CN102069104A - 热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采用热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法，属于大口径无缝钢管制造领域。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：以圆连铸坯或圆波浪钢锭为坯料，采用508周期轧管机组+顶推式扩径法生产。其特征在于：其中采用508周期轧管机组制成管坯时，外径控制在∮450～508mm，顶推式热扩管变形量(扩径量)控制在50～115mm。能够生产出外径559mm、外径公差±1％；壁厚12～20mm、壁厚公差0～+25％mm；长度11.0～12.5米，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。

Description

热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法

技术领域

本发明涉及采用热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法，属于大口径无缝钢管制造领域。

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)格洛斯穿孔+均整机：采用圆坯经穿孔，然后用均整机均匀壁厚。该生产工艺成本低，产量大，但钢管内表面螺旋道无法消除，不能满足该产品的要求。

(3)本申请的申请人前期的研究，∮508周期轧管+拉拔式扩管或∮340连轧管+拉拔式扩管：

该方法生产工艺简便，成本低，但钢管的壁厚精度难以满足本发明的要求。

(4)江苏诚德钢管股份有限公司采用连铸圆坯经二次穿孔+钢管内外表面机械修磨

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、中薄壁厚高压气瓶用无缝钢管，尤其是生产外径∮559mm，外径公差±1％；壁厚12～20mm，壁厚公差0～+25％，长度达11.0～12.5m，通过国家标准GB/T5777中L2当量的超声波探伤合格的，且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该大口径、中薄壁厚高压气瓶钢管的方法。所生产的钢管几何尺寸精度高、内外表面质量好，且每支钢管的实际重量小于或等于中间壁厚的理论重量值。

本发明方法主要针对外径∮559mm，外径公差±1％；壁厚12～20mm，壁厚公差0～+25％，长度达11.0～12.5m的高压气瓶钢管。

本发明的技术方案：以圆连铸坯或圆波浪钢锭为坯料，采用508周期轧管机组+顶推式扩径法生产。其特征在于：采用508周期轧管机组制成管坯时，外径控制在∮450～508mm，壁厚控制在15.5～26mm；顶推式热扩管变形量(扩径量)控制在50～115mm。

上述方案在采用508周期轧管机组制成管坯时控制荒管壁厚公差-8％～+10％，荒管壁厚极差≤2.5mm。周期式轧管机轧辊直径控制在∮850～∮1050mm；喂入量20～25mm；轧辊侧壁开口角23度；芯棒长度4.8～5.2m，保证穿入毛管后露出400mm。

进一步地，实施上述方案时，顶推式扩径过程中，加热钢管的温度应控制在900～940℃，顶推速度：100～130mm/min，优选：加热钢管的温度为910～930℃，顶推速度：100～120mm/min。

本发明采用508周期轧管机组所供的管坯，508机组在现有的条件下尽可能供大直径管坯，即变形量尽可能集中在508机组，顶推式热扩管变形量相对减小，这样可提高钢管的尺寸精度。

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。

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，加热时间8.5～12小时，出炉钢温1240～1280℃；

b、在线热定心：加热后的钢坯热定心，定心孔中心偏差要求≤5mm；

c、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，毛管外径控制在550～640mm，并确保穿孔后毛管长度3.6～4.2m；

d、周期式轧管机：控制钢管壁厚公差在-8％～+10％；荒管壁厚极差控制在≤2.5mm。

e、顶推式扩径：顶推式扩径机将周期轧管机组生产的荒管扩制成最终成品管。

周期轧机组提供的管坯进行检查、端面锯切，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内外表面整体机械修磨得到符合要求的产品。

其中，步骤a采用规格为∮550～600mm的园连铸坯或圆波浪钢锭进行加热。

步骤d周期式轧管机轧辊直径控制在∮850～∮1050mm；喂入量20～25mm；轧辊侧壁开口角23度；芯棒长度4.8～5.2m，芯棒长度应保证穿入毛管后露出400mm。

轧制荒管外径在∮450～∮508mm，荒管壁厚公差在-8％～+10％；壁厚极差控制在≤2.5mm。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。

步骤d轧制荒管外径：∮450～508mm；

步骤e扩径量：50～115mm。

步骤e顶推式扩径过程中采用中频感应加热，加热钢管的温度应控制在900～940℃(优选910～930℃)，顶推速度：100～130mm/min，优选100～120mm/min。

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，若壁厚等于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”。

本发明是采用圆连铸坯或圆波浪钢锭为坯料，用508周期轧管机组+顶推式扩径法的工艺生产该大口径、中薄壁厚高压气瓶钢管。采用508周期轧管机组所供的管坯，508机组在现有的条件下尽可能供大直径管坯，即变形量尽可能集中在508机组，顶推式热扩管变形量相对减小，可提高钢管的尺寸精度。加之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。采用该工艺生产简单，成本低，产品质量能满足外径∮559mm、壁厚12～20mm、长度11.0～12.5米及单支重量小于要求重量的高压气瓶管。

具体实施方式

本发明工艺流程：采用∮550～600mm圆连铸或具有本公司独立知识产权(专利技术ZL200620036533.6和ZL 200610022411.6号)生产的圆波浪钢锭→环形炉加热→热定心→斜轧穿孔→周期轧机轧制→热切头、尾→冷却→检查、包装→转顶推式扩径机组→端面切齐→内壁涂润滑剂→顶推扩管→矫直→锯切→内外表面整体修磨→检查→包装入库。

具体地，本发明是采用∮550～600mm圆连铸坯或圆波浪钢锭为坯料，用508周期轧管机组+顶推式扩径法的工艺生产该大口径、中薄壁厚高压气瓶钢管。具体实施方式包括如下步骤：

a、坯料加热

可以采用经转炉或电炉+炉外精炼+真空处理冶炼的园连铸坯；或采用本申请人的专利技术ZL 200620036533.6和ZL 200610022411.6号，经LF精练炉+VD真空处理冶炼的圆波浪钢锭，在环形加热炉中加热。钢锭在炉内按500～700mm排列，采用中慢速加热，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。加热时间8.5～12小时，出炉钢温1240～1280℃。

b、在线热定心：加热后的钢坯热定心，定心孔中心偏差要求≤5mm；

c、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550～640mm，确保穿孔后毛管长度3.6～4.2m，要求穿孔后的毛管目视平直，全长外径大小一致。

d、周期式轧管机：该钢管的变形主要是在周期式轧管机(又称皮尔格轧机)上完成的。根据轧制规格选择轧制孔型尺寸及芯棒尺寸。具体实施时，控制轧辊直径∮850～∮1050mm；喂入量20～25mm；轧辊侧壁开口角23度；芯棒长度4.8～5.2m，芯棒长度应保证穿入毛管后露出400mm。确保荒管壁厚公差在-8％～+10％；荒管壁厚极差控制在≤2.5mm，轧制荒管外径在∮450～∮508mm。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。

e、顶推式扩径：顶推式扩径机将周期轧管机组生产的荒管扩制成最终成品管。

将由周期式轧管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508周期轧管机组所供坯料的长度在13～16m(含切头尾长度)，因此，顶推式扩径机的前台受料长度在15.5m，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。第二：加热钢管的温度应控制在：900～940℃；第三：顶推速度：100～130mm/min，优选100～120mm/min。第四：总扩径量控制在：50～115mm；其中，步骤d轧制荒管外径：∮450～∮508mm；步骤e扩径量：50～115mm。

以下实施例要求制备得到的钢管品种如下：

一、尺寸、外形及重量

1外径、壁厚、长度、重量

表1钢管公称外径、最小壁厚、定尺长度、重量

公称外径(D)	最小壁厚(S)	定尺长度(L)	重量(Kg)
				559mm	17.3mm	11040mm	≤2859
559mm	16.8mm	12255mm	≤3085
				559mm	14.1mm	11640mm	≤2473

2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。

3弯曲度

总长范围直线度：≤1.5‰。

二技术要求

1钢的牌号和化学成分

1.1牌号4130X，化学成分(熔炉炼分析)见表2。

表2

1.2成品钢管的化学成分允许偏差应符合GB/T 222的规定。

三力学性能

试样调质热处理后的机械性能应符合表3规定：

表3

实施例1

工艺过程如下：∮550～600mm圆连铸坯或钢锭→环形炉加热→热定心→斜轧穿孔→周期式轧管机组轧管→热切头、尾→冷却→检查、包装→转顶推式扩径机组→端面切齐→内壁涂润滑剂→顶推扩管→矫直→锯切→内外表面整体修磨→检查→包装入库。

a、坯料加热

∮550～600mm圆连铸坯或钢锭在环形加热炉中加热。钢锭在炉内按500～700mm排列，采用中慢速加热，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。加热时间8.5～12小时，出炉钢温1240～1280℃。

钢锭和连铸坯规格：见表4。环形炉加热时间和出炉钢温见表5。

表4

坯料直径(mm)	坯料长度(m)	坯料重量(Kg)
			连铸坯∮600	1.63	3618
连铸坯∮600	1.74	3862
			钢锭∮550	1.67	3000

表5

b、在线热定心：

加热后的钢坯热定心，定心孔中心偏差要求≤5mm；

c、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，要求穿孔后的毛管目视平直，全长外径大小一致，穿孔机参数见表6。

表6

d、周期式轧管机：

该钢管的变形主要是在周期式轧管机(又称皮尔格轧机)上完成的。根据轧制规格选择轧制孔型尺寸及芯棒尺寸。

具体实施时，控制轧辊直径∮850～∮1050mm；喂入量20～25mm；轧辊侧壁开口角23度；芯棒长度4.8～5.2m，芯棒长度应保证穿入毛管后露出400mm。确保钢管壁厚公差在-8％～+10％；荒管壁厚极差控制在≤2.5mm，轧制荒管外径在∮450～∮508mm。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。轧制工艺参数见表7，实际壁厚测量值见表8

表7

表8

e、顶推式扩径：

顶推式扩径机将周期轧管机组生产的荒管扩制成最终成品管。顶推扩制工艺参数：见表9。成品几何尺寸：见表10。

表9

表10

试样热处理性能见表12。

表12

由以上实施例可见，本发明采用圆连铸坯或圆波浪钢锭为坯料，用508周期轧管机组+顶推式扩径法的工艺生产该大口径、中薄壁厚高压气瓶钢管，生产简单，成本低，产品质量能满足外径∮559mm、壁厚12～20mm、长度11.0～12.5米，总长范围直线度：≤1.5‰及单支重量小于要求重量的高压气瓶管。

Claims (10)

1.热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法，其特征在于：圆连铸坯或圆波浪钢锭加热，并经热定心后由周期轧管机组制成管坯，再经顶推式扩径而成；其中，周期轧管机组制成的管坯外径控制在∮450～508mm；壁厚控制在15.5～26mm；顶推式热扩管扩径量控制在：50～115mm。

2.根据权利要求1所述的热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法，其特征在于：周期轧管机组控制钢管壁厚公差在-8％～+10％；荒管壁厚极差控制在≤2.5mm。

3.根据权利要求1或2所述的热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法，其特征在于：周期式轧管机轧辊直径控制在∮850～∮1050mm；喂入量20～25mm；轧辊侧壁开口角23度。

4.根据权利要求1～3任一项所述的热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法，其特征在于：顶推式扩径过程中，加热钢管的温度控制在900～940℃，顶推速度：100～130mm/min；优选的是：加热钢管的温度为910～930℃，顶推速度：100～120mm/min。

5.根据权利要求1～4任一项热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法，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；加热时间8.5～12小时，出炉钢温1240～1280℃。

b、在线热定心：加热后的钢坯热定心，定心孔中心偏差≤5mm；

c、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，毛管外径控制在550～640mm，穿孔后毛管长度3.6～4.2m；

d、508周期式轧管机轧管：控制钢管壁厚15.5～26mm；壁厚公差控制在-8％～+10％；荒管壁厚极差控制在≤2.5mm；轧制荒管外径在∮450～∮508mm。

e、顶推式扩径：顶推式扩径机将周期轧管机组生产的荒管扩制成最终成品管，扩径量控制在：50～115mm。

6.根据权利要求5所述的热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法，其特征在于：步骤a采用规格为∮550～600mm的园连铸坯或圆波浪钢锭进行加热。

7.根据权利要求5所述的热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法，其特征在于：步骤d周期式轧管机轧辊直径控制在∮850～∮1050mm；喂入量20～25mm。

8.根据权利要求7所述的热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法，其特征在于：步骤d周期式轧管机轧辊侧壁开口角23度。

9.根据权利要求5所述的热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法，其特征在于：步骤d周期式轧管机芯棒长度应保证穿入毛管后露出400mm。

10.根据权利要求5所述的热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法，其特征在于：步骤e顶推式扩径过程中采用中频感应加热，顶推式扩径机的前台受料长度15.5m。