CN102039313A - 大口径气瓶用无缝钢管的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生产大口径气瓶用无缝钢管的方法，特别是采用顶推式扩径生产大口径气瓶用无缝钢管的方法，属于无缝钢管制造领域。本发明所要解决的技术问题是提供一种生产几何尺寸精度高、内外表面质量好的大直径高压气瓶用无缝钢管的方法。本发明的技术方案是：圆连铸坯由340MPM限动芯棒连轧管机组制成管坯，再经顶推式扩径而成。其中，340MPM连轧机组供管坯的全长壁厚公差

Description

大口径气瓶用无缝钢管的生产方法

技术领域

本发明涉及采用顶推式扩径方式生产大口径气瓶用无缝钢管的方法，属于无缝钢管制造领域。

背景技术

随着世界能源的紧缺，天然气的开发势在必行。而我国天然气地藏丰富，尤其是西部地区，开发和使用天然气有得天独厚的地源优势。压缩天然气(CNG)作为城市交通能源经济又环保的绿色能源，已得到了广泛的应用。

管束拖车主要用于运输和储藏压缩天然气(CNG)，大型高压无缝容器的安全、可靠、节省空间、安装方便等优势得到了用户的一致好评，其流动、方便的运输特性为城市通用设施流动供气，为固定加气站的气体运输提供了极大的便利。

大口径长管束拖车用气瓶主要原材料是大口径无缝钢管。由于使用环境恶劣，在使用过程中温度范围变化大，承载着巨大压力，因此，为了保证该拖车在使用过程中的安全，必须要求大口径拖车用气瓶用无缝钢管的钢质纯净度高、强度高、塑性、韧性好、几何尺寸精度高，表面质量好。因而生产难度大。

目前采用热轧生产该品种无缝钢管有以下工艺形式：

(1)连轧管机组+斜轧扩径机；

坯料采用连铸园坯，由340MPM限动芯棒连轧管机供管坯，再采用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口径、中薄壁厚无缝钢管的最佳方法，但投资成本非常大。目前意大利达尔明钢管厂、天津无缝钢管公司均采用此工艺。

(2)斜轧穿孔+均整机+钢管内外表面整体机械修磨；

采用钢坯经穿孔，均整机均匀壁厚，最后通过对钢管的整体机械修磨，才能满足该产品的要求。该生产工艺成本低，但修磨量大，金属消耗多。

(3)∮508周期轧管+拉拔式扩管或∮340连轧管+拉拔式扩管；

生产工艺简便，成本低，但钢管的壁厚精度难以满足要求。

(4)连铸圆坯经二次穿孔+钢管内外表面整体机械修磨

据高新产品网(www.chinahtp.com)报道，江苏诚德钢管股份有限公司开发用于制造气瓶用热轧大口径无缝钢管，钢管牌号4130X，钢管外径∮599mm，允许偏差±1.0％D，钢管壁厚17.0mm，允许偏差0～+25％S。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。

为了适应高压气瓶的迅速发展的需求，开发生产成本低，几何尺寸精度高、内外表面质量高的大口径长管束拖车气瓶用无缝钢管，尤其是生产外径∮559mm，外径公差±1％；壁厚10～20mm，壁厚公差0～+25％，长度达11.0～12.5m，每支钢管的实际重量小于或等于中间壁厚的理论重量值的高压气瓶钢管的方法已成为当务之急。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生产几何尺寸精度高、内外表面质量好的大直径高压气瓶用无缝钢管的方法。尤其是生产外径∮559mm，外径公差±1％；壁厚10～20mm，壁厚公差0～+25％，长度达11.0～12.5m的高压气瓶钢管。且要求每支钢管的实际重量小于或等于中间壁厚的理论重量值。

本发明的技术方案：以圆连铸坯为坯料，采用340MPM限动芯棒连轧管机+顶推式扩径法生产。其特征在于：顶推式扩径过程中，加热钢管的温度应控制在900～950℃，推制速度：90～120mm/min。优选100-110mm/min。

顶推式热扩径的方法一般采用中频感应加热，在交变磁场的作用下，钢管内部产生涡流，将电能转变为热能。涡流的渗透力与频率有关，频率低则渗透力越强，反之则弱。顶推式热扩径时，顶头不动，而传动装置将钢管以一定速度推上顶头进行扩径；同时，采用感应加热使钢管在变形区域或紧靠变形区域时进行加热。推制速度是单位时间内传动装置推动钢管前进的距离。推制速度过快，造成扩管温度降低，会导致低温扩管撕裂；推制速度过慢，致使推制温度上升，产生鼓包、堆钢等缺陷，同时还会降低工具使用寿命。

本发明顶推式扩径过程中时是一道次扩径，总扩径量：控制在200～205mm。

340MPM限动芯棒连轧管机组制成管坯时，控制荒管壁厚公差

荒管壁厚极差1.0～1.8mm，优选1.0～1.5mm。

具体实施方式之一，包括以下步骤：

a、坯料加热：炉膛保持微还原性气氛；

b、锥形辊穿孔机穿孔：根据不同的生产规格，选择相应的穿孔顶头尺寸，毛管外径控制在428～432mm；

c、340MPM连轧管机组轧管：5个机架与水平面呈45°角，相互间呈90°角交叉布置；

d、脱管：3机架脱管机在线脱管，入口速度与连轧机出口速度自动相匹配，在线将荒管从芯棒上脱出；

e、顶推式扩径：采用顶推式扩径机将340MPM连轧管机组生产的荒管扩制成生产大口径气瓶用无缝钢管。

其中，步骤a采用规格为∮350mm和∮388mm圆连铸坯进行加热，∮350mm圆连铸坯加热时间240～300分钟；∮388mm圆连铸坯加热时间330～390分钟，出炉钢温1230～1250℃。

d步骤脱管后的荒管热外径∮367～365mm，壁厚：13.25～24.5mm。

e步骤顶推式扩径过程中中频感应加热。

其中，所述的中间壁厚的理论重量值：以壁厚公差为0～+25％为例，按最小壁厚计算，壁厚等于10mm既最小壁厚为10mm，最大壁厚为(10+10×25％)＝12.5mm，中间壁厚为：(10+12.5)÷2＝11.25mm，按此壁厚计算的理论重量值称为“中间壁厚的理论重量值”。

本发明采用圆连铸坯由340MPM限动芯棒连轧管机供管坯，再经顶推式扩径机组扩径的生产，生产出满足外径559mm、壁厚10～20mm、长度11.0～12.5米及单支重量轻的高压气瓶管，钢管的尺寸精度高、内外表面质量好。且采用该工艺生产简单，成本低。且要求每支钢管的实际重量小于或等于中间壁厚的理论重量值。

具体实施方式

本发明以圆连铸坯为坯料，采用340MPM限动芯棒连轧管机+顶推式扩径法生产。其特征在于：顶推式扩径过程中，加热钢管的温度应控制在900～950℃，推制速度：90～120mm/min。优选100-110mm/min。具体实施方式包括如下步骤：

a、坯料加热

选择转炉或电炉+炉外精炼+真空处理冶炼的园连铸坯(规格为∮350mm和∮388mm)，在环形加热炉中加热。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。∮350mm圆连铸坯加热时间240～300分钟；∮388mm圆连铸坯加热时间330～390分钟，出炉钢温1230～1250℃。

b、锥形辊穿孔机穿孔：

根据不同的生产规格，选择相应的穿孔顶头尺寸，毛管外径控制在428～432mm，要求穿孔后的毛管目视平直，全长外径大小一致。

c、340MPM连轧管机组轧管：

5个机架与水平面呈45°角，相互间呈90°角交叉布置。壁厚公差

荒管壁厚极差控制在≤1.8mm。荒管壁厚极差控制在≤1.5mm为最佳，因为该机组提供的荒管几何尺寸精度直接影响到成品钢管的几何尺寸精度。

d、脱管：

3机架脱管机在线脱管，入口速度与连轧机出口速度自动相匹配，在线将荒管从芯棒上脱出。荒管热外径∮367～365mm，长度18.0～19.0m。壁厚：13.25～24.5mm。

e、顶推式扩径

顶推式扩径机将连轧管机组生产的荒管扩制成最终成品管。

将由连轧机提供的管坯进行检查、端面锯切、内外表面缺陷清理后，在内壁涂润滑剂，然后进行顶推扩管至成品尺寸，最后经过对钢管的检查、精整、内外表面缺陷的清理得到本发明要求的产品。顶推式热扩管工艺减壁小，在扩径中壁厚精度一般不会恶化；且在扩径过程中由于加热温度较低，钢管表面形成的氧化铁皮少，扩径后钢管表面质量好。

其中顶推式扩径机组注意以下几个问题：

第一：由于340连轧机组所供坯料的长度在18.0～19.0m(含切头尾长度)，因此，顶推式扩径机的前台受料长度在18.5m，坯料才能装入进行顶推式扩径。前台过长，顶推式扩径机的设备投资加大。过短，坯料不能装入无法生产。故，顶推式扩径机的前台受料长度大于18.5m。第二：加热钢管的温度应控制在：900～950℃。第三：推制速度，90～120mm/min，优选100～110mm/min。第四：一道次扩径，总扩径量：200～205mm。

以下实施例要求制备得到的钢管品种如下：

1、钢的牌号4130X

2、外径、壁厚、长度、重量

表1成品规格

公称外径(D)	最小壁厚(S)	定尺长度(L)	重量(Kg)
				559mm	16.8mm	12255mm	≤3086
559mm	14.1mm	11640mm	≤2473
				559mm	10.3mm	11640mm	≤1821

3、尺寸允许偏差：

钢管的外径允许偏差为：±1％D。

钢管的壁厚允许偏差为：0～+25％S。

长度偏差：0～+10mm。

4、弯曲度：总长范围直线度：≤1.5‰。

5、力学性能

试样调质热处理后的机械性能应符合表2规定：

表2

实施例1

a、坯料加热

经LF精练炉+VD真空处理冶炼的圆连铸坯测长、称重、锯切；坯料管规格见表3。

表3

坯料直径(mm)	坯料长度(m)	坯料重量(Kg)
			∮388	3.96	3676
∮350	3.86	2915
			∮350	2.95	2226

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。加热参数见表4。

表4

b、锥形辊穿孔机穿孔：

环形炉加热后的坯料经根据不同的生产规格，选择相应的穿孔顶头尺寸，毛管外径控制在428～432mm，要求穿孔后的毛管目视平直，全长外径大小一致。

c、340MPM连轧管机组轧管：

5个机架与水平面呈45°角，相互间呈90°角交叉布置。壁厚公差荒管壁厚极差控制在1.0～1.5mm为最佳，轧制工艺参数见表5。

表5

d、脱管：

3机架脱管机在线脱管，入口速度与连轧机出口速度自动相匹配，在线将荒管从芯棒上脱出定径、冷却后转顶推扩管机。荒管热外径∮367～365mm，长度18.0～19.0m。壁厚：13.25～24.5mm。坯料管几何尺寸见表6。

表6

e、顶推式扩径

将由连轧机提供的管坯进行检查、端面锯切、内外表面缺陷清理后，在内壁涂润滑剂，然后进行顶推扩管至成品尺寸，最后经过对钢管的检查、精整、内外表面缺陷的清理即得。顶推式扩径机的前台受料长度大于18.5m，顶推扩制工艺参数见表7，成品几何尺寸表8。

表7

表8

表8所示，所生产的钢管检查合格，称重后得到的值与中间壁厚的理论重量值小于中间壁厚的理论重量值。

力学性能测试结果见表9。

表9

Claims (9)

1.大口径高压气瓶用无缝钢管的生产方法，其特征在于：圆连铸坯由340MPM限动芯棒连轧管机组制成管坯，再经顶推式扩径而成；其中，顶推式扩径过程中，加热钢管的温度应控制在900～950℃，推制速度：90～120mm/min。

2.根据权利要求1所述的生产大口径气瓶用无缝钢管的生产方法，其特征在于：顶推式扩径过程中，推制速度为100-110mm/min。

3.根据权利要求1或2所述的大口径气瓶用无缝钢管的方法，其特征在于：顶推式扩径过程中时是一道次扩径，总扩径量：控制在200～205mm。

4.根据权利要求1所述的生产大口径气瓶用无缝钢管的生产方法，其特征在于：340MPM限动芯棒连轧管机组制成管坯时，控制荒管壁厚公差

荒管壁厚极差≤1.8mm。

5.根据权利要求4所述的生产大口径气瓶用无缝钢管的生产方法，其特征在于：控制荒管壁厚极差≤1.5mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的大口径气瓶用无缝钢管的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

a、坯料加热：炉膛保持微还原性气氛；

b、锥形辊穿孔机穿孔：根据不同的生产规格，选择相应的穿孔顶头尺寸，毛管外径控制在428～432mm；

c、340MPM连轧管机组轧管：5个机架与水平面呈45°角，相互间呈90°角交叉布置；

d、脱管：3机架脱管机在线脱管，入口速度与连轧机出口速度自动相匹配，在线将荒管从芯棒上脱出；

e、顶推式扩径：采用顶推式扩径机将340MPM连轧管机组生产的荒管扩制成生产大口径气瓶用无缝钢管。

7.根据权利要求6所述的大口径气瓶用无缝钢管的生产方法，其特征在于：步骤a采用规格为∮350mm和∮388mm圆连铸坯进行加热，∮350mm圆连铸坯加热时间240～300分钟；∮388mm圆连铸坯加热时间330～390分钟，出炉钢温1230～1250℃。

8.根据权利要求6所述的大口径气瓶用无缝钢管的生产方法，其特征在于：脱管后的荒管热外径∮367～365mm，壁厚：13.25～24.5mm，长度18.0～19.0m。

9.根据权利要求6所述的大口径气瓶用无缝钢管的生产方法，其特征在于：e步骤顶推式扩径过程中中频感应加热，顶推式扩径机的前台受料长度须达18.5m。