CN111001659A - 一种直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直径为1700‑2000mm的无缝钢管的生产方法。该方法包括下料管坯，管坯为直径1000mm的实心连铸圆柱坯，将管坯加热，加热时升温速度为70‑100℃/h，直至管坯的温度达到1180℃‑1380℃后再保温480‑540分钟，对管坯进行穿孔，取得毛管，将毛管经扩径轧管和扩径均整取得荒管，穿孔、扩径轧管和扩径均整均为斜轧扩径方式，荒管内定径，所述内定径采用超大直径中频扩管方式，经热处理、冷却后矫直、内外表面打磨、锯切，所述的热处理为成品钢管的热处理。采用本发明的生产方法替代了锻造法，解决了工艺流程复杂，尺寸不精准的问题。本发明的生产方法流程短、产品尺寸精度高、成材率高、生产成本低，且有利于自动化生产。
Description
技术领域
本发明属于金属压延加工技术领域，尤其是涉及一种直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法。
背景技术
随着我国天然气需求的增长，为了提高管道输送效率，降低能耗，减少投资和运营费用，长距离输送管线向高压、大口径、厚壁发展已成为趋势。扬州诚德钢管有限公司利用现有装备，采用斜轧穿孔+斜轧扩径均整+热定径的方法生产出了X80级别直径在1422mm的无缝钢管，这种无缝钢管作为长距离输送管线的直管代替了现有的大直径直缝焊管。无缝钢管在形成管线时没有纵向直焊缝，只有对接环焊缝，因此其耐爆破止裂性能好，安全性高，得到了客户的高度认可。但是该长距离输送管线所需三通件直径需要1700mm-2000mm的无缝钢管，其直径远大于1422mm，采用常规的热定径方式无法生产出1700mm-2000mm的无缝钢管。
此外，锅炉行业常用的锅筒也是一种直径在1700mm-2000mm的无缝钢管。锅筒是水管锅炉中用以进行汽水分离和蒸汽净化，组成水循环回炉并蓄存锅水的筒形压力容器。其主要作用为接纳省煤器来水，进行汽水分离和向循环回路供水，向过热器输送饱和蒸汽。
现有技术中生产1700mm-2000mm直径钢管采用的是锻造法。锻造法的过程是：模铸钢锭经清理、加热后用顶杆和冲模先在钢锭的中心冲孔，切掉盲端后中间插入芯棒在锻造机上进行逐步的扩孔锻造，将锻造后的荒管经过内镗外扒的机械加工方法成型，此方法流程复杂，锻造时间长，且要经过多次反复加热和锻造，锻造后的毛管尺寸精度较差不能满足成品钢管的要求，必须用机械加工的方式对内外表面进行加工才能达到成品钢管的要求，其缺陷还有自动化程度低，成材率低，成本高，单件长度短，不利于大规模高效生产。
根据百度百科可知，外径在(89mm-1200mm)之间的大家习惯称之为大口径无缝管、因为他的直径比较大。
因此，采用一种生产流程短、产品尺寸精度高、成材率高、生产成本低的方法生产1700mm-2000mm大直径无缝钢管成为一种必然趋势。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种工艺简单、尺寸精度高、成本低的直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法。
为实现上述目的，本发明的直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法采用的技术方案是：
一种直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法，下料管坯，管坯为直径1000mm的实心连铸圆柱坯，将管坯加热，加热时升温速度为70-100℃/h，直至管坯的温度达到1180℃-1380℃后再保温480-540分钟，对管坯进行穿孔，取得毛管，将毛管经扩径轧管和扩径均整取得荒管，穿孔、扩径轧管和扩径均整均为斜轧扩径方式，荒管内定径，所述内定径采用超大直径中频扩管方式，经热处理、冷却后矫直、内外表面打磨、锯切后入库，所述的热处理为成品钢管热处理。由于生产的成品钢管的直径为1700mm-2000mm，这决定了所采用的连铸圆柱坯直径不宜过小，否则将影响产品的轧制比，不能满足产品需求；直径为1000mm的连铸圆柱坯是目前世界上能生产出的最大连铸圆柱坯，故本发明直接使用1000mm的连铸圆柱坯。受到传热效率的影响，加热升温速度过快，会导致管坯的内外表面形成较大的温度应力，从而造成管坯的加热过程中开裂，对产品的质量造成影响，所以加热时升温速度设计为70-100℃/h。连铸圆柱坯的温度高于1380℃，则容易造成管坯的过烧，造成晶间脱碳，温度低于1180℃管坯的高温轧制塑性，使轧制力大幅上升，造成设备损坏；保温时间过短会造成管坯的内外表面温度不均，造成钢管的壁厚不均，保温时间过长则会造成效率的下降，故设计保温时间在480-540分钟。斜轧扩径采用的轧辊辊形均为锥形辊；斜轧轧制可以使管坯金属在纵向和横向都产生变形，对钢管保持较好的组织性能有利，金属的各向异性相比纵轧工艺要好。
穿孔用的轧辊形状为锥形，穿孔后取得的毛管的扩径率约为3％-8％，穿孔后的毛管外径范围约为1030mm-1080mm。穿孔的主要工艺目的为使实心的圆管坯穿制为空心的毛管，为了保证穿孔毛管内表面的质量此处采用微扩径穿孔效果会更好。
扩径轧管用的轧辊形状为锥形，扩径轧管后取得的毛管扩径率约为15％-25％，轧管后的外径范围约为1200mm-1300mm。扩径轧管工艺的主要目的为了毛管的外径进一步放大、壁厚进一步减薄，此处采用大扩径大减壁的工艺效果会更好。
扩径均整后的扩径率约为15％-25％，取得的荒管的外径范围约为1450mm-1650mm。扩径均整的主要目的是进一步放大毛管的外径、进一步减薄壁厚的同时通过多道次轧制改善产品的壁厚精度。
内定径后外径范围约为1700mm-2000mm。由于1700mm-2000mm的无缝钢管为世界首创，目前除传统的锻造方法以外无其他手段制作，此处采用中频扩管内定径的工艺得到直径为1700mm-2000mm最终产品。从变形区金属受力状态可知，中频扩管时变形区的金属处于两向受压、一向受拉的状态，受力状态较好，并且采用相对较低的扩管温度和较低的推进速度，可使得晶粒之间保持相应的结合力和约束力，抑制钢管内的裂纹等缺陷扩展。芯棒的尺寸精度直接影响到中频热扩钢管的制造精度，随着芯棒设计开发的深入以及大量生产和试验数据的积累，芯棒的尺寸精度越来越高，使得热扩钢管的制造精度也随之提高，使得中频扩管内定径出成品成为可能。
采用正火或者正火+回火或者淬火+回火的方式进行成品钢管热处理。热处理的方案依据成品钢管的钢级决定，本领域技术人员根据掌握的现有技术和钢材的材质，匹配常规的相应的热处理方案即可。热处理的方案依据成品钢管的钢级决定。X80管线采用淬火+回火的工艺，淬火出炉温度为980℃±14℃，出炉后经水冷快速冷却，淬火的出炉温度过低则不能完全奥氏体话，达不到淬火的效果，温度过高又会使奥氏体过度长大，晶粒粗大后淬火的晶粒过大，性能达不到要求，故设计在980℃±14℃；回火温度为630℃±14℃，保温时间大于45min，回火的出炉温度过低则强度会超标，钢管的塑性下降，冲击性能达不到标准的要求，如果回火温度过高又会降低强度，钢管的机械性能达不到要求，故设计在630℃±14℃；锅筒用材料分为碳钢材料和合金钢材料，碳钢材料采用的成品钢管热处理一般为正火，出炉后直接空冷，正火温度一般为880℃-930℃，温度不能过高，否则易引起晶粒长大，影响产品性能，合金钢材料一般为正火+回火，回火的主要目的是调整材料的强度，增加其韧性。
矫直后钢管的直线度≤3mm/m。一般钢管相关标准里要求的直线度≤3mm/m，而对于1700mm-2000mm超大直径钢管的直线度目前还没有制定标准。本发明制成的超大无缝钢管一般用于管线中的三通或锅炉中的锅筒，由于牵涉到后续的加工，较高直线度的需求并不迫切，故仍然参考一般钢管相关标准要求。
成品钢管的内外表面采用打磨的方法进行表面处理。通过机器设备采用砂轮对成品钢管的内外表面进行打磨，打磨后的钢管内外表面质量不得有裂纹、折叠、结疤、轧折和离层，这些缺陷应完全清除。
锯切指采用带锯床将钢管锯切到所需要的长度，并两端保证平直，无毛刺。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
采用本发明的技术方案造出了直径为1700mm-2000mm的无缝钢管代替传统的锻造方法制得的钢管，生产工艺简单，其生产组织灵活，生产效率高，产品质量好，成材率高，生产成本低，且便于自动化生产，能满足天然气管网建设中对无缝三通和锅炉中对锅筒的需求。
附图说明
图1是本发明直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法流程示意图。
图2是穿孔用的穿孔顶头示意图。
图3是穿孔用的穿孔机轧辊示意图。
图4是扩径轧管和扩径均整用的顶头示意图。
图5是扩径轧管机的轧辊示意图。
图6是扩径均整机用的轧辊示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1，本实施例的目标产品为钢牌号X80，成品规格1750*57mm的长距离输送管线所需三通用直管，1750mm为直径，57mm为壁厚。
一种直径为1750mm，壁厚为57mm的无缝钢管的生产方法，具体包括如下步骤：
1.从直径为1000mm的连铸圆柱坯上下料，取得长度为3500mm的实心圆柱作为管坯；
2.将管坯放置在环形加热炉中加热，升温速度为85±15℃/h，管坯加热到1180℃-1380℃之间，保温时间为480-540min；
3.利用锥形辊穿孔机进行穿孔(采用如图1所示的顶头和如图2所示的轧辊)，取得外径为1055mm，壁厚为157mm，长度为6110mm的毛管，其扩径率为5.5％，穿孔延伸为1.75；
4.利用扩径轧管机进行扩径轧管(采用如图3所示的顶头和如图4所示的轧辊)，取得外径为1280mm，壁厚为100mm，长度为7300mm的荒管，其扩径率为21.3％，轧管延伸为1.19；
5.利用扩径均整机进行扩径均整(采用如图3所示的顶头和如图5所示的轧辊)，取得外径为1540mm，壁厚为70mm，长度为8371mm的荒管，其扩径率为21.3％，均整延伸为1.15。
6.利用中频扩径机进行扩径即进行内定径，取得外径为1750mm，壁厚为61mm，长度为8000mm的荒管，其扩径率为14％；
7.利用热处理装置对该产品进行淬火+回火热处理，淬火出炉温度为980℃±14℃，出炉后经水冷快速冷却，回火温度为630℃±14℃，保温时间大于45min，热处理以后的性能满足API 5L X80(X80是一种低碳微合金钢，执行标准是API 5L，80是钢级，屈服强度大约80ksi，API 5L是规范)的有关要求；
8.冷却后，利用矫直机对钢管进行矫直，矫直后钢管的直线度达到3mm/m；
9.内外表面进行打磨处理；
10.利用UT+ET+水压对该产品进行无损检测及水压测试，满足相关规范要求；
11.成品锯切到所需要的长度，两端平直；
12.成品尺寸及目视检查后喷标、包装、入库。
实施例2：本实施例的目标产品是材质为20号钢(低碳钢)，成品规格2000*60mm的锅筒直管，2000mm为直径，60mm为壁厚。
一种直径为2000mm，壁厚为60mm的无缝钢管的生产方法，具体包括如下步骤：
1.从直径为1000mm的连铸圆柱坯上下料，取得长度为3500mm的实心圆柱作为管坯
2.将管坯放置在环形加热炉中加热，升温速度为85±15℃/h，管坯加热到1180℃-1380℃之间，保温时间为480-540min；
3.利用锥形辊穿孔机进行穿孔(采用如图1所示的顶头和如图2所示的轧辊)，取得外径为1080mm，壁厚为160mm，其扩径率为8％；
4.利用扩径轧管机进行扩径轧管(采用如图3所示的顶头和如图4所示的轧辊)，取得外径为1300mm，壁厚为110mm，其扩径率为20.4％；
5.利用扩径均整机进行扩径均整(采用如图3所示的顶头和如图5所示的轧辊)，取得外径为1625mm，壁厚为75mm，其扩径率为25％。
6.利用中频扩径机进行扩径即进行内定径，取得外径为2000mm，壁厚为65mm，其扩径率为23％；
7.利用热处理装置对该产品进行正火处理，正火温度一般为880℃-930℃，保温时间30分钟，出炉后空冷；
8.冷却后，利用矫直机对钢管进行矫直，矫直后钢管的直线度达到3mm/m；
9.内外表面进行打磨处理；
10.利用UT+ET+水压对该产品进行无损检测及水压测试，满足相关规范要求；
11.成品锯切到所需要的长度，两端平直；
12.成品尺寸及目视检查后喷标、包装、入库。
实施例3：本实施例的目标产品是材质为16Mn，成品规格1700*53mm的锅筒直管，1700mm为直径，53mm为壁厚。
一种直径为1700mm，壁厚为53mm的无缝钢管的生产方法，具体包括如下步骤：
1.从直径为1000mm的连铸圆柱坯上下料，取得长度为3500mm的实心圆管坯料；
2.将实心圆管坯料放置在环形加热炉中加热，升温速度为85±15℃/h，管坯加热到1180℃-1380℃之间，保温时间为480-540min；
3.利用锥形辊穿孔机进行穿孔(采用如图1所示的顶头和如图2所示的轧辊)，取得外径为1030mm，壁厚为160mm，其扩径率为3％；
4.利用扩径轧管机进行扩径轧管(采用如图3所示的顶头和如图4所示的轧辊)，取得外径为1230mm，壁厚为105mm，其扩径率为19.5％；
5.利用扩径均整机进行扩径均整，取得外径为1470mm，壁厚为74mm，其扩径率为19.5％。
6.利用中频扩径机进行扩径即进行内定径，取得外径为1700mm，壁厚为57mm，其扩径率为15.6％；
7.利用热处理装置对该产品进行正火+回火热处理，正火温度为890±10℃加热，保温45分，回火温度为在450℃-750℃温度下回火，保温时间30min；
8.冷却后，利用矫直机对钢管进行矫直，矫直后钢管的直线度达到3mm/m；
9.内外表面进行打磨处理；
10.利用UT+ET+水压对该产品进行无损检测及水压测试，满足相关规范要求；
11.成品锯切到所需要的长度，两端平直；
12.成品尺寸及目视检查后喷标、包装、入库。
Claims (8)
1.一种直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法，其特征在于：下料管坯，管坯为直径1000mm的实心连铸圆柱坯，将管坯加热，加热时升温速度为70-100℃/h，直至管坯的温度达到1180℃-1380℃后再保温480-540分钟，对管坯进行穿孔，取得毛管，将毛管经扩径轧管和扩径均整取得荒管，穿孔、扩径轧管和扩径均整均为斜轧扩径方式，荒管内定径，所述内定径采用超大直径中频扩管方式，经热处理、冷却后矫直、内外表面打磨、锯切后入库，所述的热处理为成品钢管热处理。
2.根据权利要求1所述的直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法，其特征在于：穿孔用的轧辊形状为锥形，穿孔后取得的毛管的扩径率约为3％-8％，穿孔后的毛管外径范围约为1030mm-1080mm。
3.根据权利要求1所述的直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法，其特征在于：扩径轧管用的轧辊形状为锥形，扩径轧管后取得的毛管扩径率约为15％-25％，轧管后的外径范围约为1200mm-1300mm。
4.根据权利要求1所述的直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法，其特征在于：扩径均整后的扩径率约为15％-25％，取得的荒管的外径范围约为1450mm-1650mm。
5.根据权利要求1所述的直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法，其特征在于：内定径后外径范围约为1700mm-2000mm。
6.根据权利要求1-5任一一种所述的直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法，其特征在于：采用正火或者正火+回火或者淬火+回火的方式进行成品钢管热处理。
7.根据权利要求1所述的直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法，其特征在于：矫直后钢管的直线度≤3mm/m。
8.根据权利要求1所述的直径为1700-2000mm的无缝钢管的生产方法，其特征在于：成品钢管的内外表面采用打磨的方法进行表面处理。
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