超软不锈钢管的制备方法与流程

本发明涉及超软不锈钢，尤其是涉及一种超软不锈钢管的制备方法。

背景技术：

1、中国制冷学会统计数据显示，我国空调产品占全球产量80％以上，冰箱冰柜占比高达50％，汽车空调超过30％。蒸发器和冷凝器是空调、冰箱等制冷设备的重要组成部件，其性能的好坏直接影响整个制冷系统。

2、铜管由于良好的加工性能和导热性能，被广泛应用到制冷行业。但铜管耐高压特性差，长期使用会影响制冷效果；容易发生腐蚀，导致制冷剂泄漏，危害人身安全；铜的价格波动较大，成本较高。

3、不锈钢价格便宜，耐压性较好，用不锈钢材料制成蒸发器和冷凝器可以显著降低生产成本。但常见的不锈钢材料的强度和硬度较大，韧性较低，不易于弯曲成形，使用寿命低。

技术实现思路

1、本发明的发明目的是为了克服不锈钢硬度较高，不易进行形变加工，且在大变形区容易出现裂纹，使用寿命低的不足，提供了一种超软不锈钢管的制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种超软不锈钢管的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1，熔炼：

5、将用于制成超软不锈钢管的各成分按照质量百分比称重，采用“真空感应熔炼+真空自耗重熔”熔炼；

6、步骤2，连铸连轧：

7、将熔炼得到的钢水注入连铸机中制成扁钢坯，并在均热炉中进行多道热轧，得到钢板；

8、热轧可以使铸造态的粗大晶粒破碎，愈合裂纹，消除铸造缺陷，改善金属的塑性和力学性能；

9、步骤3，酸洗：

10、将钢板放入酸洗液中酸洗；

11、其中，酸洗液为：硫酸+硝酸，酸洗液中的硫酸根离子浓度为150g/l-350g/l，酸洗液中的硝酸根离子浓度为30g/l-50g/l，酸洗液的温度控制在75℃-85℃；

12、步骤4，冷轧：

13、对酸洗后的钢板进行冷轧，得到钢板材；

14、本发明的硬度以及抗拉强度低，轧制大变形不会产生较大的加工硬化，并且可以节约成形成本。

15、步骤5，切割：

16、利用分割机将钢板材分割成钢卷；

17、步骤6，弯曲：

18、将每条钢卷穿过多级成型辊，使所述钢卷成型为配管；

19、步骤7，焊接：

20、利用激光焊接机对配管的对接缝进行焊接，得到圆管；

21、激光束与焊接方向夹角为45°，焊接速度为5mm/s，束斑为1mm，起弧电流为80-100a，收弧电流为130-150a；起弧电流不易过高，防止将配管焊穿。

22、本发明中激光焊采用惰性气体保护，可以减少氧化亚铁、二氧化硅等夹杂物的产生，提高焊接稳定性；焊后热影响区较窄，对组织的影响较小；通过调控激光焊接电流和焊接速度，可以减少气孔的产生。

23、步骤8，拉拔：

24、利用拉拔器对圆管进行高频感应加热，对圆管施加压力进行拉拔，使圆管直径减小，管壁厚度变薄；

25、将圆管加热，可提高圆管的变形能力，减少残余应力。

26、步骤9，热处理：

27、将若干条圆管放入氢气+氩气的保护气氛炉中进行退火，第一级退火温度为960℃-1000℃，保温8min-12min；第二级退火温度为1080℃-1120℃，保温3min-5min，然后，对各条圆管进行水冷处理。

28、本发明中采用拉拔+分级退火工艺，拉拔可以调控焊缝组织，改善焊缝性能，第一级退火可以使超软不锈钢管组织发生再结晶，消除激光焊接过程中发生的晶粒粗大以及拉拔过程中的晶粒变形，提高超软不锈钢管的性能。第二级退火可以使晶粒发生长大，控制晶粒的大小，降低材料的强度和硬度。

29、作为优选，所述超软不锈钢管由碳c，氮n，硅si，锰mn，铬cr，镍ni，钼mo，铜cu、钛ti，铌nb，钒v和铁fe组成；超软不锈钢管中的各成分的质量百分比如下：c：0.005％-0.02％，n：0.05％-0.2％，si：0.01％-0.1％，mn：1％-7％，cr：16％-20％，ni：8％-14％，mo：0.5％-3.0％，cu：1％-6％，ti：0.005％-0.015％，nb：0.01％-0.25％，v：0.03％-0.3％，余量为铁；

30、其中，超软不锈钢管中的ni当量nieq≥26.5；

31、nieq＝ni+12.93c+1.11mn+0.72cr-0.27si+0.53cu+

32、7.55n-0.24ti+0.19nb+0.9v+0.88mo；

33、超软不锈钢管中的堆垛层错成形性指数sfi≥30；

34、sfi＝2.2ni+6cu-1.1cr-13si-1.2mn+32。

35、本发明的碳原子通过固溶强化显著增加钢的抗拉强度和耐磨性。碳原子不易过多，过多易在晶界处形成碳化物夹渣，造成贫铬区，导致晶界腐蚀严重，降低材料的耐腐蚀性能。

36、本发明的氮元素可以提高奥氏体的稳定性，扩大奥氏体的相区，降低钢中金属间化合物的析出。氮元素可以降低铬的扩散系数且阻碍碳化物在晶界的形核与长大。

37、本发明的硅在熔炼奥氏体不锈钢时作为一种脱氧剂，起到控制氧含量的作用。

38、本发明的锰是稳定奥氏体的元素，锰添加到钢中可以提高其淬透性。可以降低材料成本，提高ni当量，并且屈服强度、加工硬化程度降低。

39、本发明的铬可在不锈钢表面形成一层致密的cr2o3，增强钢的耐蚀能力，不影响钢的力学性能。

40、本发明的镍是稳固奥氏体的元素，还能加大奥氏体的相区。镍元素可以降低马氏体转变温度，并且钢可以在较低的温度下也不发生马氏体转变。镍元素显著降低奥氏体不锈钢的冷成形硬化倾向，确保钢优异的强韧性、切削性能和焊接性。此外，镍还使奥氏体不锈钢无磁化，扩大其使用范围。

41、本发明的铜可以扩大奥氏体相区，改变ni当量和层错能，抑制奥氏体不锈钢诱发马氏体相变，进而起到软化作用。铜可以在腐蚀部位形成金属沉积而抑制阳极溶解，降低氯离子的侵蚀，提高耐蚀性。

42、本发明的钼可溶于基体可以提高材料的耐腐蚀性能以及耐点蚀当量数，使钢在耐点蚀、缝隙腐蚀等方面均体现出更优秀的性能。

43、ni当量nieq(ni当量是表示在冷却或变形过程中形成马氏体的趋势)是根据组织中包含的奥氏体元素(如镍，碳，锰等)，按其奥氏体化作用的强烈程度折算成相当于若干个镍之总和。

44、堆垛层错成形性指数sfi≥30(最优35以上)，sfi是指晶体结构中相邻层之间的形成位错的倾向。

45、本发明利用堆垛层错成形性指数sfi预测产生堆垛层错的可能性，当堆垛层错成形性指数sfi小于30时，基体内产生了大量的堆垛层错，抑制了位错的扩散，提高了奥氏体不锈钢的硬度。

46、ti和nb很容易与碳结合生成碳化物，二者与c的结合能力均高于cr与c的结合能力。

47、钒可改善奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，提高热稳定性。

48、本发明利用独创的ni当量公式对ni当量进行控制，当超软不锈钢产生变形时，保证了应变诱导马氏体的含量，减少了大变形处的裂纹萌生，提高了超软不锈钢的使用寿命。

49、作为优选，所述拉拔器包括内模棒，设于内模棒外侧的外模管，设于内模棒和外模管右侧的高频感应线圈，和设于高频感应线圈内的支撑管；外模管右部的孔径大于外模管左部的孔径，内模棒的横截面尺寸与外模管的孔径相适配；

50、支撑管外层采用不锈钢材料制成，支撑管内层采用刚玉材料制成。

51、步骤8由如下步骤进行替换：

52、工作人员将圆管从右向左穿进支撑管中，使高频感应线圈工作对圆管进行高频感应加热；使圆管继续向左移动，使圆管进入内模和外模之间的间隙中，内模和外模对圆管进行拉拔，使圆管直径变小，管壁厚度变薄。

53、作为优选，所述保护气氛炉包括加热室，位于加热室右侧的冷却室；加热室顶部设有送料口，送料口上设有送料口密封盖，冷却室顶部设有出料口，出料口上设有出料口密封盖；加热室上设有温度压力传感器和若干个加热元件；还包括氢气瓶，氩气瓶和与加热室连通的加压泵，氢气瓶通过第一连通管与加压泵连接，氩气瓶通过第二连通管与加压泵连接，第一连通管和第二连通管上分别设有第一电磁阀和第二电磁阀；还包括与加热室连通的真空泵和废气仓，真空泵通过第三连通管与废气仓连接，第三连通管上设有第三电磁阀；

54、还包括与冷却室连接的进水泵和位于冷却室下方的水槽，水槽通过进水管和出水管分别与冷却室连接，进水泵位于进水管上，进水管上还设有第四电磁阀，出水管上设有第五电磁阀；控制器分别与温度压力传感器、各个加热元件、加压泵、第一电磁阀、第二电磁阀、真空泵、第三电磁阀、进水泵、第四电磁阀和第五电磁阀电连接。

55、本发明采用双真空熔炼，可以减少熔炼时产生的氧化物夹杂，提高材料性能的稳定性。

56、作为优选，步骤9由如下步骤进行替换：

57、打开送料口，将若干条圆管放入加热室中，盖上送料口密封盖；控制器控制第三电磁阀打开，启动真空泵，对加热室抽真空，将加热室中的气体抽入废气仓中，观察温度压力传感器检测的压力数据，当加热室的气压达到1×10-3mpa后，控制真空泵停止工作，关闭第三电磁阀；

58、控制器控制第二电磁阀打开，控制加压泵工作，将氩气充入加热室中，当加热室的气压达到0.1mpa后，控制第二电磁阀关闭，加压泵停止工作；

59、控制器控制第一电磁阀打开，控制加压泵工作，将氢气充入加热室中，当加热室的气压达到0.3mpa后，控制第一电磁阀关闭，加压泵停止工作；

60、控制各个加热元件对加热室中内进行加热，第一级退火温度为960℃-1000℃，保温8min-12min；第二级退火温度为1080℃-1120℃，保温3min-5min；控制各个加热元件停止工作；

61、工作人员打开送料口密封盖和出料口密封盖，利用工具将各条圆管从加热室取出，将各条圆管放入冷却室中，关闭送料口密封盖和出料口密封盖；

62、通过控制器控制第四电磁阀打开，抽水泵开始工作，将水槽中的冷却水抽入冷却室中，关闭第四电磁阀和抽水泵；

63、圆管在冷却室中水冷两分钟后，控制第五电磁阀打开，冷却室里的冷却水自动流回水槽，打开出料口，工作人员将冷却室中的各条圆管取出。

64、本发明中采用氢气+氩气退火可以减少氧化物夹杂的产生，提高了材料的稳定性，改善了力学性能。

65、作为优选，所述分割机包括用于缠绕钢板材的钢卷轴，位于钢卷轴右侧的与钢卷轴平行且上下排列的固定轴和转动轴，位于固定轴右侧的用于缠绕分割后的钢卷的卷板轴；还包括位于钢卷轴和固定轴之间的若干组整平轴，固定轴上设有若干个纵向分布的分割刀；步骤5由如下步骤进行替换：

66、工作人员将钢板材缠绕到钢卷轴上，利用工具拉动从钢卷轴上伸展下来的钢板材右边缘穿过各组整平轴的上下两个整平轴之间，各组整平轴将卷曲的钢板材压平；钢板材穿过固定轴和转动轴之间，转动轴带动钢板材向右移动，分割刀将钢板材分割成宽度相同的为的50mm-70mm钢卷，工作人员将钢卷缠绕到转动的卷板轴上。

67、作为优选，步骤7和步骤8之间还包括如下步骤：

68、利用x射线对焊接后的圆管进行检测，检测裂纹、焊瘤、气孔和夹渣；当圆管存在缺陷时，判定圆管不合格；将不合格的圆管作为废品处理。

69、作为优选，步骤8和步骤9之间还包括如下步骤：

70、利用x射线检测圆管的厚度，当检测到的厚度与理论厚度误差超过5％时，判定圆管厚度不合格，将不合格的圆管作为废品处理。

71、因此，本发明具有如下有益效果：抗拉强度以及硬度较低，几乎不产生应变诱导马氏体，容易变形，裂纹萌生率低，弯折时不易发生断裂。