近30年來,我國不銹鋼管的生產技術取得了長足進步,產量、質量大幅提高,品種不斷擴大,標準進一步完善。為此,中國鋼研戰(zhàn)略所特組織“中國不銹鋼管30年”專題系列報道,以饗讀者。
1、我國不銹鋼管30年的發(fā)展
縱觀我國不銹鋼管30多年的發(fā)展歷史,可以將其分為如下四個階段:
第一階段,20世紀90年代之前的發(fā)展初期。此階段的特點是:不銹鋼管制造企業(yè)數量少、規(guī)模小,大多數處于作坊式生產階段。當時的代表企業(yè)是上鋼五廠(現(xiàn)寶鋼特鋼),所生產的不銹鋼無縫管主要滿足國防軍工的特殊需求。
第二階段,20世紀90年代至2000年之間的快速發(fā)展期。此階段的特點是:不銹鋼管制造企業(yè)如雨后春筍般蓬勃發(fā)展,久立集團就是其中的代表,這期間,不銹鋼管的發(fā)展主要集中在數量上,國民經濟各行業(yè)對不銹鋼焊管和無縫管的需求急劇增長。上鋼五廠和長城特鋼是代表企業(yè)。
第三階段,2000年至2008年的高速成長期。此階段的特點是:不銹鋼管制造企業(yè)爆發(fā)式增長,出現(xiàn)了產能/產量上萬噸的行業(yè)龍頭企業(yè),如久立、太鋼、中興能源、武進不銹等。
第四階段,2008年至今的專業(yè)細分階段。此階段的特點是:不銹鋼管材的制造進一步專業(yè)化,管材制造技術明顯提升,出現(xiàn)了特殊規(guī)格管材的專業(yè)制造企業(yè)。
一是不銹鋼無縫管普遍采用擠壓工藝進行生產以提升品質。期間,太鋼、寶特、新興鑄管引進6000噸擠壓機,久立升級4200噸擠壓機,寶鋼特鋼更是進行產品戰(zhàn)略調整,拆除斜軋穿孔機組,集中生產高附加值的擠壓管材。
二是生產更專業(yè)化,甚至出現(xiàn)了以單類產品為絕對產品的企業(yè),典型代表如煙臺瑪努爾核電設備公司的核電整體鍛主管道,中興能源、武進不銹鋼、三洲核能的不銹鋼管件等。在此期間,出現(xiàn)了世界級的不銹鋼管材制造企業(yè),如久立特材,擁有年產10萬噸不銹鋼管的產能,是國內少數幾家既擁有品種最全、規(guī)格組距最大的不銹鋼焊接管生產線,又擁有國際先進的擠壓工藝為主的不銹鋼無縫管生產線,能生產Φ8-3000mm×0.5-80mm的焊接鋼管和規(guī)格為Φ4-730mm×0.5-60mm的無縫鋼管及高合金、難變形的合金鋼管,并建有與管道相配套的年產5000噸的管件生產線。產品在全世界50多個國家注冊商標并使用,做出了品牌。
2、我國不銹鋼管生產能力的變化
不銹鋼管由于制造企業(yè)多而分散、產品規(guī)格繁多,所以產量統(tǒng)計難度很大。據報道,世界不銹鋼管的生產量一般約占不銹鋼材總量的10%。目前,我國不銹鋼管的產量大體維持這一比例。
20世紀90年代之前,受不銹鋼產業(yè)發(fā)展的影響,我國不銹鋼管產量維持在較低水平,如1990年我國不銹鋼管的產量約為5萬噸。2001年,我國不銹鋼管的產量約50萬噸,是十年前的10倍。進入21世紀,迎來了不銹鋼管的大發(fā)展,我國不銹鋼管的產能和產量急劇增加。據不完全統(tǒng)計,我國現(xiàn)有不銹鋼無縫鋼管生產企業(yè)近500家,年生產能力100萬噸以上,其中大部分是年產只有1000噸以下的小廠,年產量在10000噸水平以上的企業(yè)很少。不銹鋼焊管生產線近800條,年生產能力達200萬噸。從行業(yè)需求看,油氣/石化行業(yè)年需不銹鋼管約6萬噸,核電行業(yè)年需不銹鋼管5萬噸,化工行業(yè)年需不銹鋼管約4萬噸,火電行業(yè)年需不銹鋼管約4萬噸。
3、我國不銹鋼管品種質量的發(fā)展
隨著不銹鋼產業(yè)的發(fā)展,我國不銹鋼管材的品種發(fā)展大體也經歷了早期的單一奧氏體品種和現(xiàn)在的多樣化品種階段。1990年前,由于不銹鋼管材制造水平和工藝裝備的限制,不銹鋼管材品種主要為304、316奧氏體不銹鋼類型。發(fā)展到2000年之后,不銹鋼管材品種幾乎涵蓋了奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼的絕大多數牌號,以及馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼的部分牌號。這期間,針對石化/化工行業(yè)需求,開發(fā)了2205牌號為代表的雙相不銹鋼管材;針對油氣開采和輸送,開發(fā)了Cr13型的超級馬氏體不銹鋼管材;針對海水電站熱交換器,開發(fā)了446高純鐵素體不銹鋼管材;針對第三代核電一回路主管道,開發(fā)了316LN整體鍛管材;針對電站鍋爐,開發(fā)了超級304H、T/P91管材;針對航空油路管道,開發(fā)了2169奧氏體不銹鋼管材。
近年來,隨著高純鐵素體不銹鋼的國產化工業(yè)規(guī)模生產成為現(xiàn)實,出現(xiàn)了大量的高純鐵素體不銹鋼薄壁焊管。這類產品在生產時廣泛采用激光焊。
隨著化工、化肥、石化等行業(yè)對大口徑(Φ159mm以上)中低壓輸送管道的需求越來越多,大口徑不銹鋼焊管逐步替代進口,應用于特殊需求。油氣/化工對超長大口徑耐蝕不銹鋼管的需求,促進了大口徑不銹鋼焊管的國產化,如久立630自動焊接機組的引進,改變了長度12米大口徑不銹鋼焊管依賴進口的現(xiàn)狀。
和不銹鋼焊管相比,不銹鋼無縫管的性能要求更高,需求規(guī)格更多,使用領域更廣,同時制造難度相應的也要大許多,主要用于油氣開采、石油化工、能源、核電、航空航天、艦船等領域。
不銹鋼無縫管由于涉及的鋼種、產品規(guī)格及用途非常多,所采用的生產工藝和裝備差別很大,因此,不銹鋼管材的生產專業(yè)性都非常強,技術要求高。為了實現(xiàn)高質量不銹鋼管材的生產,不銹鋼管材的制造技術發(fā)展趨勢包括三個主要方向:一是采用擠壓工藝技術研制新型高性能特種不銹鋼管材;二是嚴格要求不銹鋼管坯冶金質量,主要是超純冶煉技術;三是組建針對性很強的專業(yè)生產線進行生產。
熱擠壓法是生產高合金難變形合金管材的最佳方法,同時也是小批量、多品種的復雜斷面異型材制造最便捷的方法。采用熱擠壓法生產高合金管材具有變形溫度高、單次變形量大、變形速率高等特點,是未來發(fā)展的趨勢。
擠壓鋼管生產技術是無縫鋼管最重要和最先進的生產方法之一。對于低塑性難變形的鋼種和合金及特別重要用途,如核電用690蒸發(fā)器管、G3油井管等,是斜軋穿孔法無法相比的。它是在比其他壓力加工方法時有更大的三向壓應力狀態(tài)下的變形,可以發(fā)揮金屬的最大塑性,可以達到其他機組無法達到的壓縮比。目前,在諸如連軋管機組、皮爾格機組、三輥穿孔-軋管機組、ACCUROLL等機組上無法生產的鋼種和合金,就可以在擠壓機上進行生產。熱擠壓工藝對于生產高尺寸精度、高表面光潔度的不銹鋼管材尤其適合,對于超級奧氏體不銹鋼、超級雙相不銹鋼等難變形不銹鋼管材的制造有較大的優(yōu)勢。
從特種冶金技術發(fā)展伊始,純凈化、凝固組織和缺陷控制就始終貫穿著該技術的發(fā)展。伴隨著上述需求,在特種冶金設備的設計與控制、熔煉過程的計算機模擬等方面不斷發(fā)展。特種冶金工藝技術未來將繼續(xù)沿著高度純凈化、凝固組織和缺陷控制、熔煉過程自動化、低成本化和環(huán)境友好方向發(fā)展。純凈化冶煉,包括夾雜物的控制與去除,有害元素(H、O、S)以及雜質元素和殘余元素(As、Sb、Sn、Bi等)的去除,以及在電渣重熔過程由于相關渣金反應導致的Al、Ti、Zr頭尾成分偏差的控制技術等。不銹鋼管材對材質的要求很高,為了保證經過多道次軋制變形后不銹鋼管材表面質量無缺陷,必須對不銹鋼中的夾雜物等級和類別進行嚴格控制。一般特種需求的不銹鋼管材,如航空航天用不銹鋼管,其非金屬夾雜物需嚴格控制在1.5級以下。此外,為實現(xiàn)高牌號鐵素體不銹鋼管材的制造,對高鉻鐵素體不銹鋼中的碳、氮含量有嚴格要求,一般要求C+N≤300ppm。
在專業(yè)化生產方面,核電一體化主管道和不銹鋼管件制造是典型代表。以AP1000主管道為例,其產品為直管+彎頭+帶角度的管嘴。傳統(tǒng)工藝技術只能分段制造,最后焊接而成,導致焊縫薄弱區(qū)的存在。采用整體鍛制,可有效避免焊接。為實現(xiàn)整體鍛制,必須有100噸級的電渣爐和8000噸以上的壓機能力,此外,還涉及到不銹鋼彎頭彎制技術等核心技術。這種大規(guī)格不銹鋼異形管,生產路線完全不同于普通不銹鋼無縫管。為此,需要建立專業(yè)的核電一回路主管道生產線,煙臺瑪努爾核電設備公司應運而生。此外,石化/化工用的大量不銹鋼管件的制造,需要大口徑皮爾格軋機。為此,出現(xiàn)了中興能源、武進不銹鋼、三洲核能等不銹鋼管件的專業(yè)制造企業(yè)。未來這樣的細分不銹鋼管材專業(yè)生產線還將越來越多的出現(xiàn),以提高產品質量和生產效率,包括以生產毛細管和小規(guī)格不銹鋼無縫管為主的天材科技(最小口徑0.2mm,最小壁厚0.05mm)和久立的全自動高效率的電站鍋爐管生產線。
4、我國不銹鋼管國際化進程
在2000年之前,由于我國不銹鋼管材的整體質量偏弱,導致產品缺乏國際競爭力,很少出口。高端不銹鋼管材的國際市場長期被西方發(fā)達國家占據,以住友、山特維克、奧托昆普為代表。我國每年需要進口大量的高檔次不銹鋼管,如2006年我國不銹鋼管進口量約為4.5萬噸,基本上都是高檔次品種。2005年以后,特別是2010年以后,隨著我國不銹鋼管材品種越來越多,質量越來越高,部分質優(yōu)價廉的不銹鋼管開始出口,并且出口量越來越大。出口的產品主要應用于核電、石化、化工、能源、船舶等領域。
近年來,國際上一些重大工程項目均采用我國生產的不銹鋼管材,包括國際科研合作項目“國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃”、賽科90萬噸乙烯裂解聯(lián)合裝置、揚巴一體化工程(60萬噸乙烯)等。
總體來看,我國不銹鋼管材出口,早期主要依賴價格優(yōu)勢,現(xiàn)在則完全是質量取勝。隨著我國已經成為不銹鋼制造大國,不銹鋼管材的生產規(guī)模和水平也逐步位居世界前列,不銹鋼管材制造企業(yè)的全球觀念越來越強,江浙一帶的企業(yè),不銹鋼管材出口的品種和數量都居前列。企業(yè)從行業(yè)協(xié)會、國際會議、互聯(lián)網等途徑獲取大量需求信息,并積極與國外企業(yè)洽談,獲得訂單,進而依托大而全的不銹鋼管生產線,提供高品質產品,滿足用戶需求。