我国是不锈钢管道需求大国,未来市场巨大,需求巨大。据 2013年的资料显示,我国建筑给排水管网的总规模约为3200亿元,城市供水管网约为1600亿元。
而薄壁不锈钢供水管市场目前也不过30多个亿,不锈钢管市场普及度还很低,在美国、德国和日本不锈钢供水管的普及度都达到了80%以上。
今后中国不锈钢管道的市场将会有迅速的发展,那么该如何来应对这种发展?本文对不锈钢管件的成型工艺、壁厚变化及固溶处理(热处理)工艺及各种工艺因素,进行对不锈钢管件的性能及使用寿命的影响因素的分析,以期为企业司提高产品质量提供参考。
通过对这些产品的应用,进一步促进不锈钢管道系统的多领域应用,从而使用户对这些优良产品具有更多的了解和选择。
一、影响不锈钢管件性能及寿命的因素
关键词：不锈钢管件 性能与寿命 因素分析
不锈钢管具有较高的生命周期,据国外水管使用的情况显示,不锈钢管寿命至少可以达到一百年或至少七十年,与建筑物同等的寿命。不锈钢管道管道最突出的特点是耐腐蚀,如在使用过程中正确的操作和维修保养,其寿命是会有效的被延长。
1材质对管件使用寿命的影响
不锈钢产品,不锈钢304和不锈钢304L的主要区别是:304的含碳量是0.08%,而304L的含碳量为0.03%；316材质与304相比,其比304L的镍含量有所增加,主要表现为 Cr含量降低、 Mo含量增加等,因此其各自的防腐性能与环境有差异。
L代表低碳,如304L比304含碳量少; H和 S代表耐热,如310S比310抗热性能高;304H比304耐热;316L、316H为船用材料,具有较强的耐腐蚀性能。
不锈钢304的种类有一级和二级两种。而二级材料即钢厂次品主要不同在于:二级材料表面、镍量、厚度不均匀等,比一级便宜。在钢厂稍加处理后,j即可进出市场,但质量不稳定。
2成型工艺对管件性能及寿命的影响
管材加工过程中,在应力增加下,精度容易发生变化,而管材成型是管件生产中最重要的步骤,因此,管材成型工艺也因此受到人们的重视。
目前许多管件厂家在成形工艺中主要采用“冷挤压”和“膨胀”两种方法。采用不同的制造工艺,管件尺寸、壁厚、功能都会有所差异,所以如何通过采用不同的成形工艺,保证质量的稳定,提高生产效率是十分重要的，下面介绍两种工艺的特点。
1、冷挤压工艺:将压料不锈钢原管,放入模腔,用压模压出,不锈钢原管随之发生变形,并制得所需要的管件尺寸。主要特点：
（1）表面精美,按比例挤压成型的零件一般尺寸精度可达8 9级,若采用润滑工艺,仅次于抛光。通过挤压加工后,零件表面均无必要进行再加工。
（2）对冷挤压工艺加以辅助,可以保证产品性能。例如管件“U形槽”及“三通拉口”成型时,在挤压时采用补料方式,以达到“U形槽”和“三通拉口”壁厚不变薄的目的,从而保证了制品的质量。
（3）冷挤压将导致管件拉伸应力的产生。冷挤压工艺具有冷变形的特性，在轧制过程中金属板料处于三向负荷状态，弯曲后金属组织有改性现象。
2、“胀形”工艺：胀型是利用管坯内部的高压液化或气化液体,或者固化软模压铸的方法,迫使管坯塑性发生变化,以满足所需的工件尺寸。主要特点：
（1）胀形时,材料在定型模具内不发生变形,质量稳定;成型产品不会发生皱纹,产品表面光滑,回弹力较小。
（2）胀形时,由材料的单向拉力作用形成的夹持作用,使壁厚减薄,表面积增大,产生所需的几何形状。
（3）胀形时,如果管件的膨胀过程被压缩,那么其弯曲区域只是局限在弯曲区域内,而非往弯曲区域外移动。如管件U型槽的形成就是由管件局部的薄化来实现。
二、壁厚对关键连接及寿命的影响
关键词：壁厚与寿命
薄壁不锈钢管道的壁厚是确保钢管连结力的要点。壁厚低于安全系数时,可靠性就会下滑数级。管道壁厚在保证管道的连接强度方面扮演了重要的角色,它不仅具备在各种环境下阻隔振动、管道抵抗外来压力冲击的性能,而且具有防腐蚀、隐蔽工程等耐久性的特点。这里着重介绍不锈钢管件的壁厚对连接与使用寿命的关系。
1生产过程中壁厚变化对质量的影响
管件在生产工艺中要经过下料、弯管、成型（冷挤压、胀型）等多道工序。 首先影响壁厚的主要是弯管、制造等工序。采用的成型设备不同，对管件的壁厚会产生很大影响。
（ 1）弯管对管件壁厚的影响。在弯曲成形中,曲面形状的变化是材料的移动,是塑性变形的表面现象,它包括管壁外缘伸长、壁内缘变薄、管内缘变短和管内缘变厚、表面形状变化等基本特征。 随着钢材硬度指数的增大,管壁厚度的减薄量增加。
因此 ,应在弯曲设计中、选用材质厚度时,考虑到管材长度特性和外侧壁厚的重要影响因素,采用合理的外侧厚度管材,否则,在弯曲拉伸后外侧壁厚将难以满足尺寸要求,另外弯管管径的大小,也对壁厚的影响很大。
（ 2）胀形对管件壁厚的影响。管件胀形是由于管件在压力的作用下,能够使管件沿径向扩张,它不仅能实现管件的局部延伸,也能实现整个管件的延伸。 胀形过程可分为：“轴向无收缩”和“轴向有收缩”变形方式。
（ A）轴向无收缩变形：胀形部位彻底靠管坯壁厚的表面变薄而成形，变形特性是在管材毛坯上端的局部成形，管材下端壁厚不变薄（见图1)。如管件三通的胀形是“轴向无收缩变形”。
图1
（ B）轴向有收缩变形：管坯扩张部壁厚局部变薄同时,还伴随某种管坯在轴向上的自由收缩(见图2),例如管件U槽的形成是在局部变薄的基础上形成的,这是"轴向有收缩变形"。
图2
管件在生产过程中要经过下料、弯管、成型（冷挤压、胀型）等多道工序 。
2壁厚对关键连接的影响
管件卡压式连接原理：通过结合不锈钢本身有效的钢性,以及密封材料弹性和压缩率的原理,在管件承接口的U型槽两侧用卡压工具压接，使管件和管材同时收缩变形（压缩成六角形），起到定位和调节作用，进而提高抗拉拔和抗旋转能力，实现不锈钢管道快速连接。
由此可看出，它是依照不锈钢的自身钢性，靠压接收缩进行连接，所以管材与管件的壁厚起着重要作用。如果管材与管件的壁厚不一致，钢性会有差别，从而压接受力会不平衡。
如:卡压管规格 GB/T 19228.2-2011中对系列管的壁厚规定为 15.9mm的壁厚为0.8mm( 22.2mm管规格为 1.0mm);而卡压管件标准GB/T 19228.1-2011中规定对应规格管件最小壁厚为0.6mm（22.2最小壁厚为0.8mm），管子和管件要求的壁厚不一致,允许管子的最小壁厚比管子薄0.2mm。
管件的作用:分支、弯曲、变径、接头等,起的作用功能性比较大。如果管件与管材的壁厚不一致，钢性会有差异。其次,因管件的弯头外则和 U形凹槽的厚度严重变薄,产品质量与功能下降,如降低壁厚或采用负公差管材来减少产品价格,有的弯管外侧的壁厚仅为 0.5 -5.8毫米,不足y以满足壁厚0.6毫米的要求。而有的胀型工艺生产管件，U型槽的壁厚只有0.4mm多点）。
三、使用中对壁厚的确认与选择
关键词：确认选择
管子的作用是用于连接管材,使管材能够改变方向和孔径。因此,管道在正常情况下都是相互配套的,而且壁厚的要求是相同的。
（1）首先管材和管道件规格相吻合;
（2）管道件与管壁厚度必须一致,这对压焊安全可靠性具有重要的意义;
（3）应检查弯曲外则的厚度是否符合标准要求;
（4）检验“三通拉管”“U槽”的壁厚,管壁过薄,不会达到拉伸和压合强度的要求,也会造成隐患。
由于卡压式连接是用壁厚变形与紧固件形成密封,而管壁过薄则无法满足表面压接变形强度要求,容易出现漏水或渗漏等不良事件。
四、固溶工序的防腐功能及寿命的影响
关键词：固溶、防腐
管件加工处理过程,直接影响金属零件的疲劳性能,影响该金属疲劳性能的工艺包括：焊接、磨削、挤压等作业会造成管件的拉力增加,导致金属疲劳失效加速,降低不锈钢寿命,因此,还需进行固溶 (热处理)工艺。
1、管件在成形、焊接之后,通过1050C左右温度可将钢管内应力释放,使不锈钢钢管的应力变化及晶间变形恢复到以前的状态,从而增强其抗应力及晶间腐蚀的性能。
2、其优点在于可以将不锈钢硬度还原到 220HV以下,提高了抗疲劳性能,提高塑性和韧性,使管件在拉拔过程中具有较高的安全性能。
3、可充分还原不锈钢表面自然光亮,使管件更加美观自然。
五、不锈钢管件生产控制与改善
关键词：控制、改善
1采购中控制不锈钢材料的质量
现阶段,市场上原料存在不同质量和以次充好的现象,在原料选择上应该严格把握、管控。
首先,对供应商进行评审和选择,建立供货商评审报告,建立质量记录,采购资料必须清楚完整。
其次要有生产厂家的质量检验报告。
再次对采购回厂的原料进行检测和分析,建议采购大厂家的原材料。当前市场上原材料存在质量不同、以次充好的现象，在原材料采购过程中要严格掌握与控制。
2合理工艺何技术促使，控制管件壁厚
挤压模塑的最大优点在于:在挤压过程中通过b补料方法使“U型槽”和“三通拉口”壁厚不变薄,从而达到产品的质量要求。
同时,胀型工艺的优势是加工性能稳定,表面光洁回弹小,但其不足之处是管道壁厚增薄。
无论采用挤压技术还是胀型技术,控制管壁厚度和品质是第一前提,这也是企业对成本、品质、技术的要求的特定体现。
国内市场常有厂家销售价格过低的不锈钢水管,其中多数是以牺牲不锈钢管壁厚、强度为代价的,这为不锈钢薄壁管道的连接及使用安全带来了隐患。
3固溶是提高管件质量不可缺失的工序
固溶过程消除了生产过程的应力和晶间差异,这是很显然的。固溶虽然在每吨的成本上会增加二千六百到两千八百元之间,但它是对提高管道防腐蚀能力的重要措施,需要在管件制作后对管件进行固溶处理,才能真正起到防腐保护的作用,不可忽视。
六、未来中国不锈钢管道市场
关键词：结束语
未来中国不锈钢管道市场将会有飞速的发展,并会向多方面发展,这无疑是目前发展的趋势,这一点毋庸置疑，作为企业如何应对发展,更要抓好不锈钢材料、成型工艺、壁厚变化和固溶(热处理)等品质管理,把产品质量、技术规范执行和指导贯穿其中。
提高使用者的认知率、方便使用者使用和维修,提高不锈钢供水管道的市场知名度、市场占有率和使用效益。推进多领域不锈钢管道应用是一个系统工程,同时也需要各部门、各方面的共同协作和辛勤付出。
1成本与性价比
1、与普通镀锌管相比,不锈钢管一次性投资费用是普通镀锌管的两倍左右,比塑料聚氯乙烯或复合水管高出约50%。但如果考虑到j建筑物整个生命周期的成本,不锈钢管道的平均成本优势是非常明显的。
不锈钢管道的寿命一般在 70年,镀锌管约 10年。更换钢管的成本较一开始的投资高很多。不锈钢管道是目前使用寿命最大的管道。
2不锈钢管道壁厚
2、从安全、经济等考虑,建议DN15-DN50的不锈钢管使用 GB/T19228.2-2011标准中规定的 II系列壁厚,DN65—DN100的不锈钢水管的厚度选择采用 GB/T19228.2 -2011标准中规定的 I系列壁厚,为薄壁不锈钢水管的最佳选材标准。
3安装使用后保护
3、不锈钢具有很好的抗腐蚀性能,但在微酸、微碱环境中长期放置,不锈钢也会遭到腐蚀。不仅不锈钢制品外观被腐蚀,晶间结构也受到腐蚀。
其次,高湿的环境对于不锈钢也有侵蚀作用。如果不锈钢长期处于高温环境中,也会导致产品腐蚀,并且在灰尘环境下不锈钢制品的性能会降低。
4注重管道打压试验用水
4、必须采用洁净的自来水进行冲洗,绝不能用建筑污水、不洁净的河水、井水、或地下水做冲洗试验,否则将会引起不锈钢管道的腐蚀。