一种不锈钢冷却管的制造方法与流程

1.本发明涉及轧钢钢管加工领域，尤其涉及一种不锈钢冷却管的制造方法。


背景技术：

2.2022年北京冬奥会国家速滑馆（“冰丝带”）是冬奥会历史上首个采用“二氧化碳跨临界直接蒸发制冷技术”的冬奥场馆。在施加一定高压后，二氧化碳会变成临界状态的流体，这些流体通过不锈钢管输送到冰面下，达到降温制冷的目的。该技术碳排放值趋近于零，系统换热效率高，制冰能效大幅提升。冰面面积约1.2万平方米，整个冰场中的不锈钢冷却管加起来总长度达到120公里。
3.作为冬奥会的速滑比赛场馆，对冰面质量有很高的要求，如果冰面温度不均匀，会影响选手的发挥和成绩，这就要求冷却管具备低温塑性好、耐二氧化碳腐蚀、导热系数高、组织均匀等性能。该不锈钢冷却管的应用，能让整个场馆冰面温差控制在0.5摄氏度，利于运动员创造佳绩，为不锈钢无缝管在大型工业制冷系统和液态二氧化碳介质制冷系统中的应用进行了创新探索。
4.本发明生产出符合冬奥速滑场馆用的不锈钢冷却管，具有低温塑性好、导热系数高、耐二氧化碳腐蚀、组织均匀、尺寸精度高、使用寿命长等特点。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是针对上述问题，提供一种不锈钢冷却管的制造方法。
6.本发明的目的是这样实现的：一种不锈钢冷却管的制造方法，包括以下步骤：步骤一：管坯制造：经转炉+aod+lf炉冶炼、模铸、电渣重熔、初轧开坯得到圆钢坯，经快锻机锻造成圆钢，锻造比7-10；圆钢经剥皮、锯切，成为坯料，坯料中心用深孔钻钻出通孔；坯料外径允许偏差（0，-2）mm,长度允许偏差（+5，0）mm，通孔同心度＜0.5mm，坯料表面粗糙度ra≤1.6μm；步骤二：热挤压：坯料经过环形炉加热、第一次感应加热、扩孔，第二次感应加热、玻璃粉润滑，进入卧式挤压机进行热挤压，得到荒管外径为（67-89）mm
±
1.5mm，壁厚为（4.0-8.0）
±ꢀ
0.5mm；环形炉加热温度750
±
20℃，加热时间120-180min；一次感应加热温度1180
±
15℃，加热时间4-7min；扩孔锥规格为φ50-65mm，扩延系数1.05-1.10；二次感应加热温度1180
±
15℃，加热时间4-7min；挤压比18-25，挤压速度25-35%，挤压完成后空冷至15-25℃；步骤三：冷轧：荒管经酸洗去除氧化皮后，采用两辊高速皮尔格轧机进行冷轧，第一道次冷轧至规格φ（38-60）
×
（2.5-3.5）mm，送进量6-9mm，轧制速度80-100次/分；第二道次冷轧至规格φ（15-38）
×
(1.5-3)mm，送进量5-8mm，轧制速度100-120次/分；两次冷轧中间进行退火热处理。酸洗所用酸液为hno3+hf混酸(hno
3 15-18%,hf 3-6%,按质量分数)。步骤四：热处理：中间退火热处理工艺：退火温度1030-1050℃，保温4-8min，出炉水冷至15-25℃；成品固溶热处理工艺：固溶温度1070-1090℃，保温4-7min，出炉水冷至15-25℃；步骤五：矫直：成品钢管经固溶热处理后，进行矫直处理，达到弯曲度≤0.8mm/m；步骤六：表面处理：成品钢管采用内孔机械抛光、外表面抛丸的方法进行表面处
理，所用丸粒为304或316材质不锈钢圆钢丸，颗粒φ0.2-0.5mm；内外表面处理后进行布砂轮抛磨和清洗，达到内表面粗糙度ra≤0.8μm，外表面粗糙度6.3 μm＞ra≥3.2μm，组织均匀，晶粒度5~6级，导热系数≥17.6 w（m
·
k）-1
（0℃），二氧化碳腐蚀速率＜0.05 mm/a（二氧化碳分压0.1mpa下）。
7.不锈钢冷却管的钢号为022cr17ni12mo2，化学成分重量百分数为c;0.010~0.020，si＜0.50，mn＜2.00，cr;16.50~17.50，ni;10.50~11.50，mo;2.00~3.00，s＜0.015，p＜0.030；典型规格为φ18
×
1.5mm、φ25
×
2mm、φ32
×
3mm、φ38
×
3mm，其典型工艺路线为：φ150mm圆钢—热挤压φ67
×
5.0mm荒管—冷轧φ38
×
2.5mm圆管—冷轧φ18
×
1.5mm圆管；φ150mm圆钢—热挤压φ67
×
5.0mm荒管—冷轧φ38
×
3.0mm圆管—冷轧φ25
×
2.0mm圆管；φ150mm圆钢—热挤压φ67
×
5.0mm荒管—冷轧φ32
×
3.0mm圆管；φ150mm圆钢—热挤压φ67
×
5.0mm荒管—冷轧φ38
×
3.0mm圆管。
8.本发明的有益效果是：本发明生产出了国际首创的冬奥场馆用不锈钢冷却管，保证了冬奥会冰场的温度均匀性。本发明采用了有针对性的成分设计，保证了其传热系数、耐腐蚀性能以及低温塑性，延长了使用寿命。本发明采用大锻造比的制坯工艺和大延伸率的热挤压工艺，以得到均匀细致的奥氏体晶粒组织；本发明采用高温固溶热处理和内表面机械抛光/外表面抛丸的表面处理工艺，得到内表面光滑/外表面粗糙的效果，在保证冷却剂流速的同时，提高材料导热系数，保证整个制冷系统的热交换效率。为提高产品尺寸精度，保证冷却剂在管道中的流量和流速，我们采用高精度两辊皮尔格高速轧机，分两道次轧制成型；采用高精度七辊矫直机，矫直两次，保证成品钢管弯曲度小于0.8mm/m。
实施方式
9.本发明的主要创新点在于采用低c含量、低si含量、低ni含量、较高的cr含量和mo含量的成分设计，大锻造比、大挤压比、两道次冷轧的变形加工工艺，高温固溶热处理和内表面机械抛光/外表面抛丸的表面处理工艺，得到低温塑性好、耐二氧化碳腐蚀、导热系数高、组织均匀、使用寿命长，内表面光滑/外表面粗糙，满足冬奥场馆二氧化碳直接冷却制冰技术要求的不锈钢冷却管。
10.为满足冬奥场馆对不锈钢冷却管的苛刻要求，我们采用了磷、硫等有害元素含量极低的原材料，并针对性的进行了成分设计，采用较低的硅含量、镍含量以提高传热系数；采用较高的铬含量和钼含量以提高耐co2腐蚀性能；采用较低的碳含量，提高0℃下的低温塑性，延长使用寿命；采用大锻造比的制坯工艺和大延伸率的热挤压工艺，以得到均匀细致的奥氏体晶粒组织；采用高温固溶热处理和内表面机械抛光/外表面抛丸的表面处理工艺，得到内表面光滑/外表面粗糙的效果，在保证冷却剂流速的同时，提高材料导热系数，保证整个制冷系统的热交换效率。
11.为提高产品尺寸精度，保证冷却剂在管道中的流量和流速，我们采用高精度两辊皮尔格高速轧机，分两道次轧制成型；采用高精度七辊矫直机，矫直两次，保证成品钢管弯曲度小于0.8mm/m。
12.一种冬奥速滑场馆用不锈钢冷却管的制造方法，其钢号为022cr17ni12mo2，化学成分重量百分数为c 0.010~0.020，si 《0.50，mn 《2.00，cr 16.50~17.50，ni 10.50~11.50，mo 2.00~3.00，s《0.015，p《0.030。典型规格为φ18
×
1.5mm、φ25
×
2mm、φ32
×
3mm、
φ38
×
3mm，其典型工艺路线为：φ150mm圆钢—热挤压φ67
×
5.0mm荒管—冷轧φ38
×
2.5mm圆管—冷轧φ18
×
1.5mm圆管；φ150mm圆钢—热挤压φ67
×
5.0mm荒管—冷轧φ38
×
3.0mm圆管—冷轧φ25
×
2.0mm圆管；φ150mm圆钢—热挤压φ67
×
5.0mm荒管—冷轧φ32
×
3.0mm圆管；φ150mm圆钢—热挤压φ67
×
5.0mm荒管—冷轧φ38
×
3.0mm圆管。
13.其制造方法为：（一）管坯制造；（二）热挤压；（三）冷轧；（四）热处理；（五）矫直；（六）表面处理。成品管低温延伸率≥50%（0℃），内表面粗糙度ra≤0.8μm，外表面粗糙度6.3 μm＞ra≥3.2μm，组织均匀，晶粒度5~6级，导热系数≥17.6 w（m
·
k）-1
（0℃），二氧化碳腐蚀速率《0.05 mm/a（co2分压0.1mpa下），满足冬奥速滑场馆急速、均匀冷却制冰的要求。具体包括下述依次的步骤。
14.管坯制造经转炉+aod+lf炉冶炼、模铸、电渣重熔、初轧开坯得到直径700mm圆钢坯，经多道次锻造成直径150mm、长15m圆钢，锻造比7-10。
15.圆钢经剥皮、锯切，成为直径150mm、长度500mm坯料，坯料中心用深孔钻钻出直径30mm通孔。坯料外径允许偏差（0，-2）mm,长度允许偏差（+5，0）mm，通孔同心度＜0.5mm，坯料表面粗糙度ra≤1.6μm。
16.热挤压坯料经过环形炉加热、第一次感应加热、扩孔、第二次感应加热、玻璃粉润滑，进入卧式挤压机进行热挤压，得到荒管外径为（67-89）mm
±ꢀ
1.5mm，壁厚为（4-8）
±ꢀ
0.5mm。
17.环形炉加热温度750
±
20℃，加热时间120-180min。
18.一次感应加热温度1180
±
15℃，加热时间4-7min。
19.扩孔锥规格φ50-65mm，扩延系数1.05-1.10。
20.二次感应加热温度1180
±
15℃，加热时间4-7min。
21.挤压比18-25，挤压速度25-35%，挤压完成后空冷至15-25℃。
22.冷轧荒管经酸洗去除氧化皮后，采用两辊高速皮尔格轧机进行冷轧，第一道次冷轧至规格φ（38-60）
×
（2.5-3.5）mm，送进量6-9mm，轧制速度80-100次/分；第二道次冷轧至规格φ（15-38）
×
(1.5-3)mm，送进量5-8mm，轧制速度100-120次/分；两次冷轧中间进行退火热处理；酸洗所用酸液为hno3+hf混酸(hno315-18%,hf3-6%,按质量分数)。
23.热处理中间退火热处理工艺：退火温度1030-1050℃，保温4-8min，出炉水冷至15-25℃；成品固溶热处理工艺：固溶温度1070-1090℃，保温4-7min，出炉水冷至15-25℃；矫直成品钢管经固溶热处理后，在五辊矫直机上进行矫直处理，达到弯曲度≤0.8mm/m。
24.（六）表面处理成品钢管采用内孔机械抛光、外表面抛丸的方法进行表面处理，所用丸粒为304或316材质不锈钢圆钢丸，颗粒φ0.2-0.5mm；内外表面处理后进行布砂轮抛磨和清洗，达到内表面粗糙度ra≤0.8μm，外表面粗糙度6.3 μm＞ra≥3.2μm。
25.此方法采用了磷、硫等有害元素含量极低的原材料，并针对性的进行了成分设计，采用较低的硅含量、镍含量以提高传热系数；采用较高的铬含量和钼含量以提高耐co2腐蚀性能；采用较低的碳含量，提高0℃下的低温塑性，延长使用寿命；采用大锻造比的制坯工艺和大延伸率的热挤压工艺，以得到均匀细致的奥氏体晶粒组织；采用高温固溶热处理和内表面机械抛光/外表面抛丸的表面处理工艺，得到内表面光滑/外表面粗糙的效果，在保证冷却剂流速的同时，提高材料导热系数，保证整个制冷系统的热交换效率。
26.为提高产品尺寸精度，保证冷却剂在管道中的流量和流速，我们采用高精度两辊皮尔格高速轧机，分两道次轧制成型；采用高精度七辊矫直机，反复矫直两次，保证成品钢管弯曲度小于0.8mm/m。该不锈钢冷却管的应用，能让整个场馆冰面温差控制在0.5摄氏度，利于运动员创造佳绩，为不锈钢无缝管在大型工业制冷系统和液态二氧化碳介质制冷系统中的应用进行了创新探索。
实施例1
27.此管采用的钢化学成分重量百分数为c：0.013，si：0.46，mn： 1.00，cr：17.35，ni：10.50，mo：2.35，s：0.010，p：0.025，余量为fe和不可避免的杂质。
28.经转炉+aod+lf炉冶炼、模铸、电渣重熔、初轧开坯得到直径700mm圆钢坯，经快锻机锻造成直径150mm、长15m圆钢，锻造比7.5。
29.圆钢经剥皮、锯切，成为直径150mm、长度500mm坯料，坯料中心用深孔钻钻出直径30mm通孔。
30.坯料经过环形炉加热、第一次感应加热、扩孔、第二次感应加热、玻璃粉润滑，进入卧式挤压机进行热挤压，得到荒管规格为67
×
5.0mm。
31.环形炉加热温度750
±
20℃，加热时间150min。
32.一次感应加热温度1180
±
15℃，加热时间5min。
33.扩孔锥规格60mm，扩延系数1.10。
34.二次感应加热温度1180
±
15℃，加热时间5min。
35.挤压比21，挤压速度33%，挤压完成后空冷至15-25℃。
36.荒管经酸洗去除氧化皮后，采用两辊高速皮尔格轧机进行冷轧，第一道次冷轧至规格38
×
3.0mm，送进量6mm，轧制速度90次/分；第二道次冷轧至规格25
×
2.0mm，送进量6mm，轧制速度110次/分。两次冷轧中间进行退火热处理。
37.中间退火热处理工艺：退火温度1030~1050℃，保温5min，出炉水冷至15-25℃。
38.成品固溶热处理工艺：固溶温度1070~1090℃，保温4min，出炉水冷至15-25℃。
39.成品钢管经固溶热处理后，在五辊矫直机上进行矫直处理，达到弯曲度≤0.8mm/m。
40.成品钢管采用内孔机械抛光、外表面抛丸的方法进行表面处理，丸材质为304不锈钢丸，颗粒φ0.3mm。
41.内外表面处理后进行布砂轮抛磨和清洗，达到内表面粗糙度ra≤0.8μm，外表面粗糙度6.3 μm＞ra≥3.2μm。
实施例2
42.实施例2的冶炼和制坯过程同实施例1。
43.圆钢经剥皮、锯切，成为直径150mm、长度500mm坯料，坯料中心用深孔钻钻出直径30mm通孔。
44.坯料经过环形炉加热、第一次感应加热、扩孔、第二次感应加热、玻璃粉润滑，进入卧式挤压机进行热挤压，得到荒管规格为67
×
5.0mm。
45.环形炉加热温度750
±
20℃，加热时间3小时。
46.一次感应加热温度1180
±
15℃，加热时间6min。
47.扩孔锥规格60mm，扩延系数1.10。
48.二次感应加热温度1180
±
15℃，加热时间6min。
49.挤压比21，挤压速度33%，挤压完成后空冷至15-25℃。
50.荒管经酸洗去除氧化皮后，采用两辊高速皮尔格轧机进行冷轧，第一道次冷轧至规格38
×
2.5mm，送进量5mm，轧制速度90次/分；第二道次冷轧至规格18
×
1.5mm，送进量6mm，轧制速度120次/分。两次冷轧中间进行退火热处理。
51.中间退火热处理工艺：退火温度1030~1050℃，保温4min，出炉水冷至15-25℃。
52.成品固溶热处理工艺：固溶温度1070~1090℃，保温3min，出炉水冷至15-25℃。
53.成品钢管经固溶热处理后，在五辊矫直机上进行矫直处理，达到弯曲度≤0.8mm/m。
54.成品钢管采用内孔机械抛光、外表面抛丸的方法进行表面处理，丸材质为316不锈钢丸，颗粒φ0.2mm。
55.内外表面处理后进行布砂轮抛磨和清洗，达到内表面粗糙度ra≤0.8μm，外表面粗糙度6.3 μm＞ra≥3.2μm。
实施例3
56.实施例3的冶炼和制坯过程同实施例1。
57.圆钢经剥皮、锯切，成为直径150mm、长度500mm坯料，坯料中心用深孔钻钻出直径30mm通孔。
58.坯料经过环形炉加热、第一次感应加热、扩孔、第二次感应加热、玻璃粉润滑，进入卧式挤压机进行热挤压，得到荒管规格为67
×
5.0mm。
59.环形炉加热温度750
±
20℃，加热时间130min。
60.一次感应加热温度1180
±
15℃，加热时间5min。
61.扩孔锥规格60mm，扩延系数1.10。
62.二次感应加热温度1180
±
15℃，加热时间4min。
63.挤压比21，挤压速度33%，挤压完成后空冷至15-25℃。
64.荒管经酸洗去除氧化皮后，采用两辊高速皮尔格轧机进行冷轧，冷轧至规格38
×
3.0mm，送进量8mm，轧制速度80次/分。
65.成品固溶热处理工艺：固溶温度1070~1090℃，保温5min，出炉水冷至15-25℃。
66.成品钢管经固溶热处理后，在五辊矫直机上进行矫直处理，达到弯曲度≤0.8mm/m。
67.成品钢管采用内孔机械抛光、外表面抛丸的方法进行表面处理，丸材质为304不锈钢丸，颗粒φ0.5mm。
68.内外表面处理后进行布砂轮抛磨和清洗，达到内表面粗糙度ra≤0.8μm，外表面粗糙度6.3 μm＞ra≥3.2μm。
69.以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。

技术特征：
1.一种不锈钢冷却管的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：管坯制造：经转炉+aod+lf炉冶炼、模铸、电渣重熔、初轧开坯得到圆钢坯，经快锻机锻造成圆钢，锻造比7-10；圆钢经剥皮、锯切，成为坯料，坯料中心用深孔钻钻出通孔；坯料外径允许偏差（0，-2）mm,长度允许偏差（+5，0）mm，通孔同心度＜0.5mm，坯料表面粗糙度ra≤1.6μm；步骤二：热挤压：坯料经过环形炉加热、第一次感应加热、扩孔，第二次感应加热、玻璃粉润滑，进入卧式挤压机进行热挤压，得到荒管外径为（67-89）mm
±
1.5mm，壁厚为（4.0-8.0）
±ꢀ
0.5mm；环形炉加热温度750
±
20℃，加热时间120-180min；一次感应加热温度1180
±
15℃，加热时间4-7min；扩孔锥规格为φ50-65mm，扩延系数1.05-1.10；二次感应加热温度1180
±
15℃，加热时间4-7min；挤压比18-25，挤压速度25-35%，挤压完成后空冷至15-25℃；步骤三：冷轧：荒管经酸洗去除氧化皮后，采用两辊高速皮尔格轧机进行冷轧，第一道次冷轧至规格φ（38-60）
×
（2.5-3.5）mm，送进量6-9mm，轧制速度80-100次/分；第二道次冷轧至规格φ（15-38）
×
(1.5-3)mm，送进量5-8mm，轧制速度100-120次/分；两次冷轧中间进行退火热处理，酸洗所用酸液为hno3+hf混酸，hno
3 15-18%，hf 3-6%，按质量分数；步骤四：热处理：中间退火热处理工艺：退火温度1030-1050℃，保温4-8min，出炉水冷至15-25℃；成品固溶热处理工艺：固溶温度1070-1090℃，保温4-7min，出炉水冷至15-25℃；步骤五：矫直：成品钢管经固溶热处理后，进行矫直处理，达到弯曲度≤0.8mm/m；步骤六：表面处理：成品钢管采用内孔机械抛光、外表面抛丸的方法进行表面处理，所用丸粒为304或316材质不锈钢圆钢丸，颗粒φ0.2-0.5mm；内外表面处理后进行布砂轮抛磨和清洗，达到内表面粗糙度ra≤0.8μm，外表面粗糙度6.3 μm＞ra≥3.2μm，组织均匀，晶粒度5~6级，导热系数≥17.6 w（m
·
k）-1
（0℃），二氧化碳腐蚀速率＜0.05 mm/a（二氧化碳分压0.1mpa下）。2.一种不锈钢冷却管，其特征在于：不锈钢冷却管的钢号为022cr17ni12mo2，化学成分重量百分数为c;0.010~0.020，si＜0.50，mn＜2.00，cr;16.50~17.50，ni;10.50~11.50，mo;2.00~3.00，s＜0.015，p＜0.030；典型规格为φ18
×
1.5mm、φ25
×
2mm、φ32
×
3mm、φ38
×
3mm，其典型工艺路线为：φ150mm圆钢—热挤压φ67
×
5.0mm荒管—冷轧φ38
×
2.5mm圆管—冷轧φ18
×
1.5mm圆管；φ150mm圆钢—热挤压φ67
×
5.0mm荒管—冷轧φ38
×
3.0mm圆管—冷轧φ25
×
2.0mm圆管；φ150mm圆钢—热挤压φ67
×
5.0mm荒管—冷轧φ32
×
3.0mm圆管；φ150mm圆钢—热挤压φ67
×
5.0mm荒管—冷轧φ38
×
3.0mm圆管。

技术总结
本发明涉及轧钢钢管加工领域，一种不锈钢冷却管的制造方法。不锈钢冷却管钢号为022Cr17Ni12Mo2，化学成分重量百分数为C 0.010~0.020，Si<0.50，Mn<2.00，Cr 16.50~17.50，Ni 10.50~11.50，Mo 2.00~3.00，S<0.015，P<0.030。典型规格为Φ25


技术研发人员：王伯文 康喜唐 常旭飞 韩子健
受保护的技术使用者：山西太钢不锈钢股份有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/13