)行業(yè)使用衛(wèi)生級(jí)(食品級(jí))無縫不銹鋼管越來越廣。通過對(duì)不銹表面鈍化層耐腐蝕能力分析，并結(jié)合本公司生產(chǎn)小型衛(wèi)生級(jí)無縫不銹鋼管的工藝與設(shè)備應(yīng)用，生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼管，滿足工業(yè)流體管的需求，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，替代進(jìn)口。
關(guān)鍵詞：表面鈍化層耐腐蝕能力生產(chǎn)工藝與設(shè)備管內(nèi)外表面光潔度
衛(wèi)生級(jí)(食品級(jí))無縫不銹鋼管在制藥、食品、啤酒、飲用水、生物工程、化學(xué)工程、空氣凈化、航空、核工業(yè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)多領(lǐng)域多行業(yè)上廣泛地應(yīng)用，每年有大量的進(jìn)口。這里介紹本廠生產(chǎn)衛(wèi)生級(jí)(食品級(jí))無縫不銹鋼管的工藝與設(shè)備、管的性能與質(zhì)量。此管屬于國(guó)內(nèi)最先進(jìn)最精密水平已廣泛應(yīng)用，并出口國(guó)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(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(rèn)。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(xué)狀態(tài)。
用AES和XPS探測(cè)儀對(duì)機(jī)械拋光的已暴露在大氣中316不銹鋼表面進(jìn)行掃描的結(jié)果表明，對(duì)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(guān)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?yàn)楦汇t鈍化層具有保護(hù)性能的結(jié)果，鈍化層通常為3-5nm厚，或相當(dāng)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(yīng)過程中形成的，如果鈍化層遭破壞，又會(huì)迅速形成新的鈍化層和/緊隨著發(fā)生電化學(xué)腐蝕，會(huì)出現(xiàn)不銹鋼深層點(diǎn)蝕及晶間腐蝕。鈍化層耐腐蝕能力與不銹鋼中所含化學(xué)成分含量有關(guān)，如高鉻、加鎳與鉬等都能提高鈍 化層結(jié)合能電勢(shì)，加強(qiáng)鈍化層耐腐蝕能力；并與不銹鋼管內(nèi)表面處理及使用流體介質(zhì)有關(guān)。
二、不銹鋼管表面腐蝕情況
1、在含Ci-介質(zhì)中不銹鋼表面鈍化層容易被破壞，這是因?yàn)镃i-氧化電勢(shì)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(xì)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(diǎn)蝕。點(diǎn)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(shí)不銹鋼表面鈍經(jīng)層容易被破壞。制造和焊接時(shí)加熱溫度和加熱速度在不銹鋼敏化溫度區(qū)域（約425-815℃）時(shí)，材料中過飽和碳就會(huì)在晶粒邊界首先析出，并與鉻結(jié)合形成碳化鉻Cr23C6，此時(shí)碳在奧氏體內(nèi)的擴(kuò)散速度比鉻擴(kuò)散速度大，鉻來不及補(bǔ)充晶界由于形成碳化鉻而損失的鉻，結(jié)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(dāng)與介質(zhì)中Ci-等腐蝕介質(zhì)接觸時(shí)，就會(huì)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。特別不銹鋼管在焊接處理部位較為明顯。
3、應(yīng)力腐蝕裂紋：是靜應(yīng)力和導(dǎo)致裂紋與金屬脆化的腐蝕共同的作用。產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋破破壞的環(huán)境通常是相當(dāng)復(fù)雜的。不僅是拉伸應(yīng)力，而這種應(yīng)力和由于制作、焊接、或熱處理在金屬中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的組合。
三、不銹鋼管內(nèi)外表面處理與耐腐蝕關(guān)系
不銹鋼管內(nèi)外表面（特別如電解拋光、機(jī)械拋光后）具有良好的鈍化層，耐腐蝕能力較強(qiáng)。內(nèi)外表面光潔度高，介質(zhì)粘附很少有利于耐腐蝕。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、管內(nèi)表面電解拋光（電化學(xué)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(nèi)表面在陽(yáng)極上，拋光液在和內(nèi)流動(dòng)通以低電壓大電流而進(jìn)行電解拋光處理。這時(shí)管內(nèi)表面同時(shí)進(jìn)行著兩個(gè)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(jìn)部分成膜進(jìn)入鈍化的條件是不同的，又由于陽(yáng)極溶解。由于表面微觀凸起部分和凹進(jìn)部分成膜進(jìn)入鈍 化的條件是不同的，又由于陽(yáng)極溶解，陽(yáng)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(dǎo)致陽(yáng)極表面電流密度大，尖端放電溶解速度快，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到削平突出的微觀部分的目的，能達(dá)到很高的光潔度Ra≤0.2-0.4μm。并在這種作用下，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(shí)間、電流密度、電極狀況、管表面處理程度等有關(guān)。技術(shù)掌握不好反而會(huì)破壞管表面光潔度，電解程度過大會(huì)出現(xiàn)更多更大的凹凸面，甚至條管報(bào)廢，真正制作好質(zhì)量需要一定技術(shù)，費(fèi)用成本較高。
2、管內(nèi)表面機(jī)械拋光：有旋轉(zhuǎn)與直線拋光。這里以旋轉(zhuǎn)機(jī)械拋光為例：機(jī)械拋光設(shè)備較為簡(jiǎn)單，動(dòng)力與拋光盤、高級(jí)拋光設(shè)備較為簡(jiǎn)單，動(dòng)力與拋光盤、高級(jí)拋光蠟。采用逐級(jí)細(xì)砂粒作的布盤與布盤在管內(nèi)外表面上來回多次多道進(jìn)行拋光處理，光潔度能達(dá)到Ra≤0.2-0.4μm。
機(jī)械拋光與電解拋光相比較具有設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)含量低容易掌握，費(fèi)用成本也低，不會(huì)破壞管而造成報(bào)廢，因此廣泛地應(yīng)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(jí)無縫不銹鋼管生產(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(cè)驗(yàn)收--包裝入庫(kù)。
本廠生產(chǎn)衛(wèi)生級(jí)無縫不銹鋼管是從冷拔開始。
在生中幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)備：
1、冷拔管機(jī)：圓鋼穿孔后稱荒管，一般荒管為Ф65*5mm或Ф100*7mm。一般工業(yè)用的衛(wèi)生級(jí)不銹鋼管從Ф14*1mm至Ф200*3mm，這樣需要擴(kuò)管與拉小管，要有冷拔管機(jī)來進(jìn)行。有時(shí)需要幾次擴(kuò)管或拉小管，而又退火（熱處理）與酸洗循環(huán)進(jìn)行。
冷拔管機(jī)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(diǎn)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(shè)備和制作以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)維護(hù)比較簡(jiǎn)單。
冷拔的主要缺點(diǎn)是：道次變形量小，因此加工道次多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)；金屬消耗大。管內(nèi)外表面光潔度差（談不上潔度）。
2、多輥式冷軋管機(jī)：是國(guó)內(nèi)制造衛(wèi)生級(jí)無縫不銹鋼管關(guān)鍵設(shè)備。以冷拔后鋼管為坯料，冷軋后管內(nèi)外徑與壁厚尺寸正負(fù)小于0.02-0.05mm，管內(nèi)外表面光潔度Ra≤0.8μm，并可制作到壁厚0.5mm。再經(jīng)拋光處理管內(nèi)外表面光潔度可達(dá)Ra≤0.2-0.4μm（如鏡面）。
多輥式冷軋管機(jī)種類、規(guī)格，芯棒種類、規(guī)格很多不作描述。
冷軋后管最大的缺點(diǎn)是硬態(tài)，也即屈強(qiáng)系數(shù)較大，不宜擴(kuò)口、彎曲，嚴(yán)格地說還是不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此要進(jìn)行熱固熔處理（退火）。
一般情況不銹鋼管經(jīng)普通熱固熔處理爐（奶火爐）處理后，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管的內(nèi)外表面光潔度，出現(xiàn)微小凹凸不平，達(dá)不到衛(wèi)生級(jí)管表面光潔度標(biāo)準(zhǔn)。因此要選擇氣體保護(hù)光亮退火爐。
3、氣體保護(hù)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(jié)構(gòu)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(hù)氣體和循環(huán)冷卻氣。結(jié)構(gòu)緊湊，操作安全，控制可靠和維修方便，爐溫均勻（溫度可達(dá)1150℃），通源損耗低，能充分利用保護(hù)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)，改變了原有冷軋后管的硬態(tài)與金相組織，真正達(dá)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(hù)光亮退火爐處理后不銹鋼管已是軟態(tài)，內(nèi)外表面少有氧化皮，不需要酸洗處理，并保持冷軋后的管內(nèi)外表面光潔度。
4、管內(nèi)表面機(jī)械拋光機(jī)：上已敘述。
5、管外表面機(jī)械拋光機(jī)：上已敘述。
五、衛(wèi)生級(jí)無縫不銹鋼管的選購(gòu)
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(xué)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(jí)無縫不銹鋼管也有不同的材質(zhì)。
一般工業(yè)常用用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管》的標(biāo)準(zhǔn)，還有對(duì)鋼管內(nèi)外表面光潔度的要求。
選購(gòu)衛(wèi)生級(jí)無縫不銹鋼管與流體介質(zhì)的種類、濃度、溫度、壓力、流動(dòng)速度、以及其他因素有關(guān)。
