在軋件變形之前,要對不銹鋼管坯進行加熱,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,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是無法正常實現斜軋穿孔過程的。因為這樣無法避免斜軋穿孔時管坯中心在頂頭前預先形成孔腔,以及無法建立斜軋穿孔時為實現管坯咬入所需的變形區內軸向力平衡條件。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烈氧化、脫碳、過熱、過燒等缺陷,降低不銹鋼的質量,導致廢品。因此,不銹鋼管的加熱溫度主要應根據各種鋼的特性和壓力加工工藝要求,從保證鋼管質量和產量出發進行確定。
對不銹管坯加熱有三個基本要求:
1. 溫度準確,保證穿孔過程在該管坯鋼的可穿性最好的溫度范圍內進行;
2. 加熱均勻,不銹管坯沿縱向和橫向溫差小,內外溫差應不大于30℃;
3. 燒損少,不銹管坯在加熱過程中不產生有害的組織和化學成分變化(如過熱、過燒、脫碳、增碳等),以確保生產過程正常進行和鋼管成品的性能合格。
上述要求是保證不銹鋼管質量和穿孔及斜軋擴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中,對管坯加熱質量的三個基本要求必須給予充分重視。
不銹鋼管工業生產中采用過的管坯加熱爐有:斜底式加熱爐、分段快速加熱爐、環形轉底式加熱爐和步進梁式加熱爐。斜底式加熱爐由于是人工翻撥料,爐門常打開,爐子負壓操作,因而勞動強度大、燒損嚴重、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、維修保養費用高、爐子在車間的布置也難以處理,因而並未獲得廣泛應用。目前圓管坯加熱以環形轉底式加熱爐應用最廣,步進式圓管坯加熱爐國內外個別廠家也有使用的。
至今為止,我國鋼管生產大多采用環形加熱爐加熱圓管坯,這是因為與其他爐型相比,環形爐具有下列優點:
1. 環形爐最適合于加熱圓形管坯,并能適應多種不同直徑和長度的復雜坯料,易于按管坯規格變化調整加熱制度;
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,加熱質量好;
3. 不銹鋼管坯在加熱過程中隨爐底一起轉動,與爐底之間無相對運動和摩擦,氧化鐵皮不易脫落,爐子除裝、出料爐門外無其他開口,爐子嚴密性好,冷空氣吸入少,因而氧化燒損較少;
4. 爐內管坯可以出空也可以留出不裝料的空底段,便于更換管坯規格,操作調度靈活;
5. 裝料、出料和爐內運送都能自動進行,管坯從入爐至出爐的全過程可采用計算機程序控制,操作的機械化和自動化程度高。
環形加熱爐的缺點是: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,表現為單位爐底面積的產量較低;爐子結構復雜,維修困難,造價高。
根據不銹鋼鋼的化學成分以及有關性能,對被加熱的不銹鋼管坯在加熱爐內所規定的一整套加熱工藝參數的總稱,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規范,它所包括的基本工藝參數包括: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,應綜合考慮爐型、爐子生產率、金屬的性質、壞料的尺寸與形狀、壞料在爐內的步料方式、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、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系,從而確定最合適的加熱溫度。軋件在穿孔、斜軋擴管時,溫度會有所升高,所以管坯加熱溫度要適當低一些,否則已加熱到接近過熱的溫度管坯,在穿孔、斜軋擴徑時就會造成破裂。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,適當限制加熱速度以減小溫度應力,加熱速度越快,表面與中心的溫度差越大,溫度應力越大,這種應力可能超過金屬的強度極限,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行均熱,以求得內外溫度均勻。另外,要通過限制爐溫將速度加熱限制在一定范圍內,因為爐溫過高,會導致金屬表面溫度波動較大以及在待軋時會造成嚴重的氧化、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. 金屬性質對影響金屬加熱時間的影響,對于導熱性能差、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。
在實際生產中,要注意協調好加熱出料節奏與軋機軋制節奏的關系,兩者要一致。鋼的加熱時間直接影響加熱爐的產量和質量,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,導致變形抗力增大、塑性降低、軋機調整困難等,將直接影響產品的尺寸精度。