CN111940537A - 一种s31254无缝钢管的热挤压制管生产方法 - Google Patents

Abstract

一种S31254无缝钢管的热挤压制管生产方法，包括如下步骤：坯料制备、一次热处理、穿/扩孔、二次热处理、挤压制管、收料检验等六个工序，根据S31254超级奥氏体合金成分，合理优化调整热处理、穿/扩孔、热挤压等参数，合理配比固体润滑剂成分，在满足S31254超级奥氏体合金热挤压制管技术要求的基础上，保障产能与质量，安全可靠、实用高效。工艺参数设计合理、工序流程连续紧凑，通过跟踪检查粘钢和挤压力、温度等主要参数，保障挤压制管的质量与效能，降低生产成本，提升成材率。

Description

一种S31254无缝钢管的热挤压制管生产方法

技术领域

本发明涉及无缝钢管生产方法，尤其一种S31254无缝钢管的热挤压制管生产方法，特别适用于成品管直径100mm以上的超级奥氏体合金无缝钢管的高温热态挤压制管生产加工。

背景技术

无缝钢管是常见的冶金金属制品。无缝钢管热挤压生产技术，是近年来应用的无缝钢管生产的工艺方法，是在三向压应力状态下，利用材料在高温下的良好塑性，通过由挤压模内孔和芯棒外圆形成的模孔而挤压成无缝钢管的一种热加工方法，因产能高、精度好、易于控制，尤其适用于高合金材质的制管，故已逐步取代传统的热轧穿孔工艺，成为高端无缝钢管生产的主要热态制管方式。

牌号为S31254的无缝钢管，属于超级奥氏体合金钢，其主要成分重量百分比是：C≤0.020％，Si≤0.80％，Mn≤1.00％，P≤0.030％，S≤0.010％，Ni 17.50～18.50％，Cr19.50～20.50％，Mo 6.00～6.50％，Cu 0.50～1.00％，N 0.18～0.22％，余量Fe。该无缝钢管是近年来能源化工领域研发的高端新型超级奥氏体合金无缝钢管，主要用于高腐蚀性、高含H2S-CO2-Cl的地层结构和海洋中油气资源的勘探开发生产。由于近代工业化持续采掘，容易开采的陆源和近海油气资源逐渐枯竭，油气资源的新领域开发，需要满足苛刻环境下持续稳定工作的新材料、新产品，以S31254为代表的超级奥氏体合金，具有较高的强度和耐腐蚀性能，且价格并不昂贵，故成为今后合金无缝钢管研发生产的重要方向。

由于S31254为代表的超级奥氏体合金的成分性能、理化性能，现有较为成熟的无缝钢管热轧穿孔工艺，无法满足其高温穿孔制管的技术要求，国内外多家企业曾经采用多种型号的热轧穿孔机进行试制，成效均不理想，高温热态穿孔的荒管遍布裂纹。因此通过新兴的无缝钢管高温热挤压生产工艺，对S31254为代表的超级奥氏体合金进行制管生产，不仅可满足能源化工领域对高端无缝钢管的需求，促进国家重装备研发生产、保障国家能源安全、提升企业核心竞争力，具有积极的意义。

目前常用的无缝钢管热挤压生产工艺流程是：坯料准备→定尺锯切(带锯机)→钻定心孔(定心孔钻床)→剥皮(剥皮加工车床)→深孔钻床(深孔钻床)→端面加工(端面加工车床)→光坯检验(修磨)→清洗去油(清洗机)→环形炉预热→1次感应加热(感应炉)→穿/扩孔(立式扩孔机)→2次感应加热(感应炉)→热挤压(卧式挤压机)→热锯切(定尺热据)→冷床冷却(冷床)或淬火(淬火槽)→检验→成品出厂或转入冷加工处置。

由于国内外尚未出现S31254为代表的超级奥氏体合金工业化热挤压制管生产先例，无相关制管技术用以借鉴，故针S31254为代表的超级奥氏体合金无缝钢管在热轧穿孔制管生产中的弊端，综合考量多种成分、牌号奥氏体、铁素体合金钢热挤压制管的工艺方法，结合本企业无缝钢管热挤压主产线的技术储备和装备优势，进行工业化生产试验，掌握S31254为代表的超级奥氏体合金热挤压制管的关键工艺参数，为实现工业化生产奠定扎实的基础。

发明内容

本发明的目的在于设计一种用于S31254无缝钢管的热挤压制管生产方法，在满足S31254超级奥氏体合金热挤压制管技术要求的基础上，保障产能与质量，安全可靠、实用高效，保障挤压制管的质量与效能，降低生产成本，提升成材率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种S31254无缝钢管的热挤压制管生产方法，其包括如下步骤：

1)坯料制备

按照合格光坯和合格管坯两种坯料分别进行加工制备，其中，

合格管坯的加工工步包括：定尺锯切、钻定心孔、剥皮即外圆表面切削加工、钻/镗孔、端面加工、坯料检验、表面缺陷修磨、热轧线上料；

合格光坯的加工工步包括：定尺锯切钻/镗孔、端面加工、坯料检验、表面缺陷修磨、热轧线上料；

2)一次热处理

坯料清洗去油，环形炉预热，一次感应炉加热；其中，

环形加热炉预热：装炉温度≤700℃，升温时间≥120(min)，保温时间≥90(min)，坯料温度控制1000±20℃；

一次感应炉加热：装炉温度≥800℃，升温时间2～5min，保温时间1～5min，坯料温度控制1170℃±20℃，炉温设定：1120～1180℃，每米升温功率：650-700kw/m；均温功率标志：45-50kw/m；允许待温时间：150-180s；

3)穿/扩孔

用穿/扩孔机组对经过加热处于高温热态工况的坯料进行穿孔或扩孔加工；穿孔速度180～210mm/s，穿孔力15～20MN；扩孔头的规格要保证扩孔后坯料的内孔比热挤压芯棒直径大20±2mm；

4)二次热处理

穿/扩孔后坯料表面除磷清理，二次感应炉加热，其中：

装炉温度≥800℃，升温时间，2～5min，保温时间1～5min，坯料温度控制1170℃±20℃；炉温设定：1120～1180℃，每米升温功率：700kw/m；均温功率标志：50kw/m；出钢瞬时升温：0℃；允许待温时间：180s；

5)挤压制管

二次感应炉加热后的坯料表面涂抹固体润滑剂，由挤压机组高温挤压制管加工，挤压机组挤压筒运行速度150～200mm/s，挤压力在32～45MN；

6)收料检验

热态锯切、冷却、荒管检验。

优选的，步骤3)中，扩孔使用的固体润滑剂即润滑玻璃粉要求：外粉采用VP68/2886、内粉采用GWG30/80或EG6807S1Ⅰ。

优选的，步骤5)中，所述挤压力优选为40±2MN。

在本发明所述S31254无缝钢管的热挤压制管生产方法中：

坯料制备工序，由数控加工设备承担，功能是提供符合技术要求的超级奥氏体合金坯料。按照合格光坯(外圆表面已按照技术要求做切削加工处置)和合格管坯(外圆表面未按照技术要求做切削加工处置)两种坯料分别进行加工制备，其中合格管坯的主要工步是：定尺锯切→钻定心孔→剥皮(外圆表面切削加工)→钻(镗)孔→端面加工→坯料检验→表面缺陷修磨→热轧线上料。合格光坯的主要工步是：定尺锯切钻(镗)孔→端面加工→坯料检验→表面缺陷修磨→热轧线上料等。

一次热处理工序，由环形加热炉和感应加热炉、清洗机等装备承担，其功能是对坯料进行加热，提供符合穿(扩)孔制备的技术要求；主要的工步是：坯料清洗去油→环形炉预热→一次感应炉加热等。

穿(扩)孔工序，由穿(扩)孔机组承担，其功能是对经过加热处于高温热态工况的坯料进行穿孔或扩孔加工，为后续挤压制管提供符合技术要求的坯料；其主要的工步是：高温坯料表面涂抹固体润滑剂→穿(扩)孔加工等。

二次热处理工序：由感应加热炉和高压除磷装置承担，其功能是对经穿(扩)孔加工后的坯料进行表面清理和二次加热，为后续挤压制管提供符合技术要求的坯料；其主要的工步是：穿(扩)孔坯料表面除磷清理→二次感应炉加热等。

挤压制管工序，由挤压机组承担，其功能就是对经穿(扩)孔并经过二次热处理加热的穿孔料进行高温热态挤压制管加工，形成符合技术要求的挤压荒管；其主要的工步是：高温坯料表面涂抹固体润滑剂→高温挤压制管加工。

收料检验工序，由热锯机、冷床、水槽以及专用量具等承担，其功能是对经高温挤压后的荒管进行热态锯切、冷却(水冷或空冷)、检验(剔除不合格品)；其主要的工步是：热态锯切→冷却→荒管检验等。

综上所述，根据不同规格的S31254超级奥氏体合金无缝钢管的技术要求，按照所述生产工艺就能完成高温热态工况下的挤压制管作业。

本发明的有益效果：

1.工艺参数设计合理、工序流程连续紧凑，可满足S31254超级奥氏体合金无缝钢管热挤压制管技术要求；

2.热处理、穿(扩)孔、热挤压等工艺参数合理，保障产能与质量，安全可靠、实用高效；

3.通过跟踪检查粘钢和挤压力、温度等主要参数，保障挤压制管的质量与效能，降低生产成本，提升成材率；

4.通过优化超级奥氏体合金材料的三相压应力，改善高温工况下的材料塑性变形，减少挤压荒管的裂纹产生，降低质量损失；

5.通用性强，对于业内超级奥氏体合金无缝钢管高温热挤压制管工业化研发领域，具有一定的借鉴、应用价值；

6.通过生产实践积累相关参数，为今后S31254超级奥氏体合金无缝钢管工业化规模生产创造良好的条件，市场应用前景广阔，经济效益可观。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明所述S31254无缝钢管的热挤压制管生产方法，其包括如下步骤：

1)坯料制备

按照合格光坯和合格管坯两种坯料分别进行加工制备，其中，

合格管坯的加工工步包括：定尺锯切、钻定心孔、剥皮即外圆表面切削加工、钻/镗孔、端面加工、坯料检验、表面缺陷修磨、热轧线上料；

合格光坯的加工工步包括：定尺锯切钻/镗孔、端面加工、坯料检验、表面缺陷修磨、热轧线上料；

2)一次热处理

坯料清洗去油，环形炉预热，一次感应炉加热；其中，

环形加热炉预热：装炉温度≤700℃，升温时间≥120(min)，保温时间≥90(min)，坯料温度控制1000±20℃；

一次感应炉加热：装炉温度≥800℃，升温时间2～5min，保温时间1～5min，坯料温度控制1170℃±20℃，炉温设定：1120～1180℃，每米升温功率：650-700kw/m；均温功率标志：45-50kw/m；允许待温时间：150-180s；

3)穿/扩孔

用穿/扩孔机组对经过加热处于高温热态工况的坯料进行穿孔或扩孔加工；穿孔速度180～210mm/s，穿孔力15～20MN；扩孔头的规格要保证扩孔后坯料的内孔比热挤压芯棒直径大20±2mm；

4)二次热处理

穿/扩孔后坯料表面除磷清理，二次感应炉加热，其中：

装炉温度≥800℃，升温时间，2～5min，保温时间1～5min，坯料温度控制1170℃±20℃；炉温设定：1120～1180℃，每米升温功率：700kw/m；均温功率标志：50kw/m；出钢瞬时升温：0℃；允许待温时间：180s；

5)挤压制管

二次感应炉加热后的坯料表面涂抹固体润滑剂，由挤压机组高温挤压制管加工，挤压机组挤压筒运行速度150～200mm/s，挤压力在32～45MN；

6)收料检验

热态锯切、冷却、荒管检验。

优选的，步骤3)中，扩孔使用的固体润滑剂即润滑玻璃粉要求：外粉采用VP68/2886、内粉采用GWG30/80或EG6807S1Ⅰ，其为比利时科科国际集团产品。

优选的，步骤5)中，所述挤压力优选为40±2MN。

实施例

以荒管成品规格为Φ114*12mm的S31254超级奥氏体合金无缝钢管为例，其热挤压制管生产工艺方法的特征在于：坯料制备→一次热处理→穿(扩)孔→二次热处理→挤压制管→收料检验等五个工序组成，涉及无缝钢管热挤压主产线的管坯加工设备(数控机床)、一次加热设备(环形加热炉、感应加热炉)、穿(扩)孔设备(立式穿/扩孔机组)、二次加热设备(感应加热炉)、挤压设备(挤压机组)、辅助设备(热锯机、冷床、水槽、除磷、清洗、传输辊道等)。

1、坯料制备工序，由数控加工设备承担，功能是提供符合技术要求的超级奥氏体合金坯料。按照合格光坯(外圆表面已按照技术要求做切削加工处置)和合格管坯(外圆表面未按照技术要求做切削加工处置)两种坯料分别进行加工制备，其中合格管坯的主要工步是：定尺锯切→钻定心孔→剥皮(外圆表面切削加工)→钻(镗)孔→端面加工→坯料检验→表面缺陷修磨→热轧线上料。合格光坯的主要工步是：定尺锯切钻(镗)孔→端面加工→坯料检验→表面缺陷修磨→热轧线上料等。本工序的技术要点是：

必须对已加工的光坯逐支进行检验，检验项目包括尺寸及表面质量状况，如光坯表面存在折叠、裂纹、黑皮等缺陷，局部缺陷可通过定点修磨消除，修磨深度与修磨宽度比以≤1:8为宜，修磨处的表面粗糙度与光坯剥皮(表面切削加工)后表面粗糙度必须一致。

2、一次热处理工序，由环形加热炉和感应加热炉、清洗机等装备承担，其功能是对坯料进行加热，提供符合穿(扩)孔制备的技术要求；主要的工步是：坯料清洗去油→环形炉预热→一次感应炉加热等。本工序的技术要点是：

表1环形加热炉预热工艺参数

表2感应炉一次感应加热工艺参数

穿(扩)孔工序，由穿(扩)孔机组承担，其功能是对经过加热处于高温热态工况的坯料进行穿孔或扩孔加工，为后续挤压制管提供符合技术要求的坯料；其主要的工步是：高温坯料表面涂抹固体润滑剂→穿(扩)孔加工等。本工序的技术要点是：

扩孔头的规格要保证扩孔后坯料的内孔比热挤压芯棒直径大20±2mm，以防止间隙过小造成内表面横裂缺陷。

扩孔使用的固体润滑剂(润滑玻璃粉)技术要求：外粉采用VP68/2886、内粉采用GWG30/80或EG6807S1Ⅰ。

3)穿(扩)孔参数设定：穿孔速度(立式油缸活塞运行速度)180～210mm/s为宜，穿孔力(油缸输出压力)为15～20MN为宜。

4、二次热处理工序：由感应加热炉和高压除磷装置承担，其功能是对经穿(扩)孔加工后的坯料进行表面清理和二次加热，为后续挤压制管提供符合技术要求的坯料；其主要的工步是：穿(扩)孔坯料表面除磷清理→二次感应炉加热等。本工序的技术要点是：

表3感应炉二次感应加热工艺参数

5、挤压制管工序，由挤压机组承担，其功能就是对经穿(扩)孔并经过二次热处理加热的穿孔料进行高温热态挤压制管加工，形成符合技术要求的挤压荒管；其主要的工步是：高温坯料表面涂抹固体润滑剂→高温挤压制管加工。本工序的技术要点是：

1)热挤压过程中必须逐支检查挤压模和芯棒的磨损情况和粘钢情况，根据实际情况作更换或打磨处置。

2)热挤压过程中跟踪挤压力大小和来料坯料的温度，并及时反馈给感应加热，行适当调整，保障荒管的表面质量符合技术要求。

3)热挤压控制好生产节奏，并协调感应加热节奏，尽量避免一支料重复加热。

4)热挤压所使用的固体润滑剂(润滑玻璃粉)技术要求：外粉采用VP68/2886

内粉采用GWG30/80或EG6807S1Ⅰ；当内粉采用GWG30/80时，挤压玻璃垫用粉采用BS020/40+GWG30/80；当内粉采用EG6807S1Ⅰ，挤压玻璃垫用粉用EG6808S1PA+EG6807S1；玻璃垫的制作时间最多只能提前一天制作，挤压制管时操作工必须逐支检查并保证每支热挤压前的粉勺内粉的数量和均匀程度。

5)挤压工序参数设定：挤压筒运行速度(液压主油缸活塞运行速度)以150～200mm/s为宜，挤压力(油缸输出压力)在32～45MN区间，尤以40±2MN为宜。

6、收料检验工序，由热锯机、冷床、水槽以及专用量具等承担，其功能是对经高温挤压后的荒管进行热态锯切、冷却(水冷或空冷)、检验(剔除不合格品)；其主要的工步是：热态锯切→冷却→荒管检验等。本工序的技术要点是：热挤压制管后，对荒管采用水冷(水槽浸没)进行冷却；冷床操作工必须逐支检查每支热挤压管的内外表面质量，并及时将表面质量情况反馈给挤压，避免同类型缺陷的重复性发生。

Claims (3)

1.一种S31254无缝钢管的热挤压制管生产方法，其特征是，包括如下步骤：

1)坯料制备

按照合格光坯和合格管坯两种坯料分别进行加工制备，其中，

合格管坯的加工工步包括：定尺锯切、钻定心孔、剥皮即外圆表面切削加工、钻/镗孔、端面加工、坯料检验、表面缺陷修磨、热轧线上料；

合格光坯的加工工步包括：定尺锯切钻/镗孔、端面加工、坯料检验、表面缺陷修磨、热轧线上料；

2)一次热处理

坯料清洗去油，环形炉预热，一次感应炉加热；其中，

环形加热炉预热：装炉温度≤700℃，升温时间≥120min，保温时间≥90min，坯料温度控制1000±20℃；

一次感应炉加热：装炉温度≥800℃，升温时间2～5min，保温时间1～5min，坯料温度控制1170℃±20℃，炉温设定：1120～1180℃，每米升温功率：650-700kw/m；均温功率标志：45-50kw/m；允许待温时间：150-180s；

3)穿/扩孔

用穿/扩孔机组对经过加热处于高温热态工况的坯料进行穿孔或扩孔加工；穿孔速度180～210mm/s，穿孔力15～20MN；扩孔头的规格要保证扩孔后坯料的内孔比热挤压芯棒直径大20±2mm；

4)二次热处理

穿/扩孔后坯料表面除磷清理，二次感应炉加热，其中：

装炉温度≥800℃，升温时间，2～5min，保温时间1～5min，坯料温度控制1170℃±20℃；炉温设定：1120～1180℃，每米升温功率：700kw/m；均温功率标志：50kw/m；出钢瞬时升温：0℃；允许待温时间：180s；

5)挤压制管

二次感应炉加热后的坯料表面涂抹固体润滑剂，由挤压机组高温挤压制管加工，挤压机组挤压筒运行速度150～200mm/s，挤压力在32～45MN；

6)收料检验

热态锯切、冷却、荒管检验。

2.如权利要求1所述的S31254无缝钢管的热挤压制管生产方法，其特征是，步骤3)中，扩孔使用的固体润滑剂即润滑玻璃粉要求：外粉采用VP68/2886、内粉采用GWG30/80或EG6807S1 Ⅰ。

3.如权利要求1所述的S31254无缝钢管的热挤压制管生产方法，其特征是，步骤5)中，所述挤压力为40±2MN。