CN101011707A - 钻铤用厚壁无缝钢管的制作工艺 - Google Patents

钻铤用厚壁无缝钢管的制作工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钻铤用厚壁无缝钢管的制作工艺，该工艺包括有以下步骤：①管坯准备、②缩径穿孔、③缩径轧管、④定径、⑤超声波探伤、⑥几何尺寸精度至成品入库。本发明的效果是该工艺省去了管坯的退火工序、管坯镗孔的工序，加工企业节省了建设加工厂房和购置深孔镗床的资金，更重要的是可以使生产效率成倍增加，使得加工企业的产量和效益大幅增加。另外因采用该工艺生产的钢管用料，也保证了加工企业钻铤质量的稳定性。对于加工企业来说，使用热轧钻铤管可以极大地提高产量和质量。

Description

钻铤用厚壁无缝钢管的制作工艺
技术领域
本发明涉及一种专用厚壁钢管的轧制工艺方法，特别是以石油开采为主的钻铤用厚壁无缝钢管的制作工艺。
背景技术
石油开采用的钻铤，用在环境恶劣的油井最底层，对其要求的各项性能指标非常高，国内外的加工企业在生产钻铤时，通用的生产工艺流程是：电炉炼钢、铸锭，然后将铸锭轧制成圆管坯或锻造成圆管坯，退火后经深孔镗床加工成所需要规格的钢管再制成钻铤。加工过程需铸锭的开坯或锻造，以满足对性能的要求。该工艺需购置深孔镗床和刀具，进行内孔的加工，加工周期长，废品率高，加工中有三分之一的金属掏空成铁屑。整个过程加工成本高，限制了一个企业产能的提高。若直接采用连铸圆管坯，经加热、穿孔、阿塞尔轧管和定径工序生产成一定规格的钢管，省去了通常的大部分的加工工序，对于加工企业来说急不可待。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供可以直接加工的钻铤用无缝钢管，此钢管满足几何尺寸和性能的要求。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种钻铤用厚壁无缝钢管的制作工艺，该工艺包括有以下步骤：
①管坯准备：采用优质废钢+海绵铁为原料，控制炼钢采用超高功率电弧炉熔炼，由偏心炉底出钢，确保留钢留渣，无渣出钢；
精炼时采用钢包炉全程吹氩搅拌，钢水经真空脱气和喂硅-钙丝处理，确保钢水成分的稳定和纯净；
进行电磁搅拌和雾化冷却，确保铸坯表面质量；
管坯直径为210mm-250mm，管坯长度3.8米，经中径为21米的环行炉均匀加热，加热温度为1250-1280℃，管坯断面的温差≤10℃，使管坯壁厚均匀；
②缩径穿孔：在锥形穿孔机上实施缩径穿孔，为提高壁厚的均匀度和钢管性能，采用缩径穿孔工艺，使管坯经过穿孔后，毛管的直径小于管坯的直径；对直径210mm的管坯穿孔后的毛管直径为203-205mm，对直径250mm的管坯穿孔后毛管直径243-245mm，以保证毛管断面的壁厚差≤4mm；
③缩径轧管：采用阿塞尔轧机进行缩径轧管，阿塞尔轧机为限动式，为提高钢管的性能，采用直径为70mm-90mm的芯棒并结合改变碾轧角由5°调整为3.5°，实现轧管生产的减径量为50mm-30mm；
④定径：定径机采用14机架三辊微张力定径机，为保证钢管内表面防止产生内六方缺陷，采用正宽展量的定径孔型；为保证钢管头尾壁厚与钢管中部的壁厚一致，采用定径机的主电机与辅电机转速趋于一致的速度，达到减径率为20％-26％，钢管壁厚为37mm-50mm，使钢管金相组织达到晶粒度级别达4-5级；
⑤超声波探伤：采用超声波探伤检测钢管的内在质量，样管刻槽横向和纵向深度≤1mm；
⑥几何尺寸精度：成品管的几何尺寸精度达到外径：±0.5％，壁厚：±4％。
为保证钢管的直度，钢管经定径后，采用链式冷床冷却，钢管在冷床上前行的同时进行反向旋转，确保钢管直度；为降低钢管的内应力，通过矫直机采取在200度以上的温度实施温矫。
本发明的效果是该工艺省去了管坯的退火工序、管坯镗孔的工序，加工企业节省了建设加工厂房和购置深孔镗床的资金，更重要的是可以使生产效率成倍增加，使得加工企业的产量和效益大幅增加。另外因采用该工艺生产的钢管用料，也保证了加工企业钻铤质量的稳定性。对于加工企业来说，使用热轧钻铤管可以极大地提高产量和质量。
具体实施方式
结合实施例对本发明的工艺过程加以说明。
本发明的钻铤用厚壁无缝钢管的制作工艺保证了合格钻铤用管的生产，其工艺流程为：
管坯准备：原料采用优质废钢+海绵铁，有效控制五害元素(砷、锡、铅、锑、铋)的残余量。炼钢采用超高功率电弧炉熔炼，偏心炉底出钢保证了留钢留渣，无渣出钢。钢包炉精炼全程吹氩搅拌，钢水经真空脱气和喂硅-钙丝处理，保证了成分的稳定和纯净；电磁搅拌和雾化冷却保证了铸坯表面质量。
管坯直径为210mm-250mm，管坯长度3.8米，经中径为21米的环行炉加热到1250-1280℃，加热温度均匀，管坯断面的温差≤10℃，为提高钢管壁厚均匀度奠定了基础。
缩径穿孔：在锥形穿孔机上实施缩径穿孔。一般穿孔工艺绝大多数为扩径生产，本发明为提高壁厚的均匀度和提高性能，采用缩径穿孔工艺，使管坯经过穿孔后，毛管的直径小于管坯的直径。对直径210mm的管坯穿孔后的毛管直径为203-205mm，对直径250mm的管坯穿孔后毛管直径243-245mm。这样就可以保证毛管断面的壁厚差≤4mm；
缩径轧管：阿塞尔轧机采用缩径轧管，阿塞尔轧机为限动式，德国MEER公司制造，轧辊最大直径500mm。为提高钢管的性能，打破常规的工艺制度，采用小直径的70mm-90mm的芯棒并结合改变碾轧角的方法，即由原来的碾轧角5°调整为碾轧角3.5°，使毛管的减径量达50mm-30mm，实现了轧管生产中的大减径量。
定径：定径机采用14机架三辊微张力定径机，为保证钢管内表面防止产生内六方缺陷，采用正宽展量的定径孔型；为避免钢管出现头尾壁厚与管中部的壁厚不一致缺陷，使定径机的主电机与辅电机的转速趋于一致，这样就可以达到减径率为20％-26％，钢管壁厚37mm-50mm，使钢管金相组织达到晶粒度级别4-5级；
超声波探伤：严格的超声波探伤保证了钢管的内在质量，样管刻槽横向和纵向深度只有1mm。
几何尺寸精度：成品管的几何尺寸精度达到外径：±0.5％，壁厚：±4％。
为保证钢管的直度，钢管经定径后，采用链式冷床冷却，钢管在冷床上前行的同时进行反向旋转，确保钢管直度；为降低钢管的内应力，通过矫直机采取在200度以上的温度实施温矫。
实施例：以Φ121mm钻铤用管为例
1.炼钢的成分控制
通过电炉炼钢+炉外精炼+真空脱气工艺，使得钢的成分控制达到如下水平：
  炉号   C    Si    Mn   Cr    Mo    Cu    S    P    Ni    Al
  657271-1   0.45   0.23   0.91   0.91   0.15   0.103   0.005   0.20   0.042   0.016
  657271-  0.4   0.23   0.91   0.92   0.15   0.102   0.006   0.021   0.043   0.015
  2   4
2.穿孔、阿塞尔和定径工艺控制主要参数：
Φ121mm钻铤用管轧制表
            项目     工艺参数
    管坯     直径     Φ210mm
    长度     3300mm
    单重     891kg
穿孔     穿后规格     Φ206×41
    辊距     176mm
    导距     197mm
    顶头直径     110mm
    顶头前伸量     85mm
    延伸系数     1.67
轧管     轧后规格     Φ170×38
    孔喉直径     165mm
    芯棒直径     90mm
    送进角     6°
    辗轧角     4°
    延伸系数     1.36
定径     轧后规格     Φ121×38mm
    延伸系数     1.54
    成品规格     121×37
    总延伸系数     3.5
3.采用超声波探伤保证了钢管的内在质量，样管刻槽横向和纵向深度只有1mm。
4.晶粒度 热轧管的晶粒度控制水平达到5级。
通过以上工艺的实施，保证了生产出合格钻铤用钢管。

Claims (1)

1、一种钻铤用厚壁无缝钢管的制作工艺，该工艺包括有以下步骤：
①管坯准备：采用优质废钢+海绵铁为原料，炼钢采用超高功率电弧炉熔炼，由偏心炉底出钢，确保留钢留渣，无渣出钢；
精炼时采用钢包炉全程吹氩搅拌，钢水经真空脱气和喂硅-钙丝处理，确保钢水成分的稳定和纯净；
进行电磁搅拌和雾化冷却，确保铸坯表面质量；
管坯直径为210mm-250mm，管坯长度3.8米，经中径为21米的环行炉均匀加热，加热温度为1250-1280℃，管坯断面的温差≤10℃，使管坯壁厚均匀；
②缩径穿孔：在锥形穿孔机上实施缩径穿孔，为提高壁厚的均匀度和钢管性能，采用缩径穿孔工艺，使管坯经过穿孔后，毛管的直径小于管坯的直径；对直径210mm的管坯穿孔后的毛管直径为203-205mm，对直径250mm的管坯穿孔后毛管直径243-245mm，以保证毛管断面的壁厚差≤4mm；
③缩径轧管：采用阿塞尔轧机进行缩径轧管，阿塞尔轧机为限动式，为提高钢管的性能，采用直径为70mm-90mm的芯棒并结合改变碾轧角由5°调整为3.5°，实现轧管生产的减径量为50mm-30mm；
④定径：定径机采用14机架三辊微张力定径机，为保证钢管内表面防止产生内六方缺陷，采用正宽展量的定径孔型；为保证钢管头尾壁厚与钢管中部的壁厚一致，采用定径机的主电机与辅电机转速趋于一致的速度，达到减径率为20％-26％，钢管壁厚为37mm-50mm，使钢管金相组织达到晶粒度级别达4-5级；
⑤超声波探伤：采用超声波探伤检测钢管的内在质量，样管刻槽横向和纵向深度≤1mm；
⑥几何尺寸精度：成品管的几何尺寸精度达到外径：±0.5％，壁厚：±44％。
为保证钢管的直度，钢管经定径后，采用链式冷床冷却，钢管在冷床上前行的同时进行反向旋转，确保钢管直度；
为降低钢管的内应力，通过矫直机采取在200度以上的温度实施温矫。
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