前言近年来,直径大于273mm的无缝钢管在年需求量44万~47万t的基础上增长速度较快 ,占管材市场需求量的份额较大。为在激烈的市场角逐中站稳脚跟,占领较大的市场份额,天津钢 管有限责任公司从改进工艺入手,不断扩大产品规格,开发高附加值产品。推制式热扩工艺是当今 钢管行业3种传统热扩工艺(推制式、拉拔式、旋轧式)之一。此工艺投资少,见效快,年利润可 达300余万元/台。能生产的品种有:流体管、结构管、气瓶管、蓄能器管、光套管、接箍料、 管线管、低中压锅炉管、液压支架管等。产品规格为Φ273～800+mm,壁厚5.4～50m m。这些产品被广泛用于石油、电力、化工、机械、建筑等各行各业。

     晋城无缝热扩钢管/20号热扩无缝管   销售热线：

      研究工艺制度的起因热扩 工艺流程如图1所示。经过观察、统计,发现采用原推制式热扩工艺制度,成品检验一次合格率仅 为80%,不是直径不合格,就是壁厚不合格。分析原因有三:第一,原料选择不当;第二,芯头 设计不当;第三,加热温度及推制速度制定不当。为此对工艺制度进行了研究,重新制定了工艺参 数。2工艺参数的制定2.1原料的选择原料种类、尺寸的选择,不仅要考虑对产品质量、产量的 影响,而且要综合考虑生产技术经济指标的合理性及生产的可能性。最终满足成品所要求的化学成 分、机械性能、表面状态及几何尺寸等技术标准要求。2.1.1直径的确定根据成品的直径D1 ,按扩径比选择原料的直径D0。扩径比一般为1∧D1/D0∧1.56。随着扩径道次的增加 ,扩径比逐步降低。一次最佳扩径比1.4;二次最佳扩径比1.3;三次最佳扩径比1.2。2 .1.2壁厚的确定根据扩径量及减壁率确定。扩径量△D=D1-D0减壁率δ=S0-S1S 0×100%=ΔSS0×100%(1)式中D0、S0——实际原料直径、壁厚的平均值;D 1、S1——实际成品直径、壁厚的平均值。当S0、S1、D0、D1未知时,根据原料公称直 径、壁厚的公差要求和用户提出的成品公称直径、壁厚的公差要求计算其值。例如:成品Φ298 .5mm×20mm的接箍料,用户提出壁厚公差为0～+20%,直径公差为-0.4%～+1 %。那么,S1=20×(1+10%)=22(mm);D1=298.5×(1+0.3%) =299.4(mm)。减壁率与扩径量、品种、材质、温度等有关。研究认为,在一个较小的温 度区间内,减壁率与扩径量之比可视作一个常数K,见公式(2)。不同品种、不同温度、不同材 质的K值不同,见表1。K=S0-S1S0(D1-D0)×100%=δΔD(2)由公式( 1)推导出S0=S11-K(D1-D0)=S11-KΔD(3)公式(3)为最佳壁厚可选 值,但根据温度的浮动,芯棒的磨损程度,此值应随之增减。2.1.3外表面的选择经受力分析 ,热扩钢管承受2项压应力(轴向、径向),1项拉应力(切向)。若表面质量不好,则在扩制过 程中缺陷就会扩大。因此,选料时对钢管表面要认真检查,不应有裂纹、折叠、轧折、离层、结疤 、麻坑、划伤等缺陷。如有上述缺陷应完全清除,清除深度不得超过标准要求的公称壁厚的负偏差 ,清理处实际壁厚不得小于壁厚所允许的最小值。例如材质为30CrMo钢的气瓶原料,表面麻 坑严重,但其深度、大小符合国标要求,如不修磨,扩后钢管表面麻坑深度不变,面积却扩大10 %～30%,此时,表面质量已不符合国标要求。又如X60级的14MnNb钢管线管原料,表 面经常有裂纹,如不修磨,扩后钢管裂纹则明显增大,如果完全修磨掉,扩后钢管表面则无上述缺 陷。所以,热扩工艺对原料表面质量要求非常严格。2.2芯头的设计芯头是热扩过程中直接与钢 管接触并使金属产生塑性变形的重要工具,它直接影响钢管的产量、质量等各项指标,是扩管工艺 的决定性因素。芯头的形状示意见图2。图1热扩工艺流程示意碳素钢管830±100.055 ～0.065接箍料880±100.085～0.095品种温度/℃K值/%套管860±1 00.075～0.085气瓶管810±100.065～0.075表1不同品种最佳温度下 的K值1—导管2—芯头体L1—导向区L2—变形区L3—定径区L4—精整区L5—矫直区图 2芯头形状示意STEELPIPEFeb.2004熏Vol.33熏No.1技术交流2.2 .1材质的选择因为芯头在工作时要承受相当大的推力和很高的温度,所以,应选择高温强度好、 耐磨性能好的材料。常用的材料有1Cr18Ni9Ti、Cr22Ni8、Cr25Ni3、C r25Ni20、Cr32Ni5等不锈耐热钢。实践证明扩制碳素钢管采用1Cr18Ni9T i、Cr22Ni8钢,扩制合金钢管采用Cr25Ni3、Cr25Ni20、Cr32Ni5 钢作为芯头材质为宜。导管只起导向作用,所受摩擦力不大,温度不高,选结构钢即可。目前,天 津钢管有限责任公司选用的是35钢铸管和Q235钢焊接管。2.2.2长度的选择从钢管直度 及成本角度考虑,芯头总体长度定为3.2m左右,以能搭到输出辊道的第1支辊上为准。为防止 芯杆烧损,导向区长度L1定为300～400mm,倾斜角为30'。变形区的长度根据变形锥 的斜度α(7.5°～9.5°)及扩径量而定,L2=(Df-Dt)/2tgα。定径区角β =2°～3°,考虑到摩擦阻力,最佳长度定在L3=50～100(mm)。精整区主要起规圆 作用,选定L4=100～150(mm)。矫直区主要起控制弯曲度的作用,越长越好,但考虑 到成本,定L5=3200-L1-L2-L3-L4(mm)为宜。2.2.3直径的确定导向 区直径Dt根据来料的内径而定,为咬入顺利和扩大咬入规格,Dt要比来料内径小5～15mm 。变形区直径根据咬入角和变径量而定,它随咬入角及变径量的增大而增大。定径区的直径设计最 关键,直接影响成品的直径精度。考虑芯头、钢管热胀冷缩因素,定径区最大直径Dm的计算公式 如下Dm×(1+ΔT×αg)=(D1-2S0+2ΔS)×(1+ΔT×αf)Dm=(D1 -2S0+2ΔS)×(1+ΔT×αf)1+ΔT×αg(4)ΔT=T1-T0式中T1—— 扩径变形温度;T0——常温;αg——芯头线膨胀系数;αf——钢管线膨胀系数。不同的品种 、材质、温度、速度、扩径量,其ΔS、αg、αf值不同,采用公式(4)计算比较复杂。通过 长期生产实践,摸索出一个简单、实用、准确率高的经验公式Dm=(D1-2S1)-D1×1 %+A(5)式中A是常数,管径不同,则A的取值范围也不同,见表2。精整区的直径等于定径 区的最大直径。矫直区主要起导向和顺利脱模的作用,其直径要比定径区小4～8mm,小管取小 值,大管取大值。2.2.4芯头的使用寿命芯头的使用寿命与芯头设计的合理性、材质、加热温 度、润滑剂、原料内表面质量等因素有关。统计结果表明,如果在前4个要素选择适当,且钢管内 表面的氧化铁皮、锯屑、毛刺、内结疤等缺陷及时清除,成品椭圆度要求不严的情况下,芯头直径 不会因磨损而变小,只会因弯曲变形或出现裂纹而待处理或报废(占70%)。只有在成品椭圆度 要求严(≤2mm),即芯头直径变动范围狭窄或扩制低合金钢时,才会因直径变小而待处理或报 废(占30%)。据1年的数据统计,芯头的平均使用寿命为1000t/支,磨损量见表3。2 .3加热温度及热扩速度的制定2.3.1加热温度的制定钢管热扩温度与钢种、壁厚、热扩速度 及中频线圈有关。不同的钢种、壁厚有不同的加热温度。壁厚一定时,低合金钢的加热温度高于碳 素钢,厚壁管的加热温度高于薄壁管,这主要取决于产品技术标准中规定的组织性能。实践证明, 热扩温度与钢种、壁厚的最佳关系曲线见图3。热扩工艺采用的是中频感应线圈加热,在交变磁场 的作用下,钢管内部产生涡流,将电能转变成热能。涡流的渗透能力与频率有关,频率低,则渗2 73~300直径300~400400~500A值3.5～4.54.5～6.06.0～7 .51.0A值1.5～2.02.0～3.5直径500~600600~700700~80 0表2A的取值范围碳素钢管品种液压支架管磨损量/(mm·t-1)(6～7)×10-4( 7～8)×10-4(4～5)×10-4磨损量/(mm·t-1)(5～6)×10-4品种 接箍料气瓶管表3芯头磨损量注:公式(5)中A值的具体选取范围根据来料及成品的实际壁厚而 定。mm技术交流透能力大,加热温度高、速度快。由经验可知,线圈直径D的最佳值为:Dm+ (120～150);线圈长度L为:L2+250≤L≤L1+L2;线圈匝间距:当壁厚∧2 5mm时,间隙∧45mm,当壁厚∧25mm时,间隙则在60～85mm之间。当长度及匝间 距一定时,匝数越多,加热温度就越高。到目前为止,所生产的热扩钢管几乎全部为亚共析钢,加 热温度应高于Ac350～100℃。对于含Nb、Ti、V等元素的低合金钢,由于相变较难, 加热温度应适当提高。如图3所示,热扩钢管加热时应取壁厚上偏差的加热温度。因为温度越高, 变形抗力越小,可选取的推制速度就越快,生产效率越高;相反,温度越低,变形抗力越大,可选 取的推制速度就越慢,生产效率越低。但加热温度过高,时间过长,会使奥氏体晶粒长大,减弱晶 粒之间的结合力,从而降低管体机械性能,过热严重会使偏析夹杂富集的晶粒边界发生氧化或熔化 ,造成过烧。加热温度也不能过低,温度过低不但减小热扩速度,而且也增加液压推力和芯头磨损 量。因此,加热温度必须选择适中。2.3.2推制速度的制定推制速度与扩径量、推制道次、加 热温度、摩擦力、设备能力有关。扩径量大,摩擦阻力大,推制速度慢。相反,扩径量小,摩擦阻力小,推制速度快。为减小摩擦阻力,首先清除原料钢管内壁的铁屑等杂质,然后均匀涂敷优质润滑剂——石墨。随着扩径道次的增加,推制直径加大、推制力增大,钢管塑性降低,推制速度也随之降低。凡是影响加热温度的因素都影响热扩速度,温度越高,热扩速度越快。此外,设备能力非