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再谈无缝钢管加工制造

无缝钢管生产有近一百年的历史时间。

无缝钢管加工制造-1.jpg

60年代因为连轧管机的完善,三辊穿孔机的出现,提高了无缝管与焊接钢管竟争的能力。70年代无缝管与焊接钢管正伯仲之间,世界无缝钢管生产量以每年5 %以上的速度增长。

中国1953多年后看重发展无缝钢管工农业,已分步形成冷轧各种大、中、小型给水管材的生产机制。空调铜管一般也采用锭坯斜轧穿空、轧管机冷轧、风机盘管伸拉工序。

无缝钢管

       无缝钢管是一种具有空心断面、附近没有接缝处的圆型,正方形,距形钢才。无缝钢管是用钢锭或实芯热轧钢管经穿空制作毛管,随后经热轧、冷轧或冷拨制作。无缝钢管具有空心断面,大量用来输送机流体力学的管道,无缝钢管与园钢等实芯钢才对比,在抗弯抗扭抗压强度相同时,净重最轻,是一种经济断面钢才,广泛用以制造零部件和机械零部件,如石油天然气钻的钢钢管扣件等。

无缝钢管适用范围及分类管理

一、适用范围:

无缝钢管是一种经济断面钢才,在国民生产中具有很重要的影响力,广泛应川于石油天然气、化工厂、蒸汽锅炉、发电厂、船泊、机械设备制造、汽车、航空、航天、新能源、勘探、建筑及军用等业务部门。

二、分类管理 :

① 按断面形状分:圆型断面管、异型断面管;

② 按材料分:碳素钢管、合金钢管、不锈钢钢管、复合管;

③ 按连接方式分:螺纹连接管、焊接管;

④ 按生产工具:热轧(挤、顶、扩)管、冷轧(拔)管;

⑤ 按适用范围分:锅炉管、油井管、管线管、结构管、有机肥管 …

无缝钢管加工制造-2.jpg

无缝钢管生产工艺流程

① 热轧无缝钢管主要生产(主要检查工艺流程):

热轧钢管准备及检查——热轧钢管加温——穿空——轧管——荒管再加温——定(减)径——淬火——机器设备竹校直——精整——检查(高质量、物理化学、台检)——进库

② 冷轧(拔)无缝钢管主要生产工艺流程:胚料准备——酸处理润化——冷轧(拔)——淬火——校直——精整——检查

无缝管用热轧(约占 80~90 % )或冷轧、冷拉(约占 10 ~20 % )方法生产。热轧有用的胚料有圆型、正方形或多边形的锭、轧坯或轧钢热轧钢管,热轧钢管质量对给水管材质量有直接的影响。

无缝管用热轧.jpg

热轧管有三个基本工艺流程:

① 在穿孔机将锭或坯穿成中空薄壁毛管;

② 在拓宽机里将毛管轧薄,拓宽成为靠近成壁厚的荒管;

③ 在精轧机上冷轧成所要求的机器设备管。

轧管机组系列以生产无缝钢管的最大直径来表示。

无缝钢管生产方法(括号中数子为创制年代)

无缝钢管生产方法.jpg

无缝钢管的生产工具

一、自动轧管生产

加工设备由穿孔机、自动轧管机、均裸机、定径机和减径等组合而成。其生产流程图如图所示:

自动轧管生产.jpg

1、穿孔机

常见的二辊斜轧穿空过程见图为 。

圆热轧钢管穿轧成中空的厚壁管(毛管),两个轧辊的中心线与冷轧线组成一个仰角。近些年仰角己由 6°—12°升至 13°—17°,使穿空速度加速。生产直经 350毫米 以上无缝钢管,采用再次穿空,以降低毛管的厚度。带主动转动导盘穿空、带后推力穿空、径向进料和循环顶焊等新技术新工艺也得到一定的发展,进而加强了穿空过程,完善了毛管质量。

二辊斜轧穿孔过程.jpg

2、自动轧管机

把薄壁毛管轧成厚壁荒管。一般经 2—3 道次,冷轧到机器设备壁厚,总拉伸强度约为1.9—3.2 。70 年代至今,用单孔槽轧辊、双声卡机架串列轧机、双槽追踪冷轧和球状顶头等技术,都提升了生产率,实现了轧管现代化。

3、均裸机

结构与穿孔机差不多。均整的目的源于消除里外表面缺点和荒管的圆型度,降低横纵壁厚不均匀分布。近几年采用三辊均裸机,提升了均裸机形变量和均整速率。

4、定径机

由 3 —12 架组合而成,减径机由12—24 架组合而成,减径率约达 3—28 %。50 年代出现的支撑力减径机,在调整辊速和减径的同时,以适度的张力控制壁厚。新式支撑力减径机一般用三辊式,有 18—28 架,最大减径率达 80 %,减壁率达43% ,出口处速度达一秒 18毫米。支撑力减径机有两头增厚的短处,能用“头尾部部突加电气控制”或微张力减径消除。

5、自动轧管机组

常见系列有直径为一百毫米、70毫米、350毫米和350毫米 几种,生产直径 17—426毫米 无缝钢管。发电机组的特性是在穿孔机上实现主要形变,规格型号转变较灵活性,生产种类范围广泛。因为持续轧管技术的发展,已不再修筑70毫米以下的发电机组。 

周期轧管.jpg

二、持续轧管生产。

加工设备由穿孔机、持续轧管机、支撑力减径机组合而成。圆坯穿成毛管后插进芯轴,通过7~9架轧辊中心线互呈90°配备的二辊式轧机连轧。轧后抽芯轴,经再加温后进行支撑力减径,可轧个人成长达165m的无缝钢管。70毫米持续轧管机组亩产40~60万吨级,为自动轧管机组的2~4倍。这种发电机组的特性是适宜生产直径169毫米以下无缝钢管,设备投资大,装机容量大,芯轴将近30m,加工制造复杂。70年代中后期出现的限动芯轴持续轧管机(MPM),冷轧时外力作用强制性芯轴以少于无缝钢管速度运动,可改进金属流动性条件,用短芯轴冷轧长管和大口径钢管。

三、 周期轧管生产

以多边形和圆形钢锭或连铸坯作原料,加热后经压力穿空成杯形毛胚,再经二辊斜轧延长机轧成毛管,之后在包含变孔径孔槽的周期轧管机上,轧辊转一圈轧出一段钢管。周期轧管机又称皮尔格尔(Pilger)轧管机。周期轧管生产是用钢锭作原料,宜于轧制大孔径的厚壁钢管和变断面管。

 四、 三辊轧管生产  

主要用于生产尺寸精度高的厚壁管。这种方法生产的管材,壁厚精度达到±5%,比用其他方法生产的管材精度高一倍左右。工艺流程见下图。60年代由于新型三辊斜轧机(称Transval轧机)的发明,这种方法得到迅速发展。新轧机特点是轧到尾部时迅速转动入口回转机架来改变辗轧角,从而防止尾部产生三角形,使生产品种的外径与壁厚之比,从12扩大到35,不仅可生产薄壁管,还提高了生产能力。

三辊轧管生产.jpg

五、顶管生产  

顶管生产传统的方法是方坯经压力穿空和斜轧延长成杯形毛管,由推杆将长芯棒插入毛管杯底,顺序通过一系列孔槽逐渐减小的辊式模架,顶轧成管。这种生产方法设备投资少,可用连铸坯,能生产孔径达 1070mm 、壁厚到 200mm 的特大特厚的管,但生产效率低,壁厚比较厚,管长比效短。出现CPE法的新工艺后,管坯经斜轧穿空成荒管,收口后顶轧延长成管,克服了传统方法的一些缺点,已成为无缝管生产中经济效益较好的方法。

六、挤压管生产  

挤压管生产首先将剥皮圆坯进行穿空或扩孔,再经感应加热或盐浴加热,并在内表面涂敷润滑剂送入挤压机,金属通过模孔和芯棒之间环状间隙被挤成管材(图 5 )。主要用于生产低塑性的高温合金管、异型管及复合管、有色金属管等。这种方法生产范围广,但产量低。近年来,由于模具材料、润滑剂、挤压速度等得到改进,挤压管生产也有所发展。

挤压管生产.jpg

七、冷拔、冷轧管生产  

冷轧、冷拔管生产用于生产小口径薄壁、精密和异形管材。生产特点是多工序循环工艺。用周期式冷轧管机冷轧,其延伸率可达 6 一 8 。60 年代开始向高速、多线、长行程、长管坯方向发展。此外,小辊式冷轧管机也得到发展。主要用于生产壁厚小于 lmm 极薄精密管材,冷轧设备复杂,工具加工困难,品规格变换不灵活;通常采用冷轧、冷拔联合工艺,即先以冷轧减壁,获得大变形量,之后以冷拔获得多种规格。

冷拔-冷轧管生产.jpg

八、导盘轧管生产  

穿空后带长芯棒的毛管在导盘轧管机上轧成薄壁管材。轧机类似二辊斜轧穿孔机。只是固定导板改成主动导盘。由于用长芯棒生产,管材内壁光滑,无刮伤;但工具费用大,调整复杂。主要用于生产外径150mm以下普通用途的碳素钢管。目前使用较少。

九、 旋压管生产  

将平板或空心毛胚在旋压机上经一次或多次旋压加工成薄壁管材,管子精度高,机械性能好,尺寸范围广,但生产效率低。主要用于生产有色金属管材,但也越来越多地用于生产钢管。旋压管材除用于生产生活器具、化工容器和机器零件外,多用于军事工业。

70 年代,采用强力旋压法已能生产管径达 6000mm 、孔径与壁厚之比达 10000 以上的大孔径极游圆管和异形管件。


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