CN105479122B - 一种在线连续外热镀锌和内涂镀的复合焊管生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在线连续外热镀锌和内涂镀的复合焊管生产工艺，其特征在于，该工艺包括：在钢管的内壁上涂覆富锌漆，和在钢管的外表面热镀形成稀土锌合金层，从而在钢管内壁和外表面形成复合涂层。通过该生产工艺制造的钢管具有较强的涂层强度和耐腐蚀性，同时由于将制管和镀锌两道工艺缩减成一道工艺，大大提高了生产效率、降低了生产成本。

Description

一种在线连续外热镀锌和内涂镀的复合焊管生产工艺

技术领域

本发明属于镀覆加工领域，尤其属于热镀锌的生产领域，涉及一种在线连续外热镀锌和内涂镀的复合焊管生产工艺。

背景技术

目前，工业用钢管镀层工艺主要有热浸镀和冷镀两种，而镀层一般为锌铝元素，虽然锌铝元素镀在钢管内外表面使钢管具有一定的抗腐蚀能力，但是钢管焊接处的耐腐蚀性能较差，而且这种钢管不能进行在线连续的制管镀锌，使其生产效率低，劳动强度大，缺乏足够的竞争力。

CN102454833A公开了一种外镀锌内涂塑复合钢管，所述钢管管材外周面设置镀锌层，钢管管材内周面设置聚乙烯涂层或环氧树脂涂层。然而，经检测发现，按照该专利文献制得的聚乙烯涂层或环氧树脂涂层不仅与管材内表面的结合强度低，并且在钢管切割和焊接时导致严重受损，严重限制了钢管的适用范围。

CN204295223U公开了一种在线连续喷涂树脂热镀锌复合钢管，包括钢管本体，所述钢管本体的内壁涂镀富锌漆层，外壁依次设有镀锌层、镀铬层、UV涂层。然而，在该专利文献中，为了增强结合强度，外层由多个层构成，从而导致制造工艺复杂、生产成本较高，同时外层的防腐蚀性和强度仍不够理想。

CN102896813A公开了一种复合镀层无缝钢管，包括：中空无缝钢管本体，所述中空无缝钢管本体的内壁上设有内镀锌层，所述中空无缝钢管本体的外壁上设有外镀锌层，所述外镀锌层外表面上设有镀铬层，所述镀铬层的厚度大于所述外镀锌层的厚度。

CN104421534A公开了一种镀锌钢管，所述镀锌钢管两端设有密封管套，所述密封管套设有与镀锌钢管相适应的环形槽，所述密封管套设有加强筋。

CN103542194A公开了一种耐腐蚀性的镀锌钢管，所述耐腐蚀性的镀锌钢管包括最上层、中间层和最下层，所述最上层是硫酸盐镀锌，所述中间层是环氧树脂，所述最下层是硅铁，所述硫酸盐镀锌占耐腐蚀性的镀锌钢管主体重量的31%-34%，所述环氧树脂占耐腐蚀性的镀锌钢管主体重量的21%-30%，所述硅铁占耐腐蚀性的镀锌钢管主体重量的44%-45%。

CN104245998A公开了一种热浸镀锌钢管，其具备：钢管；以及形成于所述钢管的表面的镀层，在所述镀层的总深度范围内，由下述定义的fn为99.9以上，fn＝Fe+Al+Zn其中，上式的元素符号代入所述镀层中的各元素的含量(质量％)。

CN104195490A公开了一种钢管热浸镀锌后处理工艺，其包括对钢管进行热浸镀锌后依次进行的沥锌、冷却、内吹和钝化处理步骤；所述的钝化处理是指将钝化液喷射到所述钢管内表面和外表面上，并在100～120℃的条件下烘烤2.5～5min；并且所述钝化液由钛酸盐、磷酸盐、有机硅改性环氧树脂、三乙醇胺、有机酸和水组成。

CN105090628A公开了一种新型镀锌无缝钢管，包括钢管、梯度口、镀锌涂层和金属片，其特征在于：所述金属片与镀锌涂层表面接触，梯度口设在钢管首尾两端且密封连接，所述镀锌涂层在钢管内外表并且严密铺展，镀锌涂层与金属片接触，所述梯度口表面设置镀锌涂层，金属片设在钢管靠左右两端。

“生产镀锌钢管的方法”，焊管，1994年05期，公开了一面镀锌层带钢的镀锌钢管的改进制造方法，在该方法中，把钢管卷成管状，施焊成为钢管，焊缝毛刺去除后，向去除毛刺区施加一定量的酸溶液并且进行漂洗，留下无毛刺的镀锌面不动，然后，把钢管加热到一定的温度，其温度能足以使外部表面的镀层流淌。

然而，在上述文献和其它现有技术的镀覆工艺仍存在诸多缺陷，例如镀层配方不合理、镀覆不牢固等等。本领域需要一种镀层质量高、可加工性强的复合焊管镀覆工艺。

发明内容

为解决上述问题，本发明人经过深入研究和大量实验，提供了以下技术方案。

在本发明的一方面，提供了一种在线连续外热镀锌和内涂镀的复合焊管生产工艺，其特征在于，该工艺包括：在钢管的内壁上涂覆富锌漆，和在钢管的外表面热镀形成稀土锌合金层，从而在钢管内壁和外表面形成复合涂层。

优选地，在钢管的外表面热镀形成稀土锌合金层之前，对钢管进行预加热，在预加热的同时采用惰性气体保，然后通入氨气使其分解还原。

优选地，所述预加热为快速预加热。

在一个优选实施方式中，外热镀锌时采用熔合的稀土锌合金进行复合镀层的镀覆，所述稀土锌合金的重量配比为：3-4%的稀有金属、85-95%的锌粉、5-10%的铝。优选地，使用3.5%稀有金属、90%的锌粉、6.5%的铝进行熔合。所述稀有金属优选为Ce、La，更优选为混合稀土金属。

本发明人经过深入研究发现，在现有的镀覆用合金的熔合中，往往采用直接熔合法，即，将原料直接混合进行熔合，熔合效果比较差，稀有金属的分布不均匀，导致镀层表面易出现小疙瘩、深缩坑、锌液鼓泡及熔洞、蜂窝状缩坑等质量问题，从而严重影响了镀层的寿命。本发明人经过研究和试验，提供了以下熔合方法，该方法包括：所述稀有金属以中间合金的形式引入。

所述中间合金的制备方法包括：以纯锌锭和混合稀土（优选富含Ce和La，也可以采用单一的稀土）为原料，在高频电磁熔炼炉中，采用钢坩埚，在熔剂覆盖保护下熔炼，获得铸态中间合金，具体地，当锌锭熔化后，升温到850℃，加入块状混合稀土，待混合稀土完全熔解后，在水冷金属模型中浇注成直径为20mrn、长度100mm的铸锭，在保温炉内于550℃将该铸态中间合金铸锭保温4h，再在挤压机上将其挤压成直径为Φ20mm的挤压态中间合金，制备的中间合金中混合稀土的含量（即总的稀土含量）合计为30.51%。

进一步研究发现，由于熔炼温度超过了稀有金属如Ce的熔点，所以Ce在熔化后还能够使其它高熔点的稀土元素分散在锌熔体中，加快了反应与扩散速度。当稀土金属以这样的方式与锌、铝熔合时，产生的合金晶粒细小，不易形成枝晶组织，等轴晶粒比较较高。与不经过中间合金步骤直接熔合的工艺相比，热镀形成的稀土锌合金层的寿命提高近1倍。更重要的时，本发明的该工艺还使得钢管在焊接时焊缝均匀、强度高，具有较强的可加工性。这样的技术效果都是事先所未预料到的。

在本发明的一个优选实施方式中，所述富锌漆采用重量配比为8-12%的稀有金属、50-70%的锌粉、20-40%的环氧树脂化合物进行融合（或熔合）而成。优选地，所述富锌漆的重量配比为10%稀有金属、60%的锌粉、30%的环氧树脂化合物。所述稀有金属优选为Ce和/或La，还优选为混合稀土金属。其融合方法优选采用先将稀有金属和锌粉进行熔合，然后冷却，制成粉状物，再在熔融的环氧树脂化合物中加入该粉状物，混合均匀。稀有金属的引入可如上文所述采用中间合金方式引入。

所述环氧树脂化合物优选为改性环氧树脂化合物。所述改性环氧树脂化合物优选为硅氧烷化合物改性的环氧树脂化合物。

特别优选地，所述硅氧烷化合物优选为下式（I）所示的化合物：

式（I）

其中，Me代表甲基，R为乙基或丙基，优选为乙基，n为5-20，优选为8。

当采用该硅氧烷化合物进行改性时，如附图2和3示意性所示，能够使环氧树脂由线性结构形成牢固的网状结构，该网状结构进而可以有效包覆和固定锌粉和稀有金属。

改性之前的线型松散结构。

改性之后的紧密网状结构。

在本发明的生产工艺中，所述外热镀锌或内涂镀均优选为高速镀覆，热镀或涂镀的速度优选为5-8km/h。

优选地，制管与外热镀锌和内涂镀采用一道工艺进行。

在一个具体生产工艺中，该生产工艺包括以下步骤：

1）将酸洗好原材料黑钢带放置于开卷机上，2）通过自动剪焊机进行剪切对焊，3）进入卧式活塞进料机对进料速度进行调整控制，4）接下来进行七辊整平，5）然后是刻字或喷码处理（优选地，2.6mm以上刻字，2.6以下喷码），6）再经清洗设备正反两面高压水洗（优选地，高压水洗的压力为15-20Mpa），清洗完的钢带流入下一个环节。7）利用卷压设备将钢带卷压成型，得管材；8）成型的管材进入自动焊接设备，对接口处进行高频焊接；焊接完的部分流入下一个工艺，9）切削焊接处凸起的焊缝；10）利用钢管曲线爬坡堵水工艺去除内壁残余水分，11）用喷枪将富锌漆均匀涂在钢管内壁上，12）接下来再次冲洗处理，13）然后进行风环吹干，使钢管表面具有锌粘结性能；14）对钢管进行预加热，15）进入快速加热区，同时采用惰性气体保护措施（优选地，氮气保护）和氨气分解还原技术以保证更好的镀层质量。16）然后通过将钢管浸入镀锌槽浸到钢管外表面形成锌粘结，热镀时采用稀土锌合金复合镀层（优选地，稀土锌合金复合镀层具体配比按：3.5%稀有金属、90%的锌粉、6%的铝进行熔合），使其表面均匀分布，17）接下来的工序是氮气风刀，18）然后通过循环水冷却方法进行冷却（采用低进高出的循环方式），19）钢管流入定径机组整形，以校准保障钢管的外径尺寸，20）接着对已完成镀锌的部分进行在线涡流探伤测速试验，21）完成探伤检测后对钢管进行矫直，22）在线喷码（优选地，2.6mm以下的用本工序）23）加热到一定温度后进行无铬钝化处理，24）接着进行气环整平工艺，25）并烘干，26）然后再次矫正，27）根据所需长度尺寸进行切割，28）并通过落管台架 29）端头内外倒角平头，30）按一定数量进行自动包装。31）室内存放2天，32）入库，33）最后是出厂前检验。

在本发明的又一方面，还提供了根据前述生产工艺制造的复合焊管。

通过采用本发明的生产工艺，取得了多项突出的技术效果，所述技术效果包括：

（1）本发明采用在线连续进行制管和镀锌工艺主要用于脚手架钢管生产，此工艺与传统的先生产钢管再热镀锌相比，是将两道工艺缩减成一道工艺来完成，生产人员减少70%，生产更具灵活性，提高提高产品的竞争力。目前国内每年按照传统热镀锌工艺钢管采购量为5000000t/年，按照本发明工艺可提高生产效率，减少人工成本，每吨钢管至少可以节约200元成本，同时其工作环境干净整洁，相比原来传统工艺“脏乱差”以及空气污染有较大提高。

（2）本发明采用外镀稀土锌合金层、内涂复合富锌漆的复合涂层，各个涂层的配方为针对所述连续生产工艺和防腐需要筛选出的配方，使得所得产品质量更加可靠，耐蚀性更强，可解决普通钢管焊接处耐蚀性差的问题。其中，经本发明处理的镀锌层更加均匀更具粘接性，以及可以更加准确地控制镀锌量。

（3）新工艺在高温，高速达到5-8km/h下进行热镀或涂镀，相比传统静态涂镀，镀锌粘结度上有很大提高，使用寿命延长，此钢管用于脚手架施工，省去很多维护保养费用，产品质量高，产品外观美。

（4）在镀前快速加热工序中采用氮气保护措施和氨气分解还原技术，充入氮气保护能防止因氧化而生产的锌渣，充入氨气能保证镀锌粘合度，让镀锌层更稳定牢靠，更好的保证了的镀层质量，使镀层分布更加均匀合理。

（5）钢管在经过成型和高频焊接后，增加了采用曲线爬坡的方式进行堵水，防止水流窜动到下一道工序，本工艺为创新工艺，整个行业目前没有采用同类方法的例子。

（6）相比较国内钢管生产喷涂工艺中增加了内涂涂富锌漆的工序，即用喷枪将富锌漆均匀涂在钢管内壁上，其好处在于能提高钢管内壁的抗腐蚀性，可以延长使用寿命，满足高端客户的需求，此工艺对外径为50mm以内的钢管进行内壁内涂富锌漆在国内属于首例。

（7）外热镀锌时采用稀土锌合金复合镀层，具体配比按：3.5%稀有金属、90%的锌粉、6.5%的铝进行熔合。稀土锌合金复合镀层具有良好的耐腐蚀性和耐高温性，外层耐腐型是普通镀层的8-10倍；内涂采用配比为10%稀有金属、60%的锌粉、30%的环氧树脂化合物进行熔合而成的富锌漆，内层耐腐蚀性是普通镀层的5倍，使用寿命提高到20年。另外镀锌工艺采用的是直接将钢管浸入配比好的镀锌槽进行浸镀处理，并充入氮气进行保护，无任何的锌氧化，节约环保。

（8）热镀锌后采用循环水冷却方法，与常规方法的区别在于冷却水采用下进水上出水的方式，从而达到循环利用的目的，很好的起到了节能的效果。（参见附图1中的工序17）

（9）本发明整个流水线采用电气联动一体、一控制台可控制整条生产线的运转，操作简单方便、节省人工、环保节能。

附图说明

图1是根据本发明的生产工艺的流程图。

图2是环氧树脂在用式（I）所示化合物改性之前的线型松散结构的示意图；

图3是环氧树脂在用式（I）所示化合物改性之后的紧密网状结构的示意图。

具体实施方案

下面结合以下实施例和对比例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

1）将酸洗好原材料黑钢带放置于开卷机上，2）通过自动剪焊机进行剪切对焊，3）进入卧式活塞进料机对进料速度进行调整控制，4）接下来进行七辊整平，5）然后是刻字或喷码处理，6）再经清洗设备正反两面高压水洗，压力为15Mpa，清洗完的钢带流入下一个环节。7）利用卷压设备将钢带卷压成型，得管材；8）成型的管材进入自动焊接设备，对接口处进行高频焊接；焊接完的部分流入下一个工艺，9）切削焊接处凸起的焊缝；10）利用钢管曲线爬坡堵水工艺去除内壁残余水分，11）用喷枪将富锌漆均匀涂在钢管内壁上，12）接下来再次冲洗处理，13）然后进行风环吹干，使钢管表面具有锌粘结性能；14）对钢管进行预加热，15）进入快速加热区，同时采用氮气保护措施和氨气分解还原技术以保证更好的镀层质量。16）然后通过将钢管浸入镀锌槽浸到钢管外表面形成锌粘结，热镀时采用稀土锌合金复合镀层，使其表面均匀分布，17）接下来的工序是氮气风刀，18）然后通过循环水冷却方法进行冷却，其中采用低进高出的循环方式，19）钢管流入定径机组整形，以校准保障钢管的外径尺寸，20）接着对已完成镀锌的部分进行在线涡流探伤测速试验，21）完成探伤检测后对钢管进行矫直，22）在线喷码，23）加热到一定温度后进行无铬钝化处理，24）接着进行气环整平工艺，25）并烘干，26）然后再次矫正，27）根据所需长度尺寸进行切割，28）并通过落管台架 29）端头内外倒角平头，30）按一定数量进行自动包装。31）室内存放2天，32）入库，33）最后是出厂前检验。

外热镀锌时采用熔合的稀土锌合金进行复合镀层的镀覆，所述稀土锌合金的重量配比为：3.5%混合稀土金属、90%的锌粉、6.5%的铝，将其进行熔合；所述富锌漆的重量配比为10%稀有金属、60%的锌粉、30%的环氧树脂化合物（可购自昆山南亚环氧树脂有限公司，环氧当量为约195）。

对比例1

重复实施例1的操作，不同之处仅在于钢管内壁和外表面的涂层采用CN102454833A的配方进行镀覆和涂覆。

对比例2

重复实施例1的操作，不同之处仅在于钢管镀覆采用根据CN204295223U的工艺进行。

按照ASTM B117-2011，在盐雾加速耐腐蚀性试验条件下，测试实施例1、对比例1和2的钢管的耐腐蚀性，计算从实验开始到钢管外表面出现腐蚀的时间。实施例1的钢管为30天，对比例1为7天，对比例2为19天。

按照GB/T 5270-2005测试实施例1和对比例1、2的内壁涂层结合强度，实施例1的内壁涂层结合强度是对比例1的2.1倍，是对比例2的1.7倍

由上述实施例和对比例明显可知，本发明的生产工艺制造的钢管具有较强的涂层强度和耐腐蚀性。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例意图处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。

Claims (5)

1.一种在线连续外热镀锌和内涂镀的复合焊管生产工艺，其特征在于，该工艺包括：在钢管的内壁上涂覆富锌漆，和在钢管的外表面热镀形成稀土锌合金层，从而在钢管内壁和外表面形成复合涂层；

在钢管的外表面热镀形成稀土锌合金层之前，对钢管进行预加热，在预加热的同时采用惰性气体保，然后通入氨气使其分解还原；所述预加热为快速预加热；

外热镀锌时采用熔合的稀土锌合金进行复合镀层的镀覆，所述稀土锌合金的重量配比为：3-4%的稀有金属、85-95%的锌粉、5-10%的铝；

所述稀有金属以中间合金的形式引入，所述中间合金的制备方法包括：以纯锌锭和混合稀土为原料，在高频电磁熔炼炉中，采用钢坩埚，在熔剂覆盖保护下熔炼，获得铸态中间合金，制备的中间合金中混合稀土的含量即总的稀土含量合计为30.51%；

所述富锌漆采用重量配比为8-12%的稀有金属、50-70%的锌粉、20-40%的环氧树脂化合物进行融合而成，所述环氧树脂化合物为改性环氧树脂化合物，该改性环氧树脂化合物为硅氧烷化合物改性的环氧树脂化合物，所述硅氧烷化合物为下式（I）所示的化合物：

式（I）

其中，Me代表甲基，R为乙基或丙基，n为5-20。

2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述外热镀锌或内涂镀为高速镀覆，热镀或涂镀的速度为5-8km/h。

3.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，制管与外热镀锌和内涂镀采用一道工艺进行。

4.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，该生产工艺包括以下步骤：

（1）将酸洗好原材料黑钢带放置于开卷机上；

（2）通过自动剪焊机进行剪切对焊；

（3）进入卧式活塞进料机对进料速度进行调整控制；

（4）接下来进行七辊整平；

（5）然后进行刻字或喷码处理；

（6）再经清洗设备正反两面高压水洗，清洗完的钢带流入下一个环节；

（7）利用卷压设备将钢带卷压成型，得管材；

（8）成型的管材进入自动焊接设备，对接口处进行高频焊接；焊接完的部分流入下一个工艺；

（9）切削焊接处凸起的焊缝；

（10）利用钢管曲线爬坡堵水工艺去除内壁残余水分；

（11）用喷枪将富锌漆均匀涂在钢管内壁上；

（12）接下来再次冲洗处理；

（13）然后进行风环吹干，使钢管表面具有锌粘结性能；

（14）对钢管进行预加热；

（15）进入快速加热区，同时采用气体保护措施和氨气分解还原技术以保证更好的镀层质量；

（16）然后通过将钢管浸入镀锌槽浸到钢管外表面形成锌粘结，热镀锌时采用稀土锌合金复合镀层，使其表面均匀分布；

（17）接下来的工序是氮气风刀；

（18）然后通过循环水冷却方法进行冷却；

（19）钢管流入定径机组整形，以校准保障钢管的外径尺寸；

（20）接着对已完成镀锌的部分进行在线涡流探伤测速试验；

（21）完成探伤检测后对钢管进行矫直；

（22）在线喷码；

（23）加热到一定温度后进行无铬钝化处理；

（24）接着进行气环整平工艺；

（25）并烘干；

（26）然后再次矫正；

（27）根据所需长度尺寸进行切割；

（28）并通过落管台架；

（29）端头内外倒角平头；

（30）按一定数量进行自动包装；

（31）室内存放2天；

（32）入库；

（33）出厂前检验。

5.根据前述权利要求中任一项所述的生产工艺制造的复合焊管。