一种大直径高压气瓶用无缝钢管的生产方法

摘要

本发明涉及一种大直径高压气瓶用无缝钢管的生产方法，属于无缝钢管制造领域。所要解决的技术问题是在低的生产成本下满足外径φ406～559mm的大直径高压气瓶用无缝钢管几何尺寸精度和内外表面质量要求。本发明的技术方案：将圆连铸坯由340mmMPM限动芯棒连轧管机组供管坯，再经100吨拉拔式扩管机组扩制而成。其中100吨拉拔式扩管机采用小变形量多道次的变形方式，总扩径率≤36％，确保成品钢管的尺寸精度。管坯每加热一次，扩径率控制在25％以下；进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，同时最后一次扩制温度必须大于780℃。

权利要求

1.一种大直径高压气瓶用无缝钢管的生产方法，其特征在于它是将圆连铸坯由

340mmMPM限动芯棒连轧管机组制备成管坯，再经100吨拉拔式扩管机组扩制而成，其中，控-10制340mmMPM限动芯棒连轧管机组供管坯的尺寸精度为壁厚公差S-6 ％，极差≤2.0mm。

2.根据权利要求1所述的大直径高压气瓶用无缝钢管的生产方法，其特征在于：

100吨拉拔式扩管机组扩制时，采用小变形量多道次的变形方式，总扩径率≤36％，确保成品钢管的尺寸精度；所述小变形量多道次的变形方式是指管坯每加热一次：扩径率控制在25％以下，进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，同时最后1次扩制温度必须大于780℃。

3.根据权利要求2所述的大直径高压气瓶用无缝钢管的生产方法，其特征在于包括以下步骤：a、准备符合要求的圆连铸坯；

b、冷定心：轧制壁厚≥20mm时，圆连铸坯前后两端采用机械冷定心，其定心孔中心偏差要求≤5mm；

c、定心后的圆连铸坯在环形加热炉加热，炉膛保持微还原性气氛，加热时间不低于5.5小时，出炉钢温1230～1270℃；

d、加热后的圆连铸坯用锥形辊穿孔机穿孔制备毛管，要求穿孔后的毛管目视平直，全长外径大小一致；

e、将毛管送入340mm MPM限动芯棒连轧管机轧管生产管坯;f、管坯脱管后转至100吨拉拔式扩管机组，采用100吨拉拔式扩管机组，用小变形量多道次的变形方式扩制，总扩径率≤36％，确保成品钢管的尺寸精度；所述小变形量多道次的变形方式是指管坯每加热一次：扩径率控制在25％以下，进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，同时最后1次扩制温度必须大于780℃扩制成最终成品管。

4.根据权利要求1所述的大直径高压气瓶用无缝钢管的生产方法，其特征在于：所述大直径高压气瓶用无缝钢管外径公差D±1％，壁厚公差S±12.5％，外径为∮406～559mm，壁厚为9～20mm，长度11m。

说明书

一种大直径高压气瓶用无缝钢管的生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种大直径高压气瓶用无缝钢管的生产方法，属于无缝钢管制造领域。

背景技术

[0002] 近年来，高压气瓶的制造已从采用钢坯经冲孔拉拔制成转向采用薄壁无缝钢管制成，并已成为世界发展趋势。车用CNG拖车瓶和加气站用气瓶需求量大量增加，市场上对大直径气瓶管的需求量也随之增加。气瓶用无缝钢管除了要求钢管的强度等力学性能满足要求外，还要求重量轻，减少不必要的负担，因此对气瓶管的直径、壁厚等几何尺寸精度及内外表面质量要求较高，目前能够生产气瓶管的厂家很少，成本较高。国内该品种规格的钢管均从意大利达尔明钢管厂进口。意大利达尔明钢管厂，坯料采用连铸园坯，由MPM限动芯棒连轧管机供管坯，再采用先进的斜轧扩径机生产工艺生产该品种。该先进的工艺设备是现代生产大直径、中薄壁无缝钢管的最佳方法。但设备投资巨大，成本过高。

[0003] 有报道称江苏诚德钢管股份有限公司开发出了用于制造气瓶用热轧大直径无缝钢管，钢管牌号4130X，钢管外径(D)φ599mm，允许偏差±1.0％；钢管壁厚(S)17.0mm，允许偏差0～+25％。江苏诚德钢管股份有限公司坯料采用连铸圆坯经二次穿孔的生产工艺生产该品种高压气瓶钢管。该生产工艺生产的高压气瓶钢管，产品的尺寸精度差、内、外表面质量差，产品质量不能满足要求，需要通过内外表面机械修磨达到。且产量低、生产成本高。

[0004] 为了适应高压气瓶的迅速发展的需求，开发生产成本低，几何尺寸精度高、内外表面质量高的CNG用大直径，尤其外径∮406～559mm，壁厚9～20mm，长度达11m的高压气瓶用无缝钢管的方法已成为当务之急。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种大直径高压气瓶用无缝钢管的生产方法，该方法生产的大直径高压气瓶用无缝钢管几何尺寸精度、内外表面质量符合要求且成本低。

[0006] 本发明的技术方案：本发明采用圆连铸坯由340mmMPM限动芯棒连轧管机组供管坯，再经100吨拉拔式扩管机组扩制。

[0007] 其中，控制340mmMPM限动芯棒连轧管机组供管坯的尺寸精度为壁厚公差S+10-6％，极差≤2.0mm。

[0008] 本发明方法中100吨拉拔式扩管机组扩制时，采用小变形量多道次的变形方式，总扩径率≤36％，确保成品钢管的尺寸精度；所述小变形量多道次的变形方式是指管坯每加热一次：扩径率控制在25％以下，进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，同时最后1次扩制温度必须大于780℃。

[0009] 进一步的，本发明大直径高压气瓶用无缝钢管的生产方法包括以下步骤：

[0010] a、准备符合要求的圆连铸坯；

[0011] b、冷定心：轧制壁厚≥20mm时，圆连铸坯前后两端采用机械冷定心，其定心孔中心偏差要求≤5mm；

[0012] c、定心后的圆连铸坯在环形加热炉加热，炉膛保持微还原性气氛，加热时间不低于5.5小时，出炉钢温1230～1270℃；

[0013] d、加热后的圆连铸坯用锥形辊穿孔机穿孔制备毛管，要求穿孔后的毛管目视平直，全长外径大小一；

[0014] e、将毛管送入340mm MPM限动芯棒连轧管机轧管生产管坯。

[0015] f、管坯脱管后转至100吨拉拔式扩管机组，采用100吨拉拔式扩管机组，用小变形量多道次的变形方式扩制，总扩径率≤36％，确保成品钢管的尺寸精度；所述小变形量多道次的变形方式是指管坯每加热一次：扩径率控制在25％以下，进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，同时最后1次扩制温度必须大于780℃扩制成成品管。

[0016] 本发明方法尤其对外径公差D±1％，壁厚公差S±12.5％(或0～+25％S)，外径为∮406～559mm，壁厚为9～20mm，长度11m的大直径高压气瓶用无缝钢管的制备优越性突出。

[0017] 具体地，本发明大直径高压气瓶用无缝钢管的生产方法是由以下步骤完成：

[0018] a、圆连铸，为了保证钢的纯净度，必须采用经LF精练炉+VD真空处理冶炼的圆连铸坯。

[0019] b、冷定心，圆连铸坯前后两端采用机械冷定心，其定心孔中心偏差要求≤5mm；

[0020] c、加热，定心后的圆连铸坯加热是在环形加热炉中完成。为了减少圆连铸坯氧化层，圆连铸坯在环形炉加热时，炉膛保持微还原性气氛，加热不得出现阴阳面、加热不透、过热或过烧现象。

[0021] 为了保证钢坯在环形炉中加热均匀，变形时处于最佳塑性区域，加热时间≥5.5小时，出炉钢温1230～1270℃。

[0022] d、锥形辊穿孔机穿孔，根据不同的生产规格，选择相应的穿孔顶头尺寸，毛管外径控制在428～430mm，要求穿孔后的毛管(视平直，全长外径大小一致；

[0023] e、将毛管用340mm MPM连轧管机轧管，荒管(指粗加工的产品即成品前的产品)壁厚极差控制在≤2.0mm，该机组提供的荒管几何尺寸精度直接影响到成品钢管的几何尺寸精度。

[0024] f、在线脱管，入口速度与连轧机出口速度自动相匹配，在线将荒管从芯棒上脱出，冷却。

[0025] g、由340mm MPM连轧管机轧管机组提供的管坯经水压扩口机将管端扩成喇叭口后，在步进炉内加热，经拉拔式扩管机组扩制成成品管；

[0026] h、成品管经立式压力矫直机矫直→精整→超声波探伤→包装入库。

[0027] 其中，管坯尺寸的选择：由于拉拔式扩管机金属变形的主要特点是管坯直径增大、壁厚减薄，而管壁变化时，根据金属塑性流动的最小阻力定律，管壁径向壁厚变化的趋势是“薄点越薄”，所以根据供管坯的机组能力，应尽量提供大尺寸的管坯，以减小100吨拉拔式扩管机组的扩径率，分配在100吨拉拔式扩管机组的扩径率应≤36％。

[0028] 扩径率计算公式：E＝(D2-D1)/D1*100％

[0029] 式中D1、D2分别为扩管前后的外径。

[0030] 扩管时，管坯在步进炉内加热，炉膛保持微还原性气氛，加热不得出现阴阳面、过热或过烧现象，加热时间45～80分钟，出炉管温1000～1080℃；

[0031] 拉拔式扩管机组扩径率的分配原则：管坯每加热一次：扩径率控制在25％以下，进行不大于4次扩径减壁，每次扩径量不大于45mm，最后一次扩制温度必须大于780℃。根据所提供的管坯尺寸、成品管尺寸及上述原则确定加热次数。

[0032] 本发明方法采用圆连铸坯一次穿孔后由340mmMPM限动芯棒连轧管机组制备管坯，再经特别优化的100吨拉拔式扩管机组的扩管工艺扩制成成品。可获得几何尺寸精度、内外表面质量符合要求的大直径高压气瓶用无缝钢管。方法简单、成本低，产量大，适合大工业生产。

具体实施方式

[0033] 1、生产要求规格及钢种，即本发明实施例要求制备得到的钢管品种，具体指标见表1。

[0034] 表1

[0035]

[0036] 注：钢级是采用ASTM A519标准中的4130。

[0037] 公称壁厚：指定用于为设计，这种使用是与实际壁厚相区别，实际壁厚可在公称的上下波动。

[0038] 最小壁厚：指定用于为设计的最小壁厚，这种使用是与实际壁厚相区别，实际壁厚可在最小壁厚以上波动。

[0039] 通常用户可采用公称壁厚或最小壁厚二种形式中的一种形式订货。

[0040] 2、生产工艺：

[0041] (1)经LF精练炉+VD真空处理冶炼的圆连铸坯测长、称重、锯切；见表2。

[0042] 表2

[0043]编号连铸坯尺寸(直径mm/吨/长度m)
1 ∮390/4.0/4.37
2 ∮250/3.3/4.40
3 ∮250/2.5/3.31

[0044] (2)冷定心：轧制壁厚≥20mm时，圆连铸坯前后两端采用机械冷定心，其定心孔中心偏差要求≤5mm；

[0045] (3)定心后的圆连铸坯加热：加热是在环形加热炉中完成，炉膛保持微还原性气氛，加热不得出现阴阳面、加热不透、过热或过烧现象。加热参数见表3。

[0046] 表3

[0047]编号 加热温度 加热时间(小时)
1 1250℃±20 ≥6.5
2 1250℃±20 ≥5.5
3 1250℃±20 ≥5.5

[0048] (4)锥形辊穿孔机穿孔：根据不同的生产规格，选择相应的穿孔顶头尺寸，毛管外径控制在428～430mm，要求穿孔后的毛管目视平直，全长外径大小一致，见表4。

[0049] 表4

[0050]编号 毛管外径mm 毛管长度m
1 ∮428～430 8.5
2 ∮428～430 8.7
3 ∮428～430 8.0

[0051] (5)340mm MPM限动芯棒连轧管机轧管：5个机架与水平面呈45°角，相互间呈90°角交叉布置，荒管厚极差控制在≤2.0mm。

[0052] 340mm MPM限动芯棒连轧管机组生产管坯生产要求见表5，轧管工艺参数见表6。

[0053] 表5

[0054]编号 规格mm 壁厚mm 长度m 壁厚公差 极差mm
1 ∮362 29.5 14.5～14.8 S-6+10％ ≤2.0
2 S-6+10％ ≤2.0
∮362 24.2 14.5～14.8
+10
3 S-6 ％ ≤2.0
∮362 17.6 14.5～14.8

[0055] 表6

[0056]编号 轧制孔型mm 芯棒规格mm 轧制荒管长度m
1 ∮382 ∮319.2 16.1～16.3
2 ∮382 ∮334.7 16.1～16.3
3 ∮382 ∮346 16.1～16.3

[0057] (6)在线脱管：3机架脱管机在线脱管，入口速度与连轧机出口速度自动相匹配，在线将荒管从芯棒上脱出。冷却、精整、检查后转拉拔式扩管机组。连轧管机定径机工艺参数见表7。

[0058] 表7

[0059]编号 脱管后外径mm 脱管后长度m
1 ∮366 16.4～16.6
2 ∮366 16.4～16.6
3 ∮366 16.4～16.6

[0060] (8)拉拔式扩管机组将连轧管机组生产的荒管扩制成最终成品管。

[0061] 经水压扩口机将管端扩成喇叭口后，在步进加热炉整体加热，加热(已带有喇叭口)后的管坯送到100t拉拔式扩管机上扩制。扩制、加热工艺参数见表8。

[0062] 表8

[0063]管坯 管坯 成品管 成品管 加热 加热 加热 变形
编 外径 壁厚 外径 壁厚 温度 时间 次数 道次 总变 热外径
℃ (分钟) (次) (次) 形量 mm
号 mm mm mm mm
∮362 29.5 ∮559 19.5 1050～1080 70～80 2 7～8 41.8％ 564～566
1
∮362 24.2 ∮559 14.1 1030～1060 60～70 2 7～8 41.6％ 564～566
2
∮362 17.7 ∮559 10.3 1000～1040 45～60 2 7～8 40.2％ 564～566
3