CN101444793B - 生产拖车用大口径高压气瓶的无缝钢管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生产拖车用大口径高压气瓶的无缝钢管的制造方法，属于无缝钢管制造领域。所要解决的技术问题是在低的生产成本下，满足生产外径∮406～610mm的拖车用大口径高压气瓶无缝钢管，满足几何尺寸精度和内外表面质量要求。本发明的技术方案：以∮500～600mm圆连铸坯为坯料，将连铸坯穿孔后经20英寸皮尔格轧机轧制，再经100吨拉拔式扩径机组扩制而成。其中皮尔格轧机轧制的管坯壁厚公差S-8+10％，极差≤2.5mm；100吨拉拔式扩管机组扩制时，总扩径率≤35％。管坯每加热一次：扩径率控制在25％以下，进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，同时最后1次扩制温度必须大于780℃。

Description

生产拖车用大口径高压气瓶的无缝钢管的制造方法

技术领域

本发明涉及生产拖车用大口径高压气瓶的无缝钢管的制造方法，属于无缝钢管制造领域

背景技术

近年来，高压气瓶的制造已从采用钢坯经冲孔拉拔制成转向采用薄壁无缝钢管制成，并已成为世界发展趋势。车用CNG拖车瓶和加气站用气瓶需求量大量增加，市场上对大直径气瓶管的需求量也随之增加。气瓶用无缝钢管除了要求钢管的强度等力学性能满足要求外，还要求重量轻，减少不必要的负担，因此对气瓶管的直径、壁厚等几何尺寸精度及内外表面质量要求较高，目前能够生产气瓶管的厂家很少，成本较高。国内该品种规格的钢管均从意大利达尔明钢管厂进口。意大利达尔明钢管厂，坯料采用连铸园坯，由MPM限动芯棒连轧管机供管坯，再采用先进的斜轧扩径机生产工艺生产该品种。该先进的工艺设备是现代生产大直径、中薄壁无缝钢管的最佳方法。但设备投资巨大，成本过高。

江苏诚德钢管股份有限公司开发出了用于制造气瓶用热轧大直径无缝钢管，钢管牌号4130X，钢管外径(D)∮559mm，允许偏差±1.0％；钢管壁厚(S)17.0mm，允许偏差0～+25％。江苏诚德钢管股份有限公司坯料采用连铸圆坯经二次穿孔的生产工艺生产该品种高压气瓶钢管。该生产工艺生产的高压气瓶钢管，产品的尺寸精度差、内、外表面质量差，产品质量不能满足要求，需要通过内外表面机械修磨达到。且产量低、生产成本高。

拖车使用的是大口径高压气瓶管是由大直径中、薄壁厚无缝钢管制备而成的。所使用的无缝钢管直径更大，长度也更长，有时还要求壁更薄，要求有更高的性能，故更难以生产。高质量的大口径高压气瓶用无缝钢管要求：(1)钢管外径∮406～610mm；(2)钢管壁厚10～25mm；(3)钢管长度达11.0m；(4)钢管要通过国家标准GB/T5777中C5当量的超声波探伤；(5)钢管的强韧性好，尤其是在低温下具有较高的冲击性能-40℃冲击值≥40J；(6)屈强比≤0.85；(7)钢管的壁厚公差S±12.5％，且要求钢管横、纵向壁厚均匀，钢管壁厚精度高。本发明要解决的技术问题是提供一种新的生产成本低，产品几何尺寸精度、内外表面质量高的符合要求的制备拖车用大口径高压气瓶中、薄壁厚无缝钢管的制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新的生产成本低，产品几何尺寸精度、内外表面质量高的符合要求的制备拖车用大口径高压气瓶中、薄壁厚无缝钢管的制备方法。

该方法的方案为将∮500～600mm圆连铸穿孔后经20英寸皮尔格轧机轧制，再经100吨拉拔式扩径机扩制而成。其中，20英寸皮尔格轧机轧制的管坯壁厚公差S_-8 ⁺¹⁰％，极差≤2.5mm。

本发明方法中100吨拉拔式扩管机组扩制时，采用小变形量多道次的变形方式，总扩径率≤35％，确保成品钢管的尺寸精度；所述小变形量多道次的变形方式是指管坯每加热一次：扩径率控制在25％以下，进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，同时最后1次扩制温度必须大于780℃。

进一步的，该方法包括以下步骤：

a、准备∮500～600mm连铸坯作为坯料；

b、∮500～600mm连铸坯加热：∮500～600mm圆连铸坯在环形炉加热时，要求圆连铸坯在炉内排列的间距为600mm，炉膛保持还原性气氛，加热时间8～12小时，出炉钢温1240～1270℃；

c在线热定心：经环形炉加热的∮500～600mm圆连铸坯采用在线机械热定心，其定心孔中心偏差要求≤5mm；

d加热后的∮500～600mm圆连铸坯采用二辊斜轧穿孔机穿孔制备毛管：要求穿孔后的毛管目视平直，全长外径大小一致；

e将毛管送入20英寸皮尔格轧机上轧制生产管坯。其中管坯壁厚公差S_-8 ⁺¹⁰％，极差≤2.5mm。

本发明方法中100吨拉拔式扩管机组扩制时，采用小变形量多道次的变形方式，总扩径率≤35％，确保成品钢管的尺寸精度；所述小变形量多道次的变形方式是指管坯每加热一次：扩径率控制在25％以下，进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，同时最后1次扩制温度必须大于780℃。

进一步的，该方法包括以下步骤：

a、准备∮500～600mm连铸坯作为坯料；

b、∮500～600mm连铸坯加热：∮500～600mm圆连铸坯在环形炉加热时，要求圆连铸坯在炉内排列的间距为600mm，炉膛保持还原性气氛，加热时间8～12小时，出炉钢温1240～1270℃；

c在线热定心：经环形炉加热的∮500～600mm圆连铸坯采用在线机械热定心，其定心孔中心偏差要求≤5mm；

d加热后的∮500～600mm圆连铸坯采用二辊斜轧穿孔机穿孔制备毛管：要求穿孔后的毛管目视平直，全长外径大小一致；

e将毛管送入20英寸皮尔格轧机上轧制生产管坯。其中管坯壁厚公差S+10-8％，极差≤2.5mm；

f将20英寸皮尔格轧机生产的管坯转至100吨拉拔式扩管机组，采用100吨拉拔式扩管机组，用小变形量多道次的变形方式扩制成最终成品管，总扩径率≤35％，确保成品钢管的尺寸精度；所述小变形量多道次的变形方式是指管坯每加热一次，扩径率控制在25％以下，进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，最后一次扩制温度必须大于780℃；管坯加热在步进炉内进行，炉膛保持还原性气氛，加热时间60～80分钟，加热温度1000～1080℃。

上述制造方法中所述生产拖车用大口径高压气瓶的大直径无缝钢管钢管外径∮406～610mm，壁厚10～20mm，钢管的壁厚公差S±12.5％。

具体地，本发明生产拖车用大口径高压气瓶的无缝钢管钢管的制造方法是由以下步骤完成：

(1)坯料：以经LF精炼炉+VD真空处理冶炼的∮500～600mm圆连铸坯作为坯料。

(2)坯料加热：坯料加热是在环形加热炉中完成。∮500～600mm圆连铸坯在环形炉加热时，要求圆连铸坯在炉内排列的间距为600mm，炉膛保持还原性气氛，加热不得出现阴阳面、加热不透、过热或过烧现象，加热时间8～12小时，出炉钢温1240～1270℃；

(3)在线热定心：经环形炉加热的∮500～600mm圆连铸坯采用在线机械热定心，其定心孔中心偏差要求≤5mm。

(4)二辊斜轧穿孔机穿孔：根据不同的生产规格，选择相应的穿孔顶头尺寸，毛管外径控制≤650mm，确保穿孔后毛管长度≤4.2m，要求穿孔后的毛管目视平直，全长外径大小一致。

(5)20英寸皮尔格轧机：该钢管的变形主要是在20英寸皮尔格轧机(又称周期式轧管机)上完成的。根据轧制规格选择轧制孔型尺寸及芯棒尺寸，芯棒长度应保证穿入毛管后露出400mm。按轧制壁厚、轧制温度及轧制品种等因素选择适宜喂入量，保证壁厚均匀，表面无凸包和外折。管坯壁厚公差S_-8 ⁺¹⁰％，极差控制在≤2.5mm。

(6)100吨拉拔式扩管机组将20英寸皮尔格轧机提供的管坯，经水压扩口机将管端扩成喇叭口后，在步进加热炉整体加热，加热(已带有喇叭口)后的管坯送到100吨拉拔式扩管机上扩制。

其中，管坯尺寸的选择：由于100吨拉拔式扩管机金属变形的主要特点是管坯直径增大、壁厚减薄，而管壁变化时，根据金属塑性流动的最小阻力定律，管壁径向壁厚变化的趋势是“薄点越薄”，所以根据供管坯的机组能力，应尽量提供大尺寸的管坯，以减小100吨拉拔式扩管机的扩径率，分配在100吨拉拔式扩管机的总扩径率应≤35％。

扩径率计算公式：E＝(D2-D1)/D1*100％

式中D1、D2分别为扩管前后的外径。

扩管时，管坯在步进炉内加热，炉膛保持微还原性气氛，加热不得出现阴阳面、过热或过烧现象，加热时间60～80分钟，加热温度1000～1080℃。

拉拔式扩管机组扩径率的分配原则：管坯每加热一次：扩径率控制在25％以下，进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，最后一次扩制温度必须大于780℃。根据所提供的管坯尺寸、成品管尺寸及上述原则确定加热次数。

(7)成品管经立式压力矫直机矫直→精整→超声波探伤→包装入库。

本发明有益效果在于开发了采用∮500～600mm圆连铸坯经20英寸皮尔格轧机上轧制供管坯，再经100吨拉拔式扩管机组扩制的生产工艺，通过采用独特的制造工艺技术，生产出满足要求的高质量大直径、中薄壁厚拖车用高压气瓶无缝钢管。本发明方法工艺简单、成本低，产量大，适合大工业生产，为本领域提供了一种新的选择。

具体实施方式

1、生产要求规格及钢种，即本发明实施例要求制备得到的钢管品种，具体指标见表1。

表1

注：钢级是采用ASTM A519标准中的4130。

公称壁厚：指定用于为设计，这种使用是与实际壁厚相区别，实际壁厚可在公称的上下波动。

最小壁厚：指定用于为设计的最小壁厚，这种使用是与实际壁厚相区别，实际壁厚可在最小壁厚以上波动。

通常用户可采用公称壁厚或最小壁厚二种形式中的一种形式订货。

2、使用本发明方法生产钢管

2.1、工艺流程

∮500～600mm圆连铸坯→环形炉加热→热定心→斜轧穿孔→20英寸皮尔格轧机轧制→转100拉拔式扩径机组→管端加热→管端扩口→管坯加热→扩拔机扩制→矫直、精整、包装→入库。

(1)坯料：经LF精练炉+VD真空处理冶炼的∮500～600mm圆连铸坯，规格见表2。

表2圆连铸坯规格

编号	连铸坯(直径mm/吨)
		1	∮600/3.4
2	∮600/3.9
		3	∮600/4.2

(2)坯料加热：坯料加热是在环形加热炉中完成。圆连铸坯在环形炉加热时在炉内排列的间距为600mm，炉膛保持微还原性气氛，加热不得出现阴阳面、加热不透、过热或过烧现象。加热时间8～12小时，出炉钢温1240～1270℃。具体参数见表3。

(3)在线热定心：经环形炉加热的∮500～600mm圆连铸坯采用在线机械热定心，其定心孔中心偏差要求≤5mm。

(4)二辊斜轧穿孔机穿孔：根据不同的生产规格，选择相应的穿孔顶头尺寸，毛管外径控制≤650mm，确保穿孔后毛管长度≤4.2m，要求穿孔后的毛管目视平直，全长外径大小一致。

(5)皮尔格轧机：该钢管的变形主要是在20英寸皮尔格轧机(又称周期式轧管机)上完成的。根据轧制规格选择轧制孔型尺寸及芯棒尺寸，芯棒长度应保证穿入毛管后露出400mm。按轧制壁厚、轧制温度及轧制品种等因素选择适宜喂入量，保证壁厚均匀，表面无凸包和外折。管坯壁厚公差S+10-8％，极差控制在≤2.5mm。该机组提供的管坯几何尺寸精度直接影响到成品钢管的几何尺寸精度，轧制具体参数见表3。

(6)100吨拉拔式扩管机组将20英寸皮尔格轧管机组生产的管坯扩制成最终成品管。扩制、加热工艺参数见表4。

表4扩制工艺参数

(7)成品管几何尺寸见表5。

表5产品的几何尺寸

(8)试样热处理性能见表6。

表6试样的性能检测结果

以上结果显示：本发明方法采用∮500～600mm圆连铸坯由20英寸皮尔格轧管机组制管坯，再经100吨拉拔式扩管机组扩制。可获得产品几何尺寸精度高、内外表面质量和力学性能符合要求的拖车用大口径气瓶无缝钢管，方法简单成本低，产量大，适合大工业生产。

Claims (3)

1.用于生产拖车用大口径高压气瓶无缝钢管的制造方法，其特征在于：它是将∮500～600mm圆连铸坯穿孔后经20英寸皮尔格轧机轧制，再经100吨拉拔式扩径机组扩制而成，20英寸皮尔格轧机轧制的管坯壁厚公差S_-8 ⁺¹⁰％，极差≤2.5mm；其中，所述100吨拉拔式扩管机组扩制时，采用小变形量多道次的变形方式，总扩径率≤35％，确保成品钢管的尺寸精度；所述小变形量多道次的变形方式是指管坯每加热一次：扩径率控制在25％以下，进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，同时最后1次扩制温度必须大于780℃。

2.用于生产拖车用大口径高压气瓶无缝钢管的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

a、准备符合要求的∮500～600mm圆连铸坯作为坯料；

b、圆连铸坯加热：∮500～600mm圆连铸坯在环形炉加热时，要求圆连铸坯在炉内排列的间距为600mm，炉膛保持还原性气氛，加热时间8～12小时，出炉钢温1240～1270℃；

c在线热定心：∮500～600mm圆连铸坯采用在线机械热定心，其定心孔中心偏差要求≤5mm；

d二辊斜轧穿孔机穿孔制备毛管：毛管外径控制≤650mm，确保穿孔后毛管长度≤4.2m；

e将毛管送入20英寸皮尔格轧机上生产管坯；其中管坯尺寸精度为壁厚公差S_-8 ⁺¹⁰％，极差≤2.5mm；

f将20英寸皮尔格轧机生产的管坯转至100吨拉拔式扩管机组，采用100吨拉拔式扩管机组，用小变形量多道次的变形方式扩制成最终成品管，总扩径率≤35％，确保成品钢管的尺寸精度；所述小变形量多道次的变形方式是指管坯每加热一次，扩径率控制在25％以下，进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，最后一次扩制温度必须大于780℃；管坯加热在步进炉内进行，炉膛保持还原性气氛，加热时间60～80分钟，加热温度1000～1080℃。

3.根据权利要求1或2所述的用于生产拖车用大口径高压气瓶无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述用于生产拖车用大口径高压气瓶的无缝钢管的外径∮406～610mm，壁厚10～25mm，钢管的壁厚公差S±12.5％，长度达11米。