CN109500131B - 一种长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法,其包括使用连轧机组轧制荒管,使用定径机定径,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第一道冷拔,进行100%的自动超声波测厚,根据每一只荒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,然后进行第二道冷拔。上述长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法不仅生产方式灵活、初始投资成本低、无环境污染,而且由该方法制造的长管拖车气瓶用无缝钢管尺寸范围宽,几何精度高,内外表面质量好,并且成品的实际重量超出理论重量的幅度不超过7.5%。
Description
技术领域
本发明属于大口径无缝钢管的制造技术,尤其涉及一种直径为540mm~720mm的长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法。
背景技术
长管拖车气瓶是指组装成长管拖车和管束式集装箱用于高压气体运输的大容积无缝气瓶,单只气瓶的水容积通常在1000升以上。国内对满载后的长管拖车总重限制在40吨以内。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苛的要求,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,通常不能达到长管拖车气瓶要求的最小壁厚。
公开号为CN102330030B的中国专利公开了一种直径559~711mm车载高压气瓶用无缝钢管及生产方法,其尝试了对连轧荒管进行斜轧旋扩的制造工艺,由该工艺制造的产品壁厚不均匀度大,内外表面残留有较深的螺旋痕迹,内表面粗糙度大于12μm。公开号为CN101444792B的中国专利公开了一种大直径高压气瓶用无缝钢管的生产方法,其试验了对连轧荒管进行多道次拉拔式热扩径的工艺,荒管需要经过多次加热,能耗高,钢管的外径精度低、外表面呈波浪形、钢管表面不光滑,这种热扩方式已逐渐被弃用。公开号为CN102039313B的中国专利公开了一种大口径气瓶用无缝钢管的生产方法,其采用了对连轧荒管进行顶推式热扩径的工艺,但是热扩工艺通常会增大热轧荒管的尺寸公差,远远不能满足当前大容积气瓶用无缝钢管对尺寸精度和重量的要求,这些工艺已经不再用于大容积气瓶用无缝钢管的最终生产阶段。
公开号为CN102303065B的中国专利公开为一种车载大口径高压气瓶用无缝钢管的制造方法,其将连轧机组轧制的荒管送入顶推式扩径机组进行热扩径,然后经过两道冷拔后制成直径为559mm的大容积气瓶用无缝钢管,长度为11m~12.5m,壁厚公差为0~22.5%,成品的实际重量超出理论重量的幅度不超过11.25%。公开号为CN102294379B的中国专利公开了一种大口径高压气瓶用无缝钢管的制造方法,其采用顶推式扩径机组对周期式轧管机组轧制的荒管进行热扩径,然后经过两道冷拔后制成直径为559mm的大容积气瓶用无缝钢管,长度为11~12.5m,壁厚公差为0~22.5%,成品的实际重量超出理论重量的幅度不超过11.25%。这两种方法所用的热轧荒管没有经过定径和精整工序,导致荒管的外径偏差较大,从而直接影响到热扩后钢管的尺寸精度,并且在冷拔之前没有对母管进行矫直和整圆,母管的直线度和椭圆度较大,进行第二道冷拔时没有根据母管的实际壁厚对内模芯棒进行调整,影响了冷拔后成品钢管的尺寸精度;并且这两种方法均采用酸洗工艺去除氧化皮,对环境造成较大的污染。
以上这几种制造方法所能达到的壁厚精度和壁厚不均匀度已经不能满足长管拖车气瓶用户对尺寸精度和重量日益苛刻的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种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产品壁厚精度低、壁厚不均匀和钢管内外表面质量差的问题。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法,其包括以下步骤:
1)利用二辊斜轧锥形辊穿孔机对加热后的连铸坯进行穿孔;
2)利用连轧机组进行轧管,热轧后的荒管外径为513mm~516mm;
3)利用定径机对热轧荒管进行定径,定径后的外径为508mm,外径偏差±1%,壁厚偏差0~20%,壁厚不均匀度小于16%;
4)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%;
5)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;
6)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1.05~1.5;
7)对扩径后的荒管进行退火处理,热处理后荒管硬度为158HB~175HB;
8)使用液压式矫直机和六辊矫直机对荒管进行两步矫直和整圆,液压式矫直机用来降低荒管的弯曲度,六辊矫直机用来降低荒管的椭圆度。矫直后,使荒管的直线度小于1.2mm/m,椭圆度小于1.2%;
9)对荒管进行内外表面喷砂和内外表面局部修磨,确保荒管内外表面没有氧化皮、裂纹、折叠、翘皮、划道、孔洞、凹凸缺陷,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;
10)将荒管浸于磷化液中,使荒管内外表面形成一层磷化膜;
11)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;
12)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减径减厚冷拔,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;
13)对第一道冷拔后的荒管进行矫直、内外表面喷砂和局部修磨;
14)使用全自动超声波壁厚检测设备对喷砂后的荒管进行100%的自动超声波测厚,根据每一只荒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;
15)对荒管进行磷化和皂化,使用大吨位液压式精密冷拔机组对磷化和皂化后的荒管进行第二道等径均整冷拔,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;
16)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。
特别地,所述步骤1)中采用直径为500mm的连铸坯在环形加热炉中加热400分钟~750分钟,加热温度为830℃~1290℃,连铸坯的出炉温度为1250℃,采用二辊斜轧锥形辊穿孔机对加热后的连铸坯进行穿孔,穿孔后的外径为550mm~580mm,厚度为45mm~80mm。
特别地,所述步骤2)中采用5机架三辊限动芯棒PQF连轧机组进行轧管。
特别地,所述步骤3)中采用12机架三辊定径机对热轧荒管进行定径,荒管进入定径机的入口温度为1000℃~1020℃,终轧温度为960℃~980℃。
特别地,所述步骤5)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6)中顶推式扩径机组的中频加热温度为740℃~800℃,推制速度为140~180mm/min。
特别地,所述步骤7)中热处理加热温度为730℃~760℃,保温80~90min,随炉冷却到450℃~480℃后出炉空冷。
特别地,所述步骤10)中具体的磷化工艺为:将荒管浸于65℃~70℃的磷化液中80min,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11)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12)中采用1600t液压式精密冷拔机组,冷拔速度为0.8~1.2m/min,壁厚减薄量为2.0mm~4.5mm;所述步骤15)中采用1600t液压式精密冷拔机组,冷拔速度为0.8~1.2m/min,壁厚减薄量为1.5mm~4.5mm。
本发明的有益效果为,与现有技术相比所述长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法具有以下优点:
1)制造的无缝钢管尺寸范围宽,直径540mm~720mm,壁厚8mm~25mm,最大长度14mm,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;
2)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,椭圆度小于平均直径的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4~5%,可提高运输效率,并降低运输成本;
3)热扩时中频加热温度较低,产生的壁厚偏差小,并且可降低能耗,推制速度较快,提高了工作效率;
4)采用内外表面喷砂代替酸洗的方法去除钢管表面的氧化皮,减少了对环境的污染。
4)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。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
本实施例中,一种长管拖车气瓶用无缝钢管的制造方法,产品规格为:715x21.5x12300mm的无缝钢管,钢管的材质为4130X,技术要求见下表:
具体实施步骤如下:
步骤a:直径为500mm、长度为3500mm的连铸坯在环形加热炉中加热610分钟,加热温度为830℃~1290℃,连铸坯的出炉温度为1250℃;
步骤b:用二辊斜轧锥形辊穿孔机对加热后的连铸坯进行穿孔,穿孔机的入口温度为1080℃~1095℃,穿孔后的外径为577mm,厚度为48mm;
步骤c:用5机架三辊限动芯棒PQF连轧机组进行轧管,热轧后的荒管外径为515mm;
步骤d:用12机架三辊定径机对热轧荒管进行定径,荒管进入定径机的入口温度为1010±5℃,终轧温度为970±5℃,定径后的外径为508mm,壁厚为30.5mm,外径偏差±1%,壁厚偏差0~20%,壁厚不均匀度小于16%;
步骤e: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f: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g:用顶推式扩径机组对涂抹润滑剂后的荒管进行扩径,芯棒直径663mm,扩径比为1.42,中频加热温度为780±5℃,推制速度为140~150mm/min。热扩后荒管的外径为717mm~725mm,平均壁厚为28.2mm,壁厚偏差小于4mm;
步骤h:对扩径后的荒管进行退火处理,热处理加热温度为745±5℃,保温90min,随炉冷却到465℃后出炉空冷,热处理后荒管的硬度为158HB~175HB;
步骤i:使用液压式矫直机和六辊矫直机对荒管进行两步矫直和整圆,使冷拔荒管的直线度小于1.2mm/m,椭圆度小于1.2%;
步骤j:对荒管进行内外表面喷砂和内外表面局部修磨,确保钢管内外表面没有氧化皮、裂纹、折叠、翘皮、划道、孔洞、凹凸缺陷;
步骤k:将荒管浸于65℃~70℃的磷化液中80min,使钢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l:将磷化后的荒管在清水中洗净后浸入70℃~75℃的皂化液中80min,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。皂化液的控制指标为:脂肪酸8.0ND;
步骤m:使用1600t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,内模芯棒直径为664mm,外模直径715mm,冷拔速度为0.9~1.0m/min,壁厚减薄量为3.0~3.5mm;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n:对第一道冷拔后的荒管进行矫直、内外表面喷砂和局部修磨;
步骤o:使用全自动超声波壁厚检测设备对喷砂后的荒管进行100%的自动超声波测厚,根据每一只荒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。其直径分别为:665.0mm、665.2mm、665.4mm、665.6mm、665.8mm、666.0mm、666.2mm、666.4mm、666.6mm、666.8mm、667mm,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p:对荒管进行磷化和皂化,使用1600t液压式精密冷拔机组对磷化和皂化后的荒管第二道冷拔。外模直径715mm,冷拔速度为0.9~1.0m/min,保证最小壁厚不小于21.6mm。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q: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r:对钢管进行尺寸检验和外观检验、小样热处理、喷标、包装入库。
步骤s:任意抽取两只成品钢管,测量得到的几何尺寸和重量如下表所示:
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,并且实际重量不超过理论重量的6.4%和6.8%,既保证了钢管最小设计壁厚,又达到了钢管减重的严格要求。
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 (8)
1.一种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)利用二辊斜轧锥形辊穿孔机对加热后的连铸坯进行穿孔;
2)利用连轧机组进行轧管,热轧后的荒管外径为513mm~516mm;
3)利用定径机对热轧荒管进行定径,定径后的外径为508mm,外径偏差±1%,壁厚偏差0~20%,壁厚不均匀度小于16%;
4)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%;
5)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;
6)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1.05~1.5;
7)对扩径后的荒管进行退火处理,热处理后荒管硬度为158HB~175HB;
8)使用液压式矫直机和六辊矫直机对荒管进行两步矫直和整圆,液压式矫直机用来降低荒管的弯曲度,六辊矫直机用来降低荒管的椭圆度,矫直后,使荒管的直线度小于1.2mm/m,椭圆度小于1.2%;
9)对荒管进行内外表面喷砂和内外表面局部修磨,确保荒管内外表面没有氧化皮、裂纹、折叠、翘皮、划道、孔洞、凹凸缺陷,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;
10)将荒管浸于磷化液中,使荒管内外表面形成一层磷化膜;
11)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;
12)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减径减厚冷拔,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;
13)对第一道冷拔后的荒管进行矫直、内外表面喷砂和局部修磨;
14)使用全自动超声波壁厚检测设备对喷砂后的荒管进行100%的自动超声波测厚,根据每一只荒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;
15)对荒管进行磷化和皂化,使用大吨位液压式精密冷拔机组对磷化和皂化后的荒管进行第二道等径均整冷拔,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;
16)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500mm的连铸坯在环形加热炉中加热400分钟~750分钟,加热温度为830℃~1290℃,连铸坯的出炉温度为1250℃,采用二辊斜轧锥形辊穿孔机对加热后的连铸坯进行穿孔,穿孔后的外径为550mm~580mm,厚度为45mm~80mm。
3.如权利要求1所述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)中采用5机架三辊限动芯棒PQF连轧机组进行轧管。
4.如权利要求1所述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3)中采用12机架三辊定径机对热轧荒管进行定径,荒管进入定径机的入口温度为1000℃~1020℃,终轧温度为960℃~980℃。
5.如权利要求1所述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。
6.如权利要求1所述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)中顶推式扩径机组的中频加热温度为740℃~800℃,推制速度为140~180mm/min。
7.如权利要求1所述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7)中热处理加热温度为730℃~760℃,保温80~90min,随炉冷却到450℃~480℃后出炉空冷。
8.如权利要求1所述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12)中采用1600t液压式精密冷拔机组,冷拔速度为0.8~1.2m/min,壁厚减薄量为2.0mm~4.5mm;所述步骤15)中采用1600t液压式精密冷拔机组,冷拔速度为0.8~1.2m/min,壁厚减薄量为1.5mm~4.5mm。
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GR01 | Patent grant | ||
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