CN102303065A - 车载大口径高压气瓶用无缝钢管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明为车载大口径高压气瓶用无缝钢管的制造方法，解决已有方法生产成本高，钢管的几何尺寸精度和内外表面质量不能满足大口径高压气瓶要求的问题。包括如下步骤：（1）将圆铸钢坯加热，用锥形辊穿孔机穿孔后送连轧机轧管，用脱管机脱管，得荒管，（2）将荒管加热后在顶推式扩径机扩径，得管坯，（3）将管坯内、外表面清理、热处理、酸洗、清洗、磷化、润滑后送精密液压拔机第一次拔制，（4）将第一次拔制后的管坯清洗、磷化、润滑后送精密液压拔机第二次拔制得成品。

Description

车载大口径高压气瓶用无缝钢管的制造方法

技术领域：

本发明与大口径无缝钢管制造方法有关。

背景技术：

生产大口径无缝钢管主要有以下几种生产工艺：

⑴连轧管机组+斜轧扩径机（第一种形式）

⑵二次斜轧穿孔＋均整机（第二种形式） 

⑶周期轧管＋拉拔式扩管（第三种形式）

⑷轧管机组供坯+顶推式扩径机（第四种形式）

⑸∮508mm以上的周期轧管机组（第五种形式）

第一种形式：坯料采用连铸园坯，由MPM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。投资大，生产成本高。目前国外意大利达尔明钢管厂、天津无缝钢管公司均采用此工艺。

第二种形式：采用钢坯经二次穿孔，均整机均匀壁厚制成钢管。该生产工艺成本低，生产的产品几何尺寸、内外表面质量均较差，也就是说该生产工艺用于生产低端产品，或用于供管坯。

第三种形式：周期轧管＋拉拔式扩管。生产工艺简便，成本低，但钢管的几何精度及内外表面质量差。

第四种形式：生产成本低，产量低钢管的几何精度及内外表面质量差。

第五种形式：适合生产大、中型口径的无缝钢管以及一些大直径厚壁管等。既可使用轧制坯，也可使用钢锭与连铸坯，可批量生产，也可零星生产，生产灵活性大。 但产量低，如一套大型周期轧机年产量只有20～30万吨左右；作业率低，一般为60～80%；工具消耗量大，一般为10公斤/吨管左右； 由于周期轧管方式在轧制过程中轧辊弹跳值大，造成壁厚与外径偏差大，不能满足现代产品标准的要求。

上述的第一种工艺投资大，生产成本高，且生产的钢管内外表面粗糙度大于12μm。

第二至第五种工艺生产的钢管的几何精度及内外表面质量差。每支钢管的实际重量大于中间壁厚的理论重量值。

已有的生产工艺不能生产出满足要求的大口径高压气瓶钢管。

发明内容：

本发明的目的是提供一种投资省，生产成本低，钢管的几何精度和内外表面质量高，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车载大口径高压气瓶用无缝钢管的制造方法。

本发明是这样实现的：

本发明车载大口径高压气瓶用无缝钢管的制造方法，包括如下步骤：

（1）将圆铸钢坯加热，用锥形辊穿孔机穿孔后送连轧机轧管，用脱管机脱管，得荒管，

（2）将荒管加热后在顶推式扩径机扩径，得管坯，

（3）将管坯内、外表面清理、热处理、酸洗、清洗、磷化、润滑后送精密液压拔机第一次拔制，

（4）将第一次拔制后的管坯清洗、磷化、润滑后送精密液压拔机第二次拔制，得成品。

圆铸钢坯的直径为350mm或388mm，圆铸钢坯在环形加热炉中加热，加热时间240—390分钟，出炉圆铸钢坯温度为1230—1250℃。

连轧机为340mmMPM连轧管机组，出来的荒管外径Φ360mm，壁厚20—26mm，长度15—18mm。

顶推式扩径机的前台受料长度大于18mm，中频感加热温度780—850℃，推制速度控制在80—100mm/min，管坯外径563—568mm。

管坯热处理加热温度为820±10℃，保温时间40—60分钟，随炉以100—150℃/h冷却至500℃再出炉空冷。

酸洗：硫酸酸液浓度在10%～20%、Fe²⁺浓度不大于250克/升、温度控制范围60～70℃，根据酸液浓度、Fe²⁺浓度实际检测值确定酸洗时间。酸洗时间控制在80～120分钟，将钢管内外表面的氧化铁皮酸洗干净。

冲洗：酸洗后的钢管要在清水槽内多次充满水并倾倒，以倒掉管子内存的氧化铁皮和附着物为止。然后再倾倒放置在冲洗台上，用高压水自上而下逐根进行冲洗，直至管内流出清水为止。

磷化：总酸度25～40滴、游离酸度1～4滴、Zn(NO₃)₂为18～28克/升、H₃PO₄为3～7克/升、SO₄ ^2-≤2克/升、温度60～70℃、磷化时间10～15分钟。

润滑：润滑剂浓度为1.2～2.6BN、游离碱度0～1.5Pt、温度50～65℃、皂化时间5～15分钟。

精密液压拔机为1000吨精密液压拔机，精密液压拔机的拔制速度为0.5—2.5m/min，压力为10—12Mpa，外模具Φ559mm，第一次拔制内模具Φ512—Φ523mm，第二次拔制内模具为Φ515—Φ526mm，成品钢管壁厚15—20mm，长度11.0—12.5mm。

本发明投资省，生产工艺简单，成本低，产品的几何精度高，内外表面粗糙度小。本发明生产的钢管达到能满足大口径高压气瓶钢管要求的以下水平：

⑴钢管外径559mm；⑵钢管壁厚15～20mm；⑶钢管长度11.0～12.5m；⑷钢管要通过国家标准 GB/T5777-2008中L2当量的超声波探伤及全长整体测量壁厚；⑸钢管的公差：壁厚0～+22.5%mm，外径±0.75%；⑹要求每支钢管的实际重量必须小于或等于中间壁厚的理论重量值，⑺钢管内外表面粗糙度Rz≤12μm。

本发明生产的钢管与背景技术中第三种生产工艺生产的钢管的比较见下表：

本发明是采用∮350/388mm圆连铸坯由340mmMPM限动芯棒连轧管机供管坯，经顶推式扩径机扩径，1000吨精密液压拔机拔制的生产工艺，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口径高压气瓶钢管。

采用340mmMPM限动芯棒连轧管机所供的管坯，钢管的尺寸精度高、内外表面质量好。经精密液压拔机拔制的钢管内外表面质量、几何尺寸精度高，单支重量轻，整体质量优。

具体实施方式：

本发明生产的钢管达到如下技术指标：

⑴钢管外径559mm；⑵钢管壁厚15～20mm；⑶钢管长度11.0～12.5m；⑷钢管要通过国家标准 GB/T5777-2008中L2当量的超声波探伤及全长整体测量壁厚；⑸钢管的公差：壁厚0～+22.5%mm，外径±0.75%；⑹要求每支钢管的实际重量必须小于或等于中间壁厚的理论重量值，⑺钢管内外表面粗糙度Rz≤12μm。

本发明的技术方案如下：

⑴ 工艺流程：∮350/388圆连铸坯→340MPM连轧管机组轧管→3机架脱管机在线脱管→冷却→转顶推式扩径机组扩径→内外表面清理→热处理→酸洗→清洗→

磷化→润滑→1000吨精密液压拔机拔制→酸洗→清洗→磷化→润滑→1000吨精密液压拔机拔制→矫直→精整→超声波探伤测壁厚→包装入库。

⑵ 坯料：经LF精练炉+真空脱气处理冶炼的圆连铸坯，规格：∮350/388mm。

⑶ 坯料加热：坯料加热是在环形加热炉中完成。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℃。

⑷ 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。

⑸ 340MPM连轧管机轧管：5个机架与水平面呈45°角，相互间呈90°角交叉布置。生产壁厚：20～26mm；壁厚公差按S+8 -6%控制；荒管壁厚极差控制在≤2.5mm。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。

⑹ 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。荒管外径∮360mm，壁厚20—26mm，长度15～18m。

⑺ 顶推式扩径机将连轧管机组生产的荒管扩制成冷拔管坯。将由连轧机提供的荒管进行检查、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冷拔管坯。生产时该机组有以下五个关键点：

第一：顶推式扩径机的前台受料长度大于18m； 

第二：中频感应加热钢管的温度应控制在：780～850℃；

第三：推制速度：80～100mm/min；

第四：制成的冷拔管坯外径：563～568mm；

第五：推制后的管坯需进行内外表面清理。清除外表面缺陷、内表面润滑物、内划伤、内麻坑等缺陷。

⑻ 1000吨精密液压冷拔机拔制：二道次拔制

变形量分配如下：

第1道次步骤：

a 坯料管热处理：

热处理温度820±10℃、保温时间40～60分钟，随炉以100～150℃/h冷却至500℃再出炉空冷。

b 酸洗：

硫酸酸液浓度在10%～20%、Fe2⁺浓度不大于250克/升、温度控制范围60～70℃，根据酸液浓度、Fe²⁺浓度实际检测值确定酸洗时间。酸洗时间控制在80～120分钟，将钢管内外表面的氧化铁皮酸洗干净。

c 冲洗：

酸洗后的钢管要在清水槽内多次充满水并倾倒，以倒掉管子内存的氧化铁皮和附着物为止。然后再倾倒放置在冲洗台上，用高压水自上而下逐根进行冲洗，直至管内流出清水为止。

d 磷化：

总酸度25～40滴、游离酸度1～4滴、Zn(NO₃)₂为18～28克/升、H₃PO₄为3～7克/升、SO₄ ^2-≤2克/升、温度60～70℃、磷化时间10～15分钟。

e 润滑：

润滑剂浓度为1.2～2.6BN、游离碱度0～1.5Pt、温度50～65℃、皂化时间5～15分钟。

f 1000吨精密液压拔制：

①拔制中心线和拔制小车中心，以保持两者一致；

②确定外模安装到位压实、定位孔与模座套端面垂直；

③内模与芯杆、螺钉装配应为过渡配合，以防止过渡松动破坏模具和拔制中的浮动；

④拔制速度控制在0.5～2.5M/min，系统压力控制在10～12Mpa。拔制初期采用低速的拔制速度，拔制平稳运行后根据系统压力调整拔制速度。

第2道次步骤：重复以上第1道次d、e、f步骤。

⑼ 精整、性能检验、探伤和全长测量壁厚、称重量、包装入库等。

本发明用Φ350和Φ388mm圆连铸坯生产两种公称外径为Φ559mm，最小壁厚有差别的产品。具体实施方式技术要求和工艺参数如下：

实际例子：

产品技术要求：见表1 

表1

340MPM连轧机管坯尺寸

供坯规格及要求：见表2

表2

顶推制工艺参数：见表3

表3

精密冷拔工艺参数：见表4、表5、表6、表7、表8

坯料管热处理工艺：

表4

酸洗润滑：

表5

表6

润滑：

表7

精密液压拔制内外模工具尺寸、拔制速度、系统压力：

表8

实物质量

坯料管几何尺寸：见表9

表9

  

推制后冷拔管坯几何尺寸：见表10

表10

成品钢管几何尺寸：见表11

表11

小试样热处理性能（纵向）：见表12

表12

Claims (9)

1.车载大口径高压气瓶用无缝钢管的制造方法，包括如下步骤：

（1）将圆铸钢坯加热，用锥形辊穿孔机穿孔后送连轧机轧管，用脱管机脱管，得荒管，

（2）将荒管加热后在顶推式扩径机扩径，得管坯，

（3）将管坯内、外表面清理、热处理、酸洗、清洗、磷化、润滑后送精密液压拔机第一次拔制，

（4）将第一次拔制后的管坯清洗、磷化、润滑后送精密液压拔机第二次拔制，得成品。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于圆铸钢坯的直径为350mm或388mm，连轧机为340mmMPM连轧管机组，精密液压拔机为1000吨精密液压拔机。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于圆铸钢坯在环形加热炉中加热，加热时间240—390分钟，出炉圆铸钢坯温度为1230—1250℃。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于连轧机出来的荒管外径Φ360mm，壁厚20—26mm，长度15—18mm。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于顶推式扩径机的前台受料长度大于18mm，中频感加热温度780—850℃，推制速度：80—100mm/min，管坯外径563—568mm。

6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于管坯热处理加热温度为820±10℃，保温时间40—60分钟，随炉以100—150℃/h冷却至500℃再出炉空冷。

7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于精密液压拔机的拔制速度为0.5—2.5m/min，压力为10—12Mpa，外模具Φ559mm，第一次拔制内模具Φ512—Φ523mm，第二次拔制内模具为Φ515—Φ526mm，成品钢管壁厚15—20mm，长度11.0—12.5mm。

8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于酸洗：硫酸酸液重量百分浓度在10%～20%、Fe2⁺浓度不大于250克/升、温度控制范围60～70℃，酸洗时间控制在80～120分钟，将钢管内外表面的氧化铁皮酸洗干净，

冲洗：酸洗后的钢管要在清水槽内多次充满水并倾倒，以倒掉管子内存的氧化铁皮和附着物为止。

9.然后再倾倒放置在冲洗台上，用高压水自上而下逐根进行冲洗，直至管内流出清水为止，

磷化：总酸度25～40滴、游离酸度1～4滴、Zn(NO₃)₂为18～28克/升、H₃PO₄为3～7克/升、SO₄ ^2-≤2克/升、温度60～70℃、磷化时间10～15分钟，

润滑：润滑剂浓度为1.2～2.6BN、游离碱度0～1.5Pt、温度50～65℃、皂化时间5～15分钟。