CN102962273B - 车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法，其步骤为：1、清理原料钢管内壁氧化皮及固体杂物；2、在其内壁均匀涂抹石墨浆，在钢管和芯头间起到润滑作用；3、将原料钢管热扩推制；4、内外壁修磨，去除粘内表面石墨粉；5、表面处理：(1)酸洗，(2)磷化，(3)皂化；6、冷拔；7、退火；8、重复步骤5；9、直线较直；10、修磨及锯切。本发明制造方法制得的冷拔超薄无缝钢管组织更为致密，在几何尺寸精度和壁厚均匀性方面大为改善，机械性能明显提高，容重比增大。

Description

车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种冷拔无缝气瓶钢管制造领域，具体涉及一种车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法。

背景技术

汽车用压缩天然气气瓶(简称CNG气瓶)是近年来为适应CNG汽车发展而开发的一种新型气瓶，由于其具有重量容积比较小的特点，在CNG产业中得到广泛应用。

国内市场上大量广泛使用的汽车用压缩天然气气瓶(CNG气瓶)主要分为以下几种：①CNGⅠ型瓶，俗称钢瓶，直接使用热轧无缝钢管钢生产，钢管壁厚比较厚(至少6mm以上)，重量比较重；②CNGⅡ型瓶，俗称钢质内胆玻璃纤维环向缠绕瓶，使用冷拔无缝钢管，目前最薄壁厚为4.5mm，常规做法是热轧无缝钢管再次冷加工获得，气瓶重量明显比钢瓶轻，安全系数更高，价格差异不大；③CNGⅢ型瓶，金属内胆纤维全缠绕气瓶，使用钢或铝内衬，树脂浸渍长纤维全缠绕的复合材料气瓶；④CNGⅣ型瓶，塑料内胆纤维全缠绕气瓶，塑料内衬加“整体缠绕”树脂浸渍长纤维加固的复合材料气瓶。CNGⅢ型和CNGⅣ型瓶重量轻，但是价格昂贵，使用数量不多。

目前许多不断追求减重节能的气瓶生产厂家推出新产品--大口径超薄钢质内胆玻璃纤维全缠绕气瓶，重量更轻，该气瓶的实现关键在于提供安全可靠的大口径薄壁无缝冷拔钢管，以往常规的冷拔生产方法只能做到最小壁厚4.5mm，无法满足使用需要，存在较大的局限性。

发明内容

本发明目的是提供一种车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法，使用该方法生产的冷拔无缝钢管组织更为致密，在几何尺寸精度和壁厚均匀性方面大为改善，机械性能明显提高，容重比增大。

本发明的技术方案是：一种车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法，包括如下步骤：

步骤一，清理原料钢管内壁氧化皮及固体杂物，剔除伤痕超标的钢管；

步骤二，在其内壁涂抹石墨浆，在钢管和芯头间起到润滑作用；

步骤三，将原料钢管热扩，在其过程中保持钢管温度在710-730度，推制速度控制在220-250mm/min；；

步骤四，内外壁修磨，去除粘附在热扩内表面的石墨粉，以及修磨热扩后钢管外表面缺陷；；

步骤五，表面处理(酸洗、磷化、皂化)：

⑴酸洗：将热扩原料钢管内外表面氧化皮及石墨残留物洗净；

⑵磷化：将酸洗后钢管内外表面冲洗干净后立即放入磷化槽，使钢管表面附着一层致密的磷化膜，在冷拔加工过程中起到润滑作用；

⑶皂化：将磷化后的钢管内外表面用热水冲洗干净后立即放入皂化槽中，使钢管表面在磷化膜基础上再附着一层皂化层，其作用同样是在冷拔加工过程中起到润滑作用；

步骤六，第一次冷拔，使所述热扩原料钢管的壁厚减少2.0mm；

步骤七，退火，在800-840度的条件下保温25分钟；

步骤八，重复步骤五后，进行第二次冷拔使所述一次冷拔后钢管的壁厚再减少1.0mm；

步骤九，对直线度超差的钢管进行校直，及对进行冷拔后的钢管逐只进行超声波探伤和密实性检测；

步骤十，修磨及锯切。

上述技术方案中，所述原料钢管为的热轧原料钢管。

上述技术方案中，所述石墨浆溶液的配制要求：1公斤石墨配比10公斤水。

上述技术方案中，所述热扩步骤参数为电流500-650安、电压450伏、扩制速度220-250mm/min。

上述技术方案中，所述热扩步骤为预热模具，中频电压调到450V，预热模具750-800度；调整红外线测温仪，保证测温点钢管温度710-730度；开始热扩，保证钢管在中频线圈的中心后开始热扩。

上述技术方案中，所述第一次冷拔前的酸洗中盐酸浓度15-23％，温度20-35度，时间60-90分钟。

上述技术方案中，所述皂化中皂化液脂肪酸＞50克/升，游离酸＜5克/升，温度65-70度，时间10-15分钟；

上述技术方案中，所述磷化中磷化液游离酸度7-11点，总酸度100点以下，酸度比1：(10-11)，温度65-75度，时间20-30分钟。

上述技术方案中，所述第二次冷拔前的酸洗中盐酸浓度15-23％，温度20-35度，时间30-40分钟。

所述冷拔无缝钢管成品达到标准要求，其尺寸控制范围为：规格外径范围：±0.75％；壁厚范围：0～15％；弯曲度：≤1.5mm/m；椭圆度和壁厚不均匀分别≤外径和壁厚公差的75％；表面质量：钢管内外表面不得有裂纹、折叠、轧折、离层和结疤，所述缺陷清除，清除处的实际壁厚不小于最小壁厚。

本发明的优点是：本发明制造方法制造的的车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管组织更为致密，在几何尺寸精度和壁厚均匀性方面大为改善，机械性能明显提高，容重比增大。

具体为：

1.增加热扩前钢管内壁清理工序，降低热扩工序造成的钢管表面缺陷，为冷拔工序创造有利条件，提高成材率。

2.精密控制热扩加工过程，经过热扩后的钢管不仅达到了外径尺寸变大的目的，同时其内应力得到有效消除。延伸率小幅提高，有助于冷拔加工。

3.两次冷拔中间增加退火工序，消除一次冷拔后产生的内应力，提高延伸率，使其力学性能满足二次冷拔要求。

具体实施方式

一种车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法，采用原料钢管为 的热轧原料钢管，包括如下步骤：

步骤一，清理原料钢管内壁氧化皮及固体杂物，剔除伤痕超标的钢管；

步骤二，在其内壁涂抹石墨浆，1公斤石墨配比10公斤水；

步骤三，将原料钢管热扩，所述热扩步骤参数为电流500-650安、电压450伏、扩制速度220-250mm/min，所述热扩步骤为预热模具，中频电压调到450V，预热模具750-800度；将热轧钢管推制到芯头上，调整红外线测温仪，保证测温点钢管温度710-730度；开始热扩，保证钢管在中频线圈的中心后开始热扩；

步骤四，内外壁修磨；

步骤五，表面处理：

⑴酸洗：将热扩原料钢管内外表面氧化皮及石墨残留物洗净，所述酸洗中盐酸浓度15-23％，温度20-35度，时间60-90分钟；

⑵磷化：将酸洗后钢管内外表面冲洗干净后立即放入磷化槽中，所述磷化中磷化液游离酸度7-11点，总酸度100点以下，酸度比1：(10-11)，温度65-75度，时间20-30分钟；

⑶皂化：将磷化后的钢管内外表面用热水冲洗干净后立即放入皂化槽中，上述皂化中皂化液脂肪酸＞50克/升，游离酸＜5克/升，温度65-70度，时间10-15分钟；

步骤六，第一次冷拔，使所述热扩原料钢管的壁厚减少2.0mm；

步骤七，退火，在温度800-840度的条件下保温时间25分钟；

步骤八，重复步骤五后，进行第二次冷拔使所述一次冷拔后钢管的壁厚再减少1.0mm，所述第二次冷拔前的酸洗中盐酸浓度15-23％，温度20-35度，时间30-40分钟；

步骤九，对直线度超差的钢管进行校直，及对进行冷拔后的钢管逐只进行超声波探伤和密实性检测；

步骤十，修磨及锯切。

本发明制造方法制得的冷拔无缝钢管成品标准要求，其尺寸控制范围为：规格 外径范围：±0.75％；壁厚范围：0～15％；弯曲度：≤1.5mm/m；椭圆度和壁厚不均匀分别≤外径和壁厚公差的75％；表面质量：钢管内外表面不得有裂纹、折叠、轧折、离层和结疤，所述缺陷清除，清除处的实际壁厚不小于最小壁厚。

按照上述方法制造后进行试样热处理，冷拔无缝钢管试样的纵向力学性能(30CrMo)，应符合下表：

另外，对于制造现有技术的壁厚4.8mm的无缝钢管，可由母管热扩后冷拔一次完成，其冷拔工序减壁率为21.42％。其中，冷拔工序减壁率＝(冷拔前钢管的平均壁厚-冷拔后钢管的平均壁厚)/冷拔前钢管的平均壁厚，行业内规范一般单次冷拔工序减壁率最好小于30％，当一次冷拔减壁率大于30％后，容易出现抖纹甚至拔断的现象，钢管壁厚均匀性及密实性无法保证，产品存在极大的安全隐患。当制造本发明中要求的的超薄无缝钢管时，热扩后采用冷拔一次完成，其冷拔工序减壁率为50.9％，大大超出30％，显然无法正常拔制。从工艺角度上必须采用二次及二次以上的冷拔道次来实现，而从成本角度来说，选择二次冷拔是最经济的。本发明中具体冷拔工艺为：一次冷拔钢管壁厚减少2.0mm(热扩后钢管平均壁厚约6.7mm),其冷拔工序减壁率约29.85％，小于30％；二次冷拔钢管壁厚减少1.0～1.4mm(二次冷拔后钢管平均壁厚约3.3mm),其冷拔工序减壁率约29.78％，小于30％。以上可以看出两次减壁率都接近30％，制造难度明显降低。

本发明的特点：

(1)增加热扩前钢管内壁清理工序：母管为热轧状态，其内壁粘附较多的氧化皮和硼砂，如果不清除干净，热扩后会嵌入在钢管内壁，同时会导致内壁的划伤，因此必须完全清理。

(2)精密控制热扩过程：通过红外线测温仪随时监控钢管热扩过程中的实际温度，确保满足工艺控制要求。同现有技术中其他热扩工艺不同的地方有：1.本发明规定钢管热扩时定点的测温温度是710-730度，此时钢管最高温度达810-830度，从热处理的角度来说满足完全退火温度要求。2.热扩推进速度慢，只有220-250mm/min,再通过增加保温罩的使用，相应的保温持续时间增长。通过以上两点控制，经过热扩后的钢管不仅达到了外径尺寸变大的目的，同时其内应力得到有效消除。延伸率小幅提高，有助于冷拔加工。

(3)两次冷拔中间增加退火工序：钢管在一次冷拔加工后，其内应力大大增加，表面硬度明显提高，延伸率下降。从理论计算直接再进行二次冷拔是可行的，其实则不然，往往会出现少量钢管由于其自身钢管壁厚的偏差大，导致拔断。为了提高成材率，本发明在二次冷拔前增加退火工序，工艺为800-840度保温25分钟，经过退火后其力学性能状态同热扩后钢管状态相仿，基本杜绝拔断现象。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一，清理原料钢管内壁氧化皮及固体杂物，剔除伤痕超标的钢管；

步骤二，在其内壁均匀涂抹石墨浆，在钢管和芯头间起到润滑作用；

步骤三，将原料钢管热扩推制，在其过程中保持钢管温度在710～730度，推制速度控制在220～250mm/min；所述热扩步骤包括：预热模具，中频电压调到450V，预热模具750～800度；调整红外线测温仪，保证测温点钢管温度710～730度；开始热扩，保证钢管在中频线圈的中心后开始热扩；

步骤四，内外壁修磨，去除粘附在热扩内表面的石墨粉，以及修磨热扩后钢管外表面缺陷；

步骤五，表面处理：

⑴酸洗：将热扩原料钢管内外表面氧化皮及石墨残留物洗净；

⑵磷化：将酸洗后钢管内外表面冲洗干净后立即放入磷化槽，使钢管表面附着一层致密的磷化膜，在冷拔加工过程中起到润滑作用；

⑶皂化：将酸洗后钢管内外表面冲洗干净后立即放入皂化槽中，使钢管表面在磷化膜基础上再附着一层皂化层，其作用同样是在冷拔加工过程中起到润滑作用；

步骤六，第一次冷拔，使所述热扩原料钢管的壁厚减少2.0mm；

步骤七，退火，在800-840度的条件下保温25分钟；

步骤八，重复步骤五后，进行第二次冷拔使所述一次冷拔后钢管的壁厚再减少1.0mm；

步骤九，对直线度超差的钢管进行校直，及对进行冷拔后的钢管逐只进行超声波探伤和密实性检测；

步骤十，修磨及锯切。

2.根据权利要求1所述的车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述原料钢管为φ279×6.3mm的热轧原料钢管。

3.根据权利要求1所述的车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述石墨浆溶液的配制要求：1公斤石墨配比10公斤水。

4.根据权利要求1所述的车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述热扩步骤参数为电流500～650安、电压450伏、扩制速度220～250mm/min。

5.根据权利要求1所述的车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述第一次冷拔前的酸洗中盐酸浓度15～23％，温度20～35度，时间60～90分钟。

6.根据权利要求1所述的车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述皂化中皂化液脂肪酸＞50克/升，游离酸＜5克/升，温度65～70度，时间10～15分钟。

7.根据权利要求1所述的车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述磷化中磷化液游离酸度7～11点，总酸度100点以下，酸度比1:(10～11)，温度65～75度，时间20～30分钟。

8.根据权利要求1所述的车用玻璃纤维全缠绕气瓶用冷拔超薄无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述第二次冷拔前的酸洗中盐酸浓度15～23％，温度20～35度，时间30～40分钟。