CN109500130B

CN109500130B - 一种直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法

Info

Publication number: CN109500130B
Application number: CN201910057404.7A
Authority: CN
Inventors: 王洪海; 陈俊德; 王本军; 陈星星; 董西岳; 胡杰; 周欢迎
Original assignee: Dexin Steel Tube China Co ltd
Current assignee: Dexin Steel Tube China Co ltd
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2020-11-27
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: CN109500130A

Abstract

本发明提供了一种直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，属于大口径无缝钢管的制造技术，该方法包括优化无缝钢管用材料的化学成分，提高其淬透性；使用820斜轧机组穿孔后轧制荒管，使用顶推式热扩机组扩径，利用液压式矫直机和六辊矫直机进行两步矫直和整圆，使用精密冷拔机组进行两道冷拔。上述直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法不仅制造成本低、材料利用率高、生产方式灵活；而且由该方法制造的Φ920mm无缝钢管几何精度高，内外表面质量好，淬透性好，综合性能高，并且成品的实际重量超出理论重量的幅度不超过7.5％。

Description

一种直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法

技术领域

本发明属于大口径无缝钢管的制造技术，尤其涉及一种直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法。

背景技术

国内从2001年开始制造大容积的长管拖车气瓶，经过十几年的发展，直径从559mm发展到715mm，单体水容积从2250L增加到4170L。其趋势是向更大直径、更大水容积的方向发展。目前国内正在研制直径为914～920mm、单体水容积6500～7000L的长管拖车气瓶，开发出尺寸、精度和性能均满足要求的大口径无缝钢管是研制这种大容积长管拖车气瓶的关键。同时，为了提高容重比和运输效率，长管拖车气瓶制造单位对所用无缝钢管的壁厚精度和重量提出了严格的要求，希望既能够保证长管拖车气瓶的最小设计壁厚，又能够使无缝钢管的实际重量超出理论重量(按无缝钢管最小设计壁厚计算的重量)的幅度不超过7.5％。热轧工艺制造的大口径无缝钢管的壁厚公差一般在0～25％，实际重量较理论重量多出12.5％左右。顶管拔伸机组和挤压机组的制造的大口径无缝钢管的壁厚公差一般在0～30％，实际重量较理论重量多出15％左右。并且这几种工艺制造的无缝钢管的壁厚较大，远远超出了长管拖车气瓶的平均壁厚。

公开号为CN105619085B的中国专利公开了一种直径914mm大容积钢质无缝气瓶生产工艺，其用了热轧+冷轧+修磨的方法制造直径为914mm的长管拖车气瓶用无缝钢管，其工艺路线为：用960轧机轧制荒管—退火、矫直—内外表面修磨—920冷轧机冷轧—退火、矫直—内外表面打磨。这种方法在冷轧前用磨床对荒管进行打磨，内外表面的磨削量接近2mm，冷轧后内表面的机械修磨量1.9mm，外表面修磨量1.4mm。两次修磨的总磨削量接近5.3mm，对于外径914mm、长度12m的钢管，金属损耗量约为1425kg，不仅造成严重浪费，并且修磨过程中需要反复检测壁厚，导致加工工时长，生产效率低下。机械修磨容易造成偏磨，如果出现任何一点小于设计壁厚，则整只钢管将报废。

直径为914mm的长管拖车气瓶用无缝钢管的壁厚较大，为了保证淬透性，达到长管拖车气瓶所要求的性能，上述直径914mm大容积钢质无缝气瓶生产工艺采用了双面淬火的热处理工艺，并且直接用水作为淬火液。这两点是国标GB/T33145《大容积钢质无缝气瓶》严格禁止的。双面淬火容易在气瓶的内表面产生淬火裂纹，超声波检测无法检出这些内表面的浅层裂纹，并且气瓶内表面也无法进行磁粉检测或渗透检测。对于盛装高压天然气和氢气的气瓶而言，内表面的浅层裂纹是导致硫化氢应力腐蚀和氢脆的致命缺陷。直接采用水作为淬火液使冷却速度加快，产生淬火裂纹的几率大大增加，严重影响到长管拖车气瓶的安全使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，以解决现有技术中长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法存在制造成本高、材料利用率低、几何精度低、淬透性差和综合机械性能无法保证的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，其包括以下步骤：

1)优化连铸坯的化学成分,化学成分是影响淬透性和机械性能最重要的因素。C元素的淬透性因子与其质量分数呈线性增长的关系，但是C含量增加也使塑性和韧性相应地降低，冷脆性和时效敏感性增大；为了使强度和韧性合理匹配，确定C含量的范围为0.28～0.32％；Mn的淬透性因子为1+5.5Mn(元素符号代表质量分数，％)，Mn可以明显提高钢的淬透性和强度，因此，可使Mn含量偏中上限，并控制S含量低于0.008％，避免形成MnS夹杂；Cr、Mo的淬透性因子分别为1+2.25Cr、1+2.96Mo(元素符号代表质量分数，％)，提高Cr和Mo元素的含量也有利于提高钢的淬透性和强度；但是，当Cr含量超过1.20％时会恶化钢的韧性和冷加工性，而Mo的价格比较昂贵；因此，Cr含量确定为0.90～1.10％，Mo的含量确定为0.21～0.25％；按质量百分数计，最终优化之后连铸坯的化学成分包括C：0.28﹪～0.32﹪、Si：0.15﹪～0.25﹪、Mn：0.70﹪～0.90﹪、P：≤0.012﹪、S：≤0.008﹪、Cr：0.90﹪～1.10﹪、Mo：0.21﹪～0.25﹪、余量：Fe和不可避免的杂质；

2)淬透性计算：C含量为0.28％、晶粒度为6级的钢的基本淬透性为DIC＝5mm。按Si、Mn、Cr、Mo最低含量计算得到的4130X的淬透性为：DI＝DIC×(1+0.7×0.15)×(1+5.5×0.7)×(1+2.25×0.9)×(1+2.96×0.21)＝131mm；考虑到长管拖车气瓶淬火时为单面淬火，其淬透性为65mm左右；通常长管拖车气瓶的平均壁厚不大于30mm，所以化学成分优化后4130X的淬透性理论上满足气瓶设计的要求；

3)利用820二辊斜轧穿孔机对加热后的连铸坯进行穿孔；

4)通过820二辊精密斜轧机进行轧管，热轧后的荒管外径为725mm；

5)对荒管进行矫直、精整，使直线度小于1.5mm/m，椭圆度小于1.5％；

6)利用内表面喷砂清除荒管内壁的杂物与氧化皮后均匀涂抹润滑剂；

7)用顶推式扩径机组对涂抹润滑剂后的荒管进行扩径，扩径比为1.28；

8)对扩径后的毛管进行退火处理，热处理后毛管硬度为158HB～175HB；

9)使用液压式矫直机和六辊矫直机对毛管进行两步矫直和整圆，液压式矫直机主要用来降低毛管的弯曲度，六辊矫直机主要用来降低毛管的椭圆度。矫直后，使毛管的直线度小于1.2mm/m，椭圆度小于1.2％；

10)对毛管进行内外表面喷砂和内外表面局部修磨，确保毛管内外表面没有氧化皮、裂纹、折叠、翘皮、划道、孔洞、凹凸等缺陷，利用吸尘设备收集喷砂过程中产生的灰尘，避免对作业场所造成污染；

11)将毛管浸于磷化液中，使毛管内外表面形成一层磷化膜；

12)将磷化后的荒管在清水中洗净后浸入皂化液中，使荒管内外表面吸附一层均匀的皂化液，从而起到润滑作用；

13)使用大吨位的液压式精密冷拔机组对磷化和皂化后的荒管进行第一道冷拔，壁厚减薄量占总壁厚减薄量的50％～55％，拔制时内、外模中心应与连杆中心保持一致，避免产生弯曲或壁厚不均；

14)对第一道冷拔后的毛管进行矫直、内外表面喷砂和局部修磨；

15)使用全自动超声波壁厚检测设备对喷砂后的毛管进行100％的自动超声波测厚，根据每一只毛管的平均壁厚和最小壁厚选择第二道冷拔所使用的内模芯棒；

16)对毛管进行磷化和皂化，使用大吨位液压式精密冷拔机组对磷化和皂化后的毛管进行第二道冷拔，壁厚减薄量占总壁厚减薄量的45％～50％，拔制时内、外模中心应与连杆中心保持一致，避免产生弯曲或壁厚不均；

17)用全自动超声波涡流联合自动检测设备对钢管全长进行100％的超声波检测、涡流检测和自动测厚，超声波检测的验收等级为GB5777-2008规定的L2级，涡流检测的验收等级为GB/T 7735-2004规定的B级，钢管壁厚不允许小于最小设计壁厚。

特别地，所述步骤3)中采用直径为600mm的连铸坯在环形加热炉中加热温度为1250℃～1280℃，连铸坯的出炉温度为1250℃，穿孔后的外径为710mm。

特别地，所述步骤4)中轧管后的外径偏差±1％，壁厚偏差0～25％，壁厚不均匀度小于20％。

特别地，所述步骤6)中润滑剂由粉末状石墨粉：鳞片石墨粉：水按质量比1:1:3的比例混合，其中，粉末状石墨粉粒径为74μm，鳞片石墨粉的粒径为68μm。

特别地，所述步骤7)中顶推式扩径机组的中频加热温度为740℃～800℃，推制速度为140～15mm/min。

特别地，所述步骤8)中热处理加热温度为730℃～760℃，保温90min～100min，随炉冷却到450℃～480℃后出炉空冷。

特别地，所述步骤11)中具体的磷化工艺为：将荒管浸于65℃～70℃的磷化液中80min～90min，磷化液的控制指标为：游离酸1.0d，总酸32.5d。

特别地，所述步骤12)中具体的皂化工艺为：将经磷化后的荒管在清水中洗净后浸入70℃～75℃的皂化液中80min，皂化液的控制指标为：脂肪酸8.0ND。

特别地，所述步骤13)中采用1600t液压式精密冷拔机组，冷拔速度为0.8～1.0m/min，壁厚减薄量为2.0mm～4.5mm；所述步骤14)中采用1600t液压式精密冷拔机组，冷拔速度为0.8～1.0m/min，壁厚减薄量为1.5mm～4.5mm。

特别地，在经过上述步骤17)的检测后还需对钢管进行机械性能的测试，具体的测试方法为：先截取长度不小于610mm的样管，将两端封闭后进行热处理,淬火温度880℃，保温时间40min；淬火液为浓度8％的聚合物水溶液，使淬火液形成强循环，以加快冷却速度；回火温度600℃，保温时间120min，空冷；然后从热处理后的样管上截取试样，进行机械性能测试。

本发明的有益效果为，与现有技术相比所述直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法具有以下优点：

1)通过优化材料的化学成分，无需添加贵重的合金元素，保证了单面淬火的淬透性；

2)以经济、灵活的方式制造出直径为914～920mm的长管拖车气瓶用薄壁无缝钢管，壁厚15～30mm，最大长度13mm，为制造具有更大单体水容积的大容积无缝气瓶创造了条件；

3)无缝钢管的几何精度高，外径公差±0.75％，壁厚公差0～15％，直线度小于1.5mm/m，椭圆度小于1.0％；内外表面质量好，钢管内外表面粗糙度小于10μm；并且成品的实际重量超出理论重量的幅度不超过7.5％，可使长管拖车气瓶的单体重量降低5％，可提高运输效率，并降低运输成本；

4)使用顶推式热扩+冷拔的工艺替代磨削+冷轧+机械修磨的方法，可减少金属材料损耗21％，可提高生产效率和产品合格率；

5)第二道冷拔之前对钢管进行100％的自动超声波测厚，根据每一只钢管的平均壁厚和壁厚最小值选择第二道冷拔所使用的内模芯棒，提高了制造精度和产品的合格率。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。

本实施例中，一种直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，产品规格为：920x22.8x12290mm的无缝钢管，钢管的材质为4130X，产品的尺寸和重量要求见下表：

产品的机械性能要求见下表：

直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法的具体制造流程如下：

步骤a：直径为600mm的连铸坯在环形加热炉中加热到1250℃～1280℃，连铸坯的出炉温度为1250℃；

按质量百分数计，连铸坯的化学成分包括C：0.28﹪～0.32﹪、Si：0.15﹪～0.25﹪、Mn：0.70﹪～0.90﹪、P：≤0.012﹪、S：≤0.008﹪、Cr：0.90﹪～1.10﹪、Mo：0.21﹪～0.25﹪、余量：Fe和不可避免的杂质。

步骤b：用820二辊斜轧穿孔机对加热后的连铸坯进行穿孔，穿孔后的外径为710mm，厚度为50mm；

步骤c：用820二辊精密斜轧机进行轧管，热轧后的荒管外径为725mm，厚度为28mm，外径偏差±1％，壁厚偏差0～25％，壁厚不均匀度小于20％；

步骤d：对荒管进行矫直、精整，使直线度小于1.5mm/m，椭圆度小于1.5％；

步骤e：利用内表面喷砂清除荒管内壁的杂物与氧化皮后均匀涂抹润滑剂，润滑剂为粉末状石墨粉(粒径74μm)、鳞片石墨粉(粒径68μm)与水按质量比1:1:3的比例混合；

步骤f：用顶推式扩径机组对涂抹润滑剂后的荒管进行扩径，扩径比为1.28，中频加热温度为740℃～800℃，推制速度为140～150mm/min。热扩后毛管的外径为928mm，壁厚为26.5mm，壁厚偏差0～25％；

步骤g：对扩径后的毛管进行退火处理，热处理加热温度为730℃～760℃，保温90～100min，随炉冷却到450℃～480℃后出炉空冷，热处理后毛管硬度为158～175HB；

步骤h：使用液压式矫直机和六辊矫直机对毛管进行两步矫直和整圆，液压式矫直机主要用来降低毛管的弯曲度，六辊矫直机主要用来降低毛管的椭圆度。矫直后，使毛管的直线度小于1.2mm/m，椭圆度小于1.2％；

步骤i：对毛管进行内外表面喷砂和内外表面局部修磨，确保毛管内外表面没有氧化皮、裂纹、折叠、翘皮、划道、孔洞、凹凸等缺陷，利用吸尘设备收集喷砂过程中产生的灰尘，避免对作业场所造成污染；

步骤j：将毛管浸于65℃～70℃的磷化液中80～90min，使毛管内外表面形成一层磷化膜，磷化液的控制指标为：游离酸1.0d，总酸32.5d；

步骤k：将磷化后的毛管在清水中洗净后浸入70℃～75℃的皂化液中80min，使毛管内外表面吸附一层均匀的皂化液，从而起到润滑作用，皂化液的控制指标为：脂肪酸8.0ND；

步骤l：使用1600t液压式精密冷拔机组对磷化和皂化后的毛管进行第一道冷拔，冷拔速度为0.8～1.0m/min，壁厚减薄量为2.0～4.5mm，拔制时内、外模中心应与连杆中心保持一致，避免产生弯曲或壁厚不均；

步骤m：对第一道冷拔后的毛管进行矫直、内外表面喷砂和局部修磨；

步骤n：使用全自动超声波壁厚检测设备对喷砂后的毛管进行100％的自动超声波测厚，根据每一只毛管的平均壁厚和最小壁厚选择第二道冷拔所使用的内模芯棒。

内模芯棒有11个系列，其直径如下表所示，根据下表中平均壁厚和最小壁厚对应的芯棒直径的较小值选配适当的内模芯棒。

步骤o：对毛管进行磷化和皂化，使用1600t液压式精密冷拔机组对磷化和皂化后的毛管第二道冷拔。外模直径920mm，冷拔速度为0.8～0.85m/min，保证最小壁厚不小于22.9mm。拔制时内、外模中心应与连杆中心保持一致，避免产生弯曲或壁厚不均；

步骤p：对钢管进行矫直和外喷砂，然后使用全自动超声波涡流联合自动检测设备对钢管全长进行100％的超声波检测、涡流检测和自动测厚，超声波检测的验收等级为GB5777-2008规定的L2级，涡流检测的验收等级为GB/T 7735-2004规定的B级，钢管壁厚不允许小于最小设计壁厚；

步骤q：截取长度不小于610mm的样管，将两端封闭后进行热处理。淬火温度880℃，保温时间40min；淬火液为浓度8％的聚合物水溶液，使淬火液形成强循环，以加快冷却速度；回火温度600℃，保温时间120min，空冷；

步骤r：从热处理后的样管上截取试样，进行机械性能测试，测试结果见下表：

步骤s:对钢管进行尺寸和外观检验、喷标、包装入库；

步骤t:任意抽取两只成品钢管，测量得到的几何尺寸和重量见下表：

可见成品均满足最小设计壁厚、壁厚偏差、直径偏差、直线度和椭圆度的要求，热处理后达到了要求的机械性能，并且实际重量不超过理论重量的7.2％和7.0％，满足技术要求。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1)利用820二辊斜轧穿孔机对加热后的连铸坯进行穿孔；按质量百分数计，所述连铸坯的化学成分包括C：0.28﹪～0.32﹪、Si：0.15﹪～0.25﹪、Mn：0.70﹪～0.90﹪、P：≤0.012﹪、S：≤0.008﹪、Cr：0.90﹪～1.10﹪、Mo：0.21﹪～0.25﹪、余量：Fe和不可避免的杂质；

2)通过820二辊精密斜轧机进行轧管，热轧后的荒管外径为725mm；

3)对荒管进行矫直、精整，使直线度小于1.5mm/m，椭圆度小于1.5％；

4)利用内表面喷砂清除荒管内壁的杂物与氧化皮后均匀涂抹润滑剂；

5)用顶推式扩径机组对涂抹润滑剂后的荒管进行扩径，扩径比为1.28；

6)对扩径后的毛管进行退火处理，热处理后毛管硬度为158HB～175HB；

7)使用液压式矫直机和六辊矫直机对毛管进行两步矫直和整圆，液压式矫直机主要用来降低毛管的弯曲度，六辊矫直机主要用来降低毛管的椭圆度；矫直后，使毛管的直线度小于1.2mm/m，椭圆度小于1.2％；

8)对毛管进行内外表面喷砂和内外表面局部修磨；

9)将毛管浸于磷化液中，使毛管内外表面形成一层磷化膜；

10)将磷化后的荒管在清水中洗净后浸入皂化液中，使荒管内外表面吸附一层均匀的皂化液，从而起到润滑作用；

11)使用大吨位的液压式精密冷拔机组对磷化和皂化后的荒管进行第一道冷拔，壁厚减薄量占总壁厚减薄量的50％～55％，拔制时内、外模中心应与连杆中心保持一致，避免产生弯曲或壁厚不均；

12)对第一道冷拔后的毛管进行矫直、内外表面喷砂和局部修磨；

13)使用全自动超声波壁厚检测设备对喷砂后的毛管进行100％的自动超声波测厚，根据每一只毛管的平均壁厚和最小壁厚选择第二道冷拔所使用的内模芯棒；

14)对毛管进行磷化和皂化，使用大吨位液压式精密冷拔机组对磷化和皂化后的毛管进行第二道冷拔，壁厚减薄量占总壁厚减薄量的45％～50％，拔制时内、外模中心应与连杆中心保持一致，避免产生弯曲或壁厚不均；

15)用全自动超声波涡流联合自动检测设备对钢管全长进行100％的超声波检测、涡流检测和自动测厚。

2.如权利要求1所述的直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤1)中采用直径为600mm的连铸坯在环形加热炉中加热温度为1250℃～1280℃，连铸坯的出炉温度为1250℃，穿孔后的外径为710mm。

3.如权利要求1所述的直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤2)中轧管后的外径偏差±1％，壁厚偏差0～25％，壁厚不均匀度小于20％。

4.如权利要求1所述的直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤4)中润滑剂由粉末状石墨粉：鳞片石墨粉：水按质量比1:1:3的比例混合，其中，粉末状石墨粉粒径为74μm，鳞片石墨粉的粒径为68μm。

5.如权利要求1所述的直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤5)中顶推式扩径机组的中频加热温度为740℃～800℃，推制速度为140～15mm/min。

6.如权利要求1所述的直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤6)中热处理加热温度为730℃～760℃，保温90min～100min，随炉冷却到450℃～480℃后出炉空冷。

7.如权利要求1所述的直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤9)中具体的磷化工艺为：将荒管浸于65℃～70℃的磷化液中80min～90min，磷化液的控制指标为：游离酸1.0d，总酸32.5d。

8.如权利要求1所述的直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤10)中具体的皂化工艺为：将经磷化后的荒管在清水中洗净后浸入70℃～75℃的皂化液中80min，皂化液的控制指标为：脂肪酸8.0ND。

9.如权利要求1所述的直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤11)中采用1600t液压式精密冷拔机组，冷拔速度为0.8～1.0m/min，壁厚减薄量为2.0mm～4.5mm；所述步骤14)中采用1600t液压式精密冷拔机组，冷拔速度为0.8～1.0m/min，壁厚减薄量为1.5mm～4.5mm。

10.如权利要求1所述的直径920㎜的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法，其特征在于，在经过上述步骤15)的检测后还需对钢管进行机械性能的测试，具体的测试方法为：先截取长度不小于610mm的样管，将两端封闭后进行热处理,淬火温度880℃，保温时间40min；淬火液为浓度8％的聚合物水溶液，使淬火液形成强循环，以加快冷却速度；回火温度600℃，保温时间120min，空冷；然后从热处理后的样管上截取试样，进行机械性能测试。