CN111589871A - 一种小口径厚壁无缝钢管的生产线及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小口径厚壁无缝钢管的生产线及其生产工艺，属于热轧钢管技术领域。生产线包括依次连接的环形加热炉、穿孔机、吹刷站、连轧前高压水除鳞装置、连轧管机、脱管机、感应加热装置、减径前高压水除鳞装置、四辊减径机组及减径后冷却装置；生产工艺包括以下步骤，加热、穿孔、毛管内部氮气硼砂喷吹、连轧管机轧制、脱管、四辊减径机组轧制、减径后控制冷却。本发明轧制时轧辊辊缝与辊底处速度差更小，钢管滑移小，能够降低内方缺陷出现的几率，提高产品表面及内壁尺寸精度，减小了轧辊磨损，减少了加入合金同时提高钢管强度，降低切头尾长度，提高了成材率，提高了经济效益。
Description
技术领域
本发明属于热轧无缝钢管生产技术领域，涉及一种小口径厚壁无缝钢管的生产线及其生产工艺。
背景技术
目前，传统无缝钢管的生产工艺通常包括：环形加热炉加热圆管坯—斜轧穿孔—轧管—再加热—定径—冷却—成排锯切—矫直—管体探伤—收集打捆—成品发货或经热处理后发货。实现钢管生产工艺的核心设备包括穿孔机、轧管机及定减径机，其中，定减径机是无缝钢管生产线中的精轧设备，是扩大产品规格范围，提高轧管机产量和保证最终产品质量的一种理想的生产设备。
目前，现有的无缝钢管减径机大都是两辊或者三辊，如图1所示，传统无缝钢管生产线包括依次设置环形加热炉1、穿孔机2、吹刷站3、连轧前高压水除鳞装置4、连轧管机5、脱管机6、感应加热装置7、减径前高压水除鳞装置8、三辊减径机组9、步进式冷床10、收集整理系统11。在减径变形过程中，钢管受到90°或者60°的挤压力，钢管各个位置受力不均，成品钢管易出现壁厚不均现象，即“内六方”、“内四方”现象，尤其是小口径厚壁管，此类现象更加严重，最终导致产品尺寸精度不高。
随着现代工业对石油套管、高压锅炉用钢管、低中压锅炉用钢管、输送流体用钢管和结构用钢管精度需求的提高，采用三辊及二辊减径机组轧制需要复杂的工艺和操作方式，产生较高的生产成本。为满足小口径厚壁无缝钢管生产需求，同时在目前钢铁产品的利润越来越薄的当下，该问题越发突出，在轧制生产工序不能减少的条件下，需要考虑优化整个车间其他工序环节，降低车间能耗及成本，提高车间生产效率和生产利润。针对目前钢管生产线中存在的问题，本发明提出一种小口径厚壁优质钢管生产线，实现优质小口径厚壁钢管的生产，提高小口径厚壁钢管的外径和壁厚精度，提高钢管表面质量，提高产线成型效率，降低内方程度，减小轧辊磨损，大大节约企业成本，提高市场竞争力，提高企业的经济效益。具有较好的发展前景。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种小口径厚壁无缝钢管的生产线及其生产工艺，能够提高小口径厚壁钢管的外径和壁厚精度，提高钢管表面质量，提高产线成型效率，降低内方程度，减小轧辊磨损。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种小口径厚壁无缝钢管的生产线，包括依次连接的环形加热炉、穿孔机、吹刷站、连轧前高压水除鳞装置、连轧管机、脱管机、感应加热装置、减径前高压水除鳞装置、四辊减径机组及减径后冷却装置。
可选地，四辊减径机组的机架数量为16～24架，单机架的减径率≤7％。
可选地，四辊减径机组中相邻机架的辊底和辊缝重合，相邻机架之间旋转45°设置。
可选地，四辊减径机组的孔型系统为多段圆弧孔型，孔型包角为90°。
可选地，多段圆弧孔型的过渡弧沿轧制方向逐渐减小，孔型系统的孔型沿轧制方向逐渐趋近于90°圆弧。
可选地，减径后冷却装置采用多组圆环状喷嘴。
可选地，四辊减径机组的轧辊采用内外混合传动或内传动。
一种小口径厚壁无缝钢管的生产工艺，使用如上任一项所述的小口径厚壁无缝钢管的生产线，生产的钢管外径32mm～127mm，壁厚3.5mm～16mm，包括以下步骤，加热：将切好的管坯加热到950℃～1100℃；穿孔：去除管坯表面氧化层，然后穿轧成毛管；毛管内部氮气硼砂喷吹：向毛管内部喷吹氮气和硼砂，清除毛管内表面氧化层，提高毛管内表面的润滑效果，防止毛管内表面产生二次氧化；连轧管机轧制：将芯棒穿入毛管，经高压水除鳞后，毛管和芯棒一起进入连轧管机轧制成荒管；脱管：荒管进行脱管，芯棒分离；四辊减径机组轧制：荒管进行高压水除鳞及感应补热，然后进入多机架四辊减径机组进行轧制，轧制采用多段圆弧孔型系统及微张力轧制；减径后控制冷却：对减径后的钢管进行控制冷却。
可选地，“四辊减径机组轧制”步骤中，微张力值≤0.5。
可选地，“减径后控制冷却”步骤中，控制冷却时，钢管的表层最低冷却≥马氏体点转变温度，冷却水压≤0.6MPa。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明所述的一种小口径厚壁优质钢管生产线，根据小口径厚壁钢管特点，采用多段圆弧孔型、张力控制等手段降低内防缺陷出现的几率。降低切头尾长度，减小轧辊磨损，提高产品表面及内壁尺寸精度，提高成材率，提高经济效益。
(2)通过四辊减径机组实现小口径厚壁优质钢管的生产，降低三辊及二辊轧制时的内四方及内六方缺陷，相邻机架辊底和辊缝重合或近似重合，孔型更圆，提高了轧制的规圆效率，提高了能源利用率；四个轧辊互换使用，相邻机架可旋转45°或135°互换使用，减少了备件种类和数量；四个轧辊直径及宽度完全相同，孔型包角为90°，较二辊的180°及三辊的 120°小得多，轧制时轧辊辊缝与辊底处速度差更小，钢管滑移小，降低切头尾长度，减小轧辊磨损，提高产品表面及内壁尺寸精度，提高了成材率；
(3)轧后采用控制冷却，通过相变强化来提高钢管强度，减少了合金的加入，提高产品性能，降低合金成本，提高经济效益。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为传统无缝钢管生产线的布置简图；
图2为本实施例中小口径厚壁无缝钢管生产线的布置简图；
图3为四辊减径机组内传动的结构示意图；
图4为四辊减径机组内外混合传动的结构示意图；
图5为圆环状冷却器的结构示意图；
图6为圆环状冷却器的剖面示意图；
图7为四辊减径机组中首机架45°倾角设置的孔型系统示意图；
图8为四辊减径机组中首机架90°倾角设置的孔型系统示意图。
附图标记：环形加热炉1、穿孔机2、吹刷站3、连轧前高压水除鳞装置4、连轧管机5、脱管机6、感应加热装置7、减径前高压水除鳞装置8、三辊减径机组9、步进式冷床10、收集整理系统11、四辊减径机组12、减径后冷却装置13、机架本体14、传动轴15、轧辊16、锥齿轮17、进水管道18、水箱支架19、喷环20、辊底21、辊缝22。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图2，为一种小口径厚壁无缝钢管的生产线，包括依次连接的环形加热炉1、穿孔机2、吹刷站3、连轧前高压水除鳞装置4、连轧管机5、脱管机6、感应加热装置7、减径前高压水除鳞装置8、四辊减径机组12及减径后冷却装置13。
如图7或图8所示，本实施例中，四辊减径机组12的机架数量为24架，单机架的减径率为7％。四辊减径机组12中相邻机架的辊底21和辊缝22重合或近似重合，相邻机架之间旋转45°设置。四辊减径机组12的孔型系统为多段圆弧孔型，孔型包角为90°。多段圆弧孔型的过渡弧沿轧制方向逐渐减小，孔型系统的孔型沿轧制方向逐渐趋近于90°圆弧。四辊减径机组12的轧辊16可以采用内外混合传动或内传动。本实施例中，四辊减径机组12中首台机架可以如图7所示，首台机架与地面呈45°倾角设置，也可如图8所示，与地面呈90°倾角设置。
请参阅图3及图4，内传动的四辊减径机组12的机架包括机架本体14、传动轴15及轧辊16，轧辊16通过传动轴15获得动力。混合传动的四辊减径机组12的机架包括机架本体14、传动轴15、轧辊16及锥齿轮17。轧辊16通过传动轴15及锥齿轮17获得动力。
如图5～图6所示，本实施例中，减径后冷却装置13为圆环状缝隙多组喷嘴，圆环状缝隙多组喷嘴包括进水管道18、水箱支架19、喷环20，喷环20为2个，喷嘴绕喷环的轴线方向均匀地设置在喷环20上，能够对钢管进行均匀地冷却，保证冷却效果。
实际生产中，以生产外径42mm，壁厚为3.5mm的40Cr钢管为例，生产工艺具体步骤如下：
(1)环形加热炉1加热
采用步进梁式环形加热炉1将切好的Ф150mm钢坯加热到1000℃～1200℃，并保温，加热保温后钢坯芯表及头尾温差均不大于30℃。
(2)穿孔
采用出料机将步骤(1)经加热保温后的钢坯从炉中取出，去除表面氧化铁皮后，送往穿孔机2穿轧成毛管，穿孔时，钢坯温度为1000℃～1200℃，穿孔后毛管外径为Ф158mm，壁厚为12.2mm；不满足轧制温度要求或其它原因不能轧制的管坯则拨入剔除装置进行收集。
(3)毛管内部喷吹氮气和硼砂
将步骤(2)经穿孔后的毛管由快速横移装置移送至吹刷站3，利用喷嘴向毛管内部喷吹氮气和硼砂，以清除毛管内表面氧化铁皮，防止毛管内表面产生二次氧化，并提高其内表面的润滑效果。
(4)连轧管机5轧制
将步骤(3)经喷吹氮气和硼砂的毛管，由快速横移装置横移到连轧管机5前台。芯棒限动系统将芯棒穿入毛管，并将芯棒前端送至连轧管机5的预设定位置，毛管和芯棒一起进入连轧管机5轧制。在连轧管机5入口设置有高压水除鳞装置，用于清除毛管外表面氧化铁皮，连轧后钢管外径为Ф125mm，壁厚为4.0mm。
(5)脱管
将步骤(4)经连轧管机5轧制的荒管直接进入3机架脱管机6上进行脱管，同时芯棒返回前台。
(6)四辊减径机组轧制
将步骤(5)经3机架脱管机6脱管后的荒管，经高压水除鳞及感应补热后进入包含24 台机架的四辊减径机组12轧制，轧制孔型采用多段圆弧孔型系统，同时采用微张力轧制，微张力值≤0.5，以保证轧后尺寸精度，降低切头尾长度，轧制温度900℃～1000℃，轧制完成后，钢管外径为Ф42.42mm，壁厚为3.54mm。
(7)减径后控制冷却
将步骤(6)经24机架四辊减径机组12轧制后的钢管进行控制冷却，控制冷却采用圆环状缝隙多组喷嘴对减径后的钢管进行控制冷却，控制冷却时，钢管的表层最低冷却≥马氏体点转变温度，冷却水压≤0.6MPa，以控制最终钢管的显微组织及力学性能。
(8)冷床冷却
将步骤(7)经控制冷却后的钢管，通过输送辊道及上料装置送往步进式冷床10冷却；
(9)组排、分料、切头尾、定尺等收集
将步骤(8)经冷床冷却后的钢管依次进行组排、分料，然后由输送辊道送往成排冷锯进行切头、切尾和切定尺，并进入后续收集处理。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种小口径厚壁无缝钢管的生产线，其特征在于：包括依次连接的环形加热炉、穿孔机、吹刷站、连轧前高压水除鳞装置、连轧管机、脱管机、感应加热装置、减径前高压水除鳞装置、四辊减径机组及减径后冷却装置。
2.根据权利要求1所述的一种小口径厚壁无缝钢管的生产线，其特征在于：四辊减径机组的机架数量为16～24架，单机架的减径率≤7％。
3.根据权利要求1所述的一种小口径厚壁无缝钢管的生产线，其特征在于：四辊减径机组中相邻机架的辊底和辊缝重合，相邻机架之间旋转45°设置。
4.根据权利要求1所述的一种小口径厚壁无缝钢管的生产线，其特征在于：四辊减径机组的孔型系统为多段圆弧孔型，孔型包角为90°。
5.根据权利要求4所述的一种小口径厚壁无缝钢管的生产线，其特征在于：多段圆弧孔型的过渡弧沿轧制方向逐渐减小，孔型系统的孔型沿轧制方向逐渐趋近于90°圆弧。
6.根据权利要求1所述的一种小口径厚壁无缝钢管的生产线，其特征在于：减径后冷却装置采用多组圆环状喷嘴。
7.根据权利要求1所述的一种小口径厚壁无缝钢管的生产线，其特征在于：四辊减径机组的轧辊采用内外混合传动或内传动。
8.一种小口径厚壁无缝钢管的生产工艺，使用如权利要求1～7任一项所述的小口径厚壁无缝钢管的生产线，其特征在于，生产的钢管外径32mm～127mm，壁厚3.5mm～16mm，包括以下步骤，
加热：将切好的管坯加热到950℃～1100℃；
穿孔：去除管坯表面氧化层，然后穿轧成毛管；
毛管内部氮气硼砂喷吹：向毛管内部喷吹氮气和硼砂，清除毛管内表面氧化层，提高毛管内表面的润滑效果，防止毛管内表面产生二次氧化；
连轧管机轧制：将芯棒穿入毛管，经高压水除鳞后，毛管和芯棒一起进入连轧管机轧制成荒管；
脱管：荒管进行脱管，芯棒分离；
四辊减径机组轧制：荒管进行高压水除鳞及感应补热，然后进入多机架四辊减径机组进行轧制，轧制采用多段圆弧孔型系统及微张力轧制；
减径后控制冷却：对减径后的钢管进行控制冷却。
9.根据权利要求8所述的一种小口径厚壁无缝钢管的生产工艺，其特征在于：“四辊减径机组轧制”步骤中，微张力值≤0.5。
10.根据权利要求8所述的一种小口径厚壁无缝钢管的生产工艺，其特征在于：“减径后控制冷却”步骤中，控制冷却时，钢管的表层最低冷温度≥马氏体转变温度，冷却水压≤0.6MPa。
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