王國林    王漢軍

（浙江正康實(shí)業(yè)股份有限公司   325025）

摘要：我國是不銹鋼管道需求的大國，未來市場(chǎng)巨大，需求旺盛。據(jù)2013年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國建筑給排水管道約3200億元左右，供水管道約1600億左右。而目前薄壁不銹鋼供水管道市場(chǎng)僅有30多個(gè)億，不銹鋼管道市場(chǎng)普及率還很低，在美國、德國和日本不銹鋼供水管道的普及率均在80%以上。

未來中國不銹鋼管道市場(chǎng)將會(huì)有一個(gè)快速發(fā)展，如何應(yīng)對(duì)發(fā)展？本文通過不銹鋼材料、成型工藝、壁厚變化及固溶（熱處理）等工藝對(duì)影響不銹鋼管件性能與使用壽命因素分析，以便企業(yè)更好的借鑒，生產(chǎn)高品質(zhì)的管件；讓使用者更多的了解和選擇質(zhì)量好、性能優(yōu)的產(chǎn)品，加快推進(jìn)不銹鋼管道系統(tǒng)在多領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：不銹鋼管件   性能與壽命   因素分析

一、影響不銹鋼管件性能及壽命的因素

不銹鋼水管具有較長的使用壽命。從國外的不銹鋼管道使用情況看，不銹鋼水管的使用壽命可達(dá)100年，至少也有70年，與建筑物同壽命。不銹鋼管材管件最突出的優(yōu)勢(shì)是耐腐蝕性能，如果不銹鋼管道在使用過程中，能正確的使用和保養(yǎng)，可以有效的延長使用壽命。 

（一）材質(zhì)對(duì)管件使用壽命的影響

不銹鋼材質(zhì)，304與304L的主要區(qū)別在于：304的含C（碳）量≤0.08%，而304L的含C量≤0.03%； 316材質(zhì)相對(duì)304L的含NI（鎳）比304高1%—2%，主要是降低了Cr（鉻）含量，增加了Mo（鉬）2%—3%，從而各自抗腐蝕性能力和抗腐蝕的環(huán)境有所不同。

L代表低碳，如304L比304含碳量低，H與S代表耐高溫，如310S比310耐高溫性能強(qiáng)，304H比304耐熱，316、316L是船用材料，具有強(qiáng)耐腐蝕性。

304不銹鋼材質(zhì)有兩種：一級(jí)材質(zhì)和二級(jí)材質(zhì)。而二級(jí)材質(zhì)也就是鋼廠的次等品，主要區(qū)別在于：二級(jí)材料表面、含鎳量、厚薄不均勻等，比一級(jí)材料便宜。鋼廠稍加處理后進(jìn)入市場(chǎng)，但質(zhì)量不穩(wěn)定。

（二）成型工藝對(duì)管件性能及壽命的影響

“管件成型”是管件生產(chǎn)工藝中最重要的步驟，管材在加工過程中隨著應(yīng)力的不斷增加，在力的作用下精度容易發(fā)生變化。

現(xiàn)在大部分管件生產(chǎn)企業(yè)在成型工藝中主要采取了“冷擠壓”和“脹形”工藝。生產(chǎn)工藝的不同，管件的尺寸、壁厚和功能會(huì)存在差異，所以，采用什么樣的成型工藝，既保持質(zhì)量的穩(wěn)定，又提高生產(chǎn)效率，是非常重要問題，下面介紹兩種工藝的特點(diǎn)。

1、“冷擠壓”工藝：把下料后的不銹鋼毛坯管放入模腔中，通過壓力機(jī)上固定的凸模向毛坯施加壓力，使不銹鋼毛坯管產(chǎn)生變形，而制得管件的尺寸要求。主要特點(diǎn)：

（1）表面光潔。擠壓件一般尺寸精度可達(dá)8～9級(jí)，若采用潤滑僅次于拋光表面。用擠壓方法制造的零件表面，一般不需要再加工。

（2）冷擠壓工藝配置輔助手段，可達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求。如管件“U型槽”和“三通拉口”成型，在擠壓過程中通過補(bǔ)料方式，以達(dá)到“U型槽” 和“三通拉口”壁厚不減薄，確保產(chǎn)品的質(zhì)量。

（3）冷擠壓會(huì)使管件拉應(yīng)力的產(chǎn)生。冷擠壓工藝具有冷變形的特性，在擠壓過程中金屬毛坯處于三向壓力狀態(tài)，變形后金屬組織有改性現(xiàn)象。

2、“脹形”工藝：脹形工藝是在管坯內(nèi)部通以高壓液體﹑氣體或固體軟模﹐迫使管材塑性變化﹐以達(dá)到工件的外形尺寸要求。主要特點(diǎn)：

（1）脹形時(shí)，材料的變形局限于固定的模具內(nèi)，質(zhì)量穩(wěn)定。工件不會(huì)產(chǎn)生起皺現(xiàn)象，成形的工件表面光滑、回彈小。

（2）脹形時(shí)，材料處于雙向受拉的應(yīng)力狀態(tài)，在模具的作用下，迫使管材壁厚減薄、表面積增大，獲得要求的幾何形狀。

（3）脹形時(shí)，管材變形區(qū)局限于變形區(qū)范圍內(nèi)，管材不向變形區(qū)外轉(zhuǎn)移。如管件U形槽的形成是靠管材的局部變薄來實(shí)現(xiàn)的。

（三）壁厚對(duì)管件連接及壽命的影響

薄壁不銹鋼水管的壁厚是管道連接強(qiáng)度的關(guān)鍵。壁厚減少到安全系數(shù)以下，可靠性必然下降幾個(gè)等級(jí)。實(shí)際上管道的壁厚是保證管道連接的強(qiáng)度，同時(shí)，壁厚還具有在各種環(huán)境下抗振的功能、管道耐外力沖撞的性能、及隱蔽工程中的使用壽命和抗腐蝕等能力。這里著重介紹不銹鋼管件的壁厚對(duì)連接與使用壽命的關(guān)系。

1、生產(chǎn)過程中壁厚變化對(duì)質(zhì)量影響

管件在生產(chǎn)過程中要經(jīng)過下料、彎管、成型（冷擠壓、脹型）等多道工序。首先影響壁厚的主要是彎管、成型等工序。采用的成型工藝不同，對(duì)管件的壁厚會(huì)產(chǎn)生較大影響。

（1）彎管對(duì)管件壁厚的影響。管材彎曲成型中，管材彎曲的形狀變化是材料位移，是塑性變形的表面現(xiàn)象，其變形實(shí)質(zhì)在于管壁外則伸長減薄、管材內(nèi)則縮短增厚。管壁厚度的減薄量是隨材料硬化指數(shù)增大而增加。

所以在管材彎曲設(shè)計(jì)和選用材料壁厚時(shí)，應(yīng)考慮到管材的伸長性能以及彎管外側(cè)變薄的重要因素，采用合理的壁厚管材，否則彎曲拉伸后外側(cè)壁厚很難保證尺寸要求，同時(shí)，彎管半徑的大小，也會(huì)對(duì)壁厚產(chǎn)生較大影響。

（2）脹形對(duì)管件壁厚的影響。管件脹形是在壓力作用下使管材沿徑向擴(kuò)張的成形，脹形既可以完成管坯的局部擴(kuò)張，也可完成管坯的整體擴(kuò)張。脹形過程可分為：“軸向無收縮”和“軸向有收縮”變形方式。

（A）軸向無收縮變形：脹形部位完全靠管坯壁厚的局部變薄而成形，變形性質(zhì)是在管材毛坯上端的局部成形，管材下端壁厚不變�。ㄒ妶D1)。如管件三通的脹形是“軸向無收縮變形”。

 （圖1）                        （圖2）
 

（B）軸向有收縮變形：在脹形部位管坯壁厚局部變薄的同時(shí)，還伴有一定的管坯軸向的自由收縮(見圖2)。如管件U形槽的形成是靠局部變薄成形，是“軸向有收縮的變形”。

2、壁厚對(duì)管件連接的影響

管件卡壓式連接原理：充分利用不銹鋼自身有效鋼性和密封材料的彈性壓縮比原理，在管件承接口的U型槽兩側(cè)用卡壓工具壓接，使管件和管材同時(shí)收縮變形（壓縮成六角形），起到定位和固定作用，從而提高抗拉拔和抗旋轉(zhuǎn)能力，實(shí)現(xiàn)不銹鋼管道有效連接。

由此可以看出，它是依照不銹鋼的自身鋼性，靠壓接收縮進(jìn)行連接，所以管材與管件的壁厚起著重要的作用。如果管材與管件的壁厚不一致，鋼性會(huì)有差異，從而壓接受力會(huì)不均衡。

如：卡壓管材標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19228.2-2011 中規(guī)定Ⅱ系列管材15.9mm壁厚為0.8mm（22.2mm管材壁厚為1.0mm）；而卡壓管件標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19228.1-2011中規(guī)定對(duì)應(yīng)規(guī)格管件最小壁厚為0.6mm（22.2最小壁厚為0.8mm），允許管件的最小壁厚比管材薄0.2mm，管件與管材要求的壁厚尺寸不一致。

管件的功能是：分支、彎向、變徑和連接的作用，起到功能性作用比較大。如果管件與管材的壁厚不一致，鋼性會(huì)有差異。其次，管件彎頭外則及管件U型槽壁厚過度減薄，產(chǎn)品的質(zhì)量與功能被降低（如降低壁厚或采用負(fù)公差的管材來降低產(chǎn)品價(jià)格，有的彎管外側(cè)壁厚僅有0.50—0.58mm之間，達(dá)不到壁厚0.6mm要求。而有的脹型工藝生產(chǎn)管件，U型槽的壁厚只有0.4mm多點(diǎn)）。

3、使用中對(duì)壁厚的確認(rèn)與選擇。

管件的作用就是起連接管材的作用，使管道可以改變方向和口徑。所以一般情況下管材與管件都是配套的，壁厚要求也是一致的。

（1）首先管材與管件規(guī)格要配套；（2）管件與管材壁厚要一致，這對(duì)壓接、焊接的安全可靠性產(chǎn)生重要作用；（3）要檢查彎頭外則的壁厚是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；（4）檢測(cè)“三通拉口”和“U型槽”的壁厚。過薄的管壁滿足不了壓接的強(qiáng)度要求，會(huì)留下隱患。

因?yàn)榭▔菏竭B接是靠壁厚來發(fā)生變形與緊固件形成密封，過薄的管壁滿足不了表面壓接變形的強(qiáng)度要求，很容易產(chǎn)生漏水或滲水的事故發(fā)生。

（四）固溶工序的防腐功能及壽命的影響

管件加工過程會(huì)影響金屬零件的疲勞屬性，影響金屬疲勞屬性工藝有：焊接、磨削、成型加工等等，會(huì)使管件拉應(yīng)力的產(chǎn)生，從而加速金屬疲勞失效發(fā)生，降低不銹鋼使用壽命，所以須進(jìn)行固溶（熱處理）工序。

1、在成型和焊接后的管件，在經(jīng)過1050℃ 左右溫度時(shí)，可進(jìn)行應(yīng)力釋放，恢復(fù)不銹鋼管件在生產(chǎn)過程的應(yīng)力和晶間變化，增強(qiáng)抗應(yīng)力和晶間腐蝕能力。

2、將不銹鋼硬度還原到220HV以下，改善疲勞屬性，提高不銹鋼的塑性和韌性，使管件在卡壓安裝中提高安全性能。

3、還原不銹鋼表面的自然光亮，更加美觀自然。

二、不銹鋼管件生產(chǎn)控制與改善

1、采購中控制不銹鋼材料的質(zhì)量

當(dāng)前市場(chǎng)上原材料存在質(zhì)量不同、以次充好的現(xiàn)象，在原材料采購過程中要嚴(yán)格掌握與控制。首先，對(duì)供方要進(jìn)行評(píng)價(jià)和選擇，建立供方的評(píng)價(jià)報(bào)告、質(zhì)量記錄等，采購信息要清晰、完整；其次，要有廠家的質(zhì)檢報(bào)告。第三，對(duì)采購回廠的材料要進(jìn)行化驗(yàn)分析。建議要到大的鋼廠去購買。

2、合理工藝和技術(shù)措施，控制管件壁厚

擠壓成型最大優(yōu)點(diǎn)是：在擠壓過程中通過補(bǔ)料方式使“U型槽” 和“三通拉口”壁厚不減薄，達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求。而脹形工藝優(yōu)點(diǎn)是加工性能較穩(wěn)定，表面光滑回彈小，缺點(diǎn)是管材壁厚減薄。

不管是采用擠壓工藝或是脹型工藝，保證管壁厚度，保證質(zhì)量是前提，也是企業(yè)對(duì)成本、質(zhì)量、技術(shù)要求的具體體現(xiàn)。在國內(nèi)市場(chǎng)上經(jīng)常有廠家向客戶推銷過于廉價(jià)的不銹鋼水管，大部分都是犧牲管材壁厚和強(qiáng)度，這對(duì)薄壁不銹鋼管道的連接與安全帶來隱患。

3、固溶是提高管件質(zhì)量不可缺失的工序

固溶工序可消除生產(chǎn)過程產(chǎn)生應(yīng)力和晶間變化，大家都很清楚，盡管固溶每噸會(huì)增加成本2600— 2800元之間，但它是提高抗腐蝕能力的重要措施，應(yīng)在管件成型加工完成后進(jìn)行固溶，才能真正起到保護(hù)作用，不可省略。

三、結(jié)束語

未來中國不銹鋼管道市場(chǎng)將會(huì)有一個(gè)快速增長，并向多領(lǐng)域發(fā)展，這是當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，不用置疑，作為企業(yè)如何應(yīng)對(duì)發(fā)展，在做好不銹鋼材料、成型工藝、壁厚變化及固溶（熱處理）等品質(zhì)管理的同時(shí)，更要做好產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)規(guī)范的執(zhí)行與引導(dǎo)，讓使用者更多了解產(chǎn)品的功能、使用和維護(hù)，加快不銹鋼供水管道普及和提高市場(chǎng)份額，推進(jìn)不銹鋼管道在多領(lǐng)域應(yīng)用，這是一個(gè)系統(tǒng)工程，還需要各環(huán)節(jié)和各方面的配合與努力。

1、成本與性價(jià)比。不銹鋼水管的一次性投資成本約是普通鍍鋅管的二倍，比PPR等復(fù)合水管高50%左右。但如果把建筑物的整個(gè)壽命期成本計(jì)算在內(nèi)，不銹鋼水管的平均成本優(yōu)勢(shì)就非常明顯了。

不銹鋼管道使用壽命一般為70年，鍍鋅管使用壽命約10年左右，而更換管線的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)初的投資。不銹鋼管是當(dāng)前最合適的輸水管道。

2、不銹鋼管道壁厚。從安全因素和經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，我們建議DN15-DN50的不銹鋼管選用GB/T19228.2-2011標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的II系列的壁厚，DN65-DN100以上的不銹鋼管選用GB/T19228.2-2011標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的I系列的壁厚，是薄壁不銹鋼水管的最佳壁厚選擇。

3、安裝使用后保護(hù)。不銹鋼都具有非常好的耐腐蝕性，不銹鋼產(chǎn)品長時(shí)間放置于微酸與微堿環(huán)境中，不銹鋼也會(huì)被腐蝕，這種腐蝕不只是腐蝕了不銹鋼產(chǎn)品的外表，更大的是腐蝕了不銹鋼產(chǎn)品的晶間結(jié)構(gòu)。其次，高濕環(huán)境對(duì)不銹鋼也產(chǎn)生腐蝕。如果不銹鋼長時(shí)間處于高濕環(huán)境中，也會(huì)造成對(duì)不銹鋼產(chǎn)品的腐蝕。第三，在粉塵環(huán)境中也會(huì)造成產(chǎn)品的腐蝕，降低了不銹鋼管道的使用壽命。 

4、注重管道打壓試驗(yàn)用水。一定要使用干凈的自來水來做打壓試驗(yàn)，嚴(yán)禁使用工程污水或不干凈的河水、井水或地下水，這會(huì)導(dǎo)致對(duì)不銹鋼管道的腐蝕。