毕业论文-浅谈无缝钢管生产工艺

毕业论文-浅谈无缝钢管生产工艺 ※※※※※※※※※ ※※ 2010届学生 ※※ 毕业设计(论文)材料 ※※ 序号:20072556 ※※※※※※※※※ 学 生 毕 业 设 计(论 文) 课题名称 浅谈无缝钢管生产工艺 专业班级 成型0702 姓 名 刘本强 系 部 冶金学院 实习单位 青岛钢铁股份有限公司 指导教师 杨意萍 2010年6月20日 - 1 - 浅谈无缝钢管生产工艺 摘要 钢管是一种重要钢材。被广泛用于国民经济各个部门～其中以石油钻采、冶炼和输送需用最多～其中地质勘探、化工、建筑工业、机械工业、车辆制造、军事工业和民用制品等都需要大量的管。目前～世界钢管生产发展的主要特点是采用新工艺和新设备以提高产量～扩大品种～采用自动控制和无损探伤以改善和保证产品质量。 关键词 钢管 用途 生产工艺 - 2 - 前言 钢管主要生产有热轧、焊接和冷加工三大类。热轧无缝钢管生产是将实心管坯穿孔并轧成具有一定形状、尺寸和性能的钢管。整个生产过程有两个主要变形工序1,穿孔将实心锭穿扎成空心毛管～2,将毛管在轧管机上轧制成合乎要求尺寸、性能或接近要求技术条件的钢管。生产中～按产品品种、规格和生产能力等要求和条件选择适宜类型的轧管机并配备在变形量和生产能力都匹配的穿孔机和其它前后工序的设备～这就构成了不同类型的轧管机组。 无缝钢管是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管～然后经热轧、冷轧或冷拨制成。无缝钢管的规格用外径*壁厚毫米数表示。无缝钢管分热轧和冷轧,拨,无缝钢管两类。 热轧无缝钢管分一般钢管～低、中压锅炉钢管～高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、地质钢管和其它钢管等。冷轧,拨,无缝钢管除分一般钢管、低中压锅炉钢管、高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、其它钢管外～还包括碳素薄壁钢管、合金薄壁钢管、不锈薄壁钢管、异型钢管。热轧无缝管外径一般大于32mm～壁厚2.5-75mm～冷轧无缝钢管处径可以到6mm～壁厚可到0.25mm～薄壁管外径可到5mm壁厚小于0.25mm～冷轧比热轧尺寸精度高。 一般用无缝钢管是用10、20、30、35、45等优质碳结钢16Mn、5MnV等低合金结构钢或40Cr、30CrMnSi、45M - 3 - n2、40MnB等合结钢热轧或冷轧制成的。10、20等低碳钢制造的无缝管主要用于流体输送管道。45、40Cr等中碳钢制成的无缝管用来制造机械零件～如汽车、拖拉机的受力零件。一般用无缝钢管要保证强度和压扁试验。热轧钢管以热轧状态或热处理状态交货,冷轧以热以热处理状态交货。 热轧～顾名思义～轧件的温度高～因此变形抗力小～可以实现大的变形量。以钢板的轧制为例～一般连铸坯厚度在230mm左右～而经过粗轧和精轧～最终厚度为1~20mm。同时～由于钢板的宽厚比小～尺寸精度要求相对低～不容易出现板形问题～以控制凸度为主。对于组织有要求的～一般通过控轧控冷来实现～即控制精轧的开轧温度、终轧温度和卷曲温度来控制带钢的微观组织和机械性能。 1 无缝钢管的制造工艺 热轧,挤压无缝钢管,: 圆管坯?加热?穿孔?三辊斜轧、连轧或挤压?脱管?定径,或减径,?冷却?矫直?水压试验,或探伤,?标记?入库 无缝钢管是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管～然后经热轧、冷轧或冷拨制成。无缝钢管的规格用外径*壁厚毫米数表示。无缝钢管分热轧和冷轧,拨,无缝钢管两类。 热轧无缝钢管分一般钢管～低、中压锅炉钢管～高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、地质钢管和其它钢管等。 - 4 - 冷轧,拨,无缝钢管除分一般钢管、低中压锅炉钢管、高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、其它钢管外～还包括碳素薄壁钢管、合金薄壁钢管、不锈薄壁钢管、异型钢管。热轧无缝管外径一般大于32mm～壁厚2.5-75mm～冷轧无缝钢管处径可以到6mm～壁厚可到0.25mm～薄壁管外径可到5mm壁厚小于0.25mm～冷轧比热轧尺寸精度高。 一般用无缝钢管是用10、20、30、35、45等优质碳结钢16Mn、5MnV等低合金结构钢或40Cr、30CrMnSi、45Mn2、40MnB等合结钢热轧或冷轧制成的。10、20等低碳钢制造的无缝管主要用于流体输送管道。45、40Cr等中碳钢制成的无缝管用来制造机械零件～如汽车、拖拉机的受力零件。一般用无缝钢管要保证强度和压扁试验。热轧钢管以热轧状态或热处理状态交货,冷轧以热以热处理状态交货。 热轧～顾名思义～轧件的温度高～因此变形抗力小～可以实现大的变形量。以钢板的轧制为例～一般连铸坯厚度在230mm左右～而经过粗轧和精轧～最终厚度为1~20mm。同时～由于钢板的宽厚比小～尺寸精度要求相对低～不容易出现板形问题～以控制凸度为主。对于组织有要求的～一般通过控轧控冷来实现～即控制精轧的开轧温度、终轧温度 冷拔,轧,无缝钢管: - 5 - 圆管坯?加热?穿孔?打头?退火?酸洗?涂油,镀铜,?多道次冷拔,冷轧,?坯管?热处理?矫直?水压试验,探伤,?标记?入库 力学性能 钢材力学性能是保证钢材最终使用性能,机械性能,的重要指标～它取决于钢的化学成分和热处理。在钢管标准中～根据不同的使用要求～了拉伸性能,抗拉强度、屈服强度或屈服点、伸长率,以及硬度、韧性指标～还有用户要求的高、低温性能等。 ?抗拉强度,σb, 试样在拉伸过程中～在拉断时所承受的最大力,Fb,～出以试样原横截面积,So,所得的应力,σ,～称为抗拉强度,σb,～单位为N/mm2,MPa,。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。计算公式为: 式中:Fb--试样拉断时所承受的最大力～N,牛顿,, So--试样原始横截面积～mm2。 ?屈服点,σs, 具有屈服现象的金属材料～试样在拉伸过程中力不增加,保持恒定,仍能继续伸长时的应力～称屈服点。若力发生下降时～则应区分上、下屈服点。屈服点的单位为N/mm2,MPa,。 - 6 - 上屈服点,σsu,:试样发生屈服而力首次下降前的最大应力, 下屈服点,σsl,:当不计初始瞬时效应时～屈服阶段中的最小应力。 屈服点的计算公式为: 式中:Fs--试样拉伸过程中屈服力,恒定,～N,牛顿,So--试样原始横截面积～mm2。 ?断后伸长率,σ, 在拉伸试验中～试样拉断后其标距所增加的长度与原标距长度的百分比～称为伸长率。以σ表示～单位为%。计算公式为: 式中:L1--试样拉断后的标距长度～mm, L0--试样原始标距长度～mm。 ?断面收缩率,ψ, 在拉伸试验中～试样拉断后其缩径处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比～称为断面收缩率。以ψ表示～单位为%。计算公式如下: 式中:S0--试样原始横截面积～mm2, S1--试样拉断后缩径处的最少横截面积～mm2。 ?硬度指标 金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力～称为硬度。根据试验方法和适用范围不同～硬度又可分为布氏硬度、洛氏 - 7 - 硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。 A、布氏硬度,HB, 用一定直径的钢球或硬质合金球～以规定的试验力,F,压入式样表面～经规定保持时间后卸除试验力～测量试样表面的压痕直径,L,。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS,钢球,表示～单位为N/mm2(MPa)。 其计算公式为: 式中:F--压入金属试样表面的试验力～N, D--试验用钢球直径～mm, d--压痕平均直径～mm。 测定布氏硬度较准确可靠～但一般HBS只适用于450N/mm2,MPa,以下的金属材料～对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中～布氏硬度用途最广～往往以压痕直径d来表示该材料的硬度～既直观～又方便。 举例:120HBS10/1000130:表示用直径10mm钢球在1000Kgf,9.807KN,试验力作用下～保持30s,秒,测得的布氏硬度值为120N/ mm2,MPa,。无缝钢管 ] 2无缝钢管执行标准 1,、结构用无缝管,GB/T8162-2008,是用于一般结构和机械结构的无缝钢管。 - 8 - 2,、流体输送用无缝钢管,GB/T8163-2008,是用于输送水、油、气等流体的一般无缝钢管。 3,、低中压锅炉用无缝钢管,GB3087-2008,是用于制造各种结构低中压锅炉过热蒸汽管、沸水管及机车锅炉用 过热蒸汽管和拱砖管用的优质碳素结构钢热轧和冷拔,轧,无缝钢管。 4,、高压锅炉用无缝钢管,GB5310-2008,是用于制造高压及其以上压力的水管锅炉受热面用的优质碳素钢、合金钢和不锈耐热钢无缝钢管。 5,、化肥设备用高压无缝钢管,GB6479-2000,是适用于工作温度为-40~400?、工作压力为10~30Ma的化工设备和管道的优质碳素结构钢和合金钢无缝钢管。 6,、石油裂化用无缝钢管,GB9948-2006,是适用于石油精炼厂的炉管、热交换器和管道无缝钢管。 7,、地质钻探用钢管,YB235-70,是供地质部门进行岩心钻探使用的钢管～按用途可分为钻杆、钻铤、岩心管、套管和沉淀管等。 8,、金刚石岩芯钻探用无缝钢管,GB3423-82,是用于金刚石岩芯钻探的钻杆、岩心杆、套管的无缝钢管。 9,、石油钻探管,YB528-65,是用于石油钻探两端内加厚或外加厚的无缝钢管。钢管分车丝和不车丝两种～车丝管用接头联结～不车丝管用对焊的方法与工具接头联结。 - 9 - 10,、船舶用碳钢无缝钢管,GB5213-85,是制造船舶I级耐压管系、?级耐压管系、锅炉及过热器用的碳素钢无缝钢管。碳素钢无缝钢管管壁工作温度不超过450?～合金钢无缝钢管管壁工作温度超过450?。 11,、汽车半轴套管用无缝钢管,GB3088-82,是制造汽车半轴套管及驱动桥桥壳轴管用的优质碳素结构钢和合金结构钢热轧无缝钢管。 12,、柴油机用高压油管,GB3093-2002,是制造柴油机喷射系统高压管用的冷拔无缝钢管。 13,、液压和气动缸筒用精密内径无缝钢管,GB8713-88,是制造液压和气动缸筒用的具有精密内径尺寸的冷拔或冷轧精密无缝钢管。 14,、冷拔或冷轧精密无缝钢管,GB3639-2000,是用于机械结构、液压设备的尺寸精度高和表面光洁度好的冷拔或冷轧精密无缝钢管。 选用精密无缝钢管制造机械结构或液压设备等～可以大大节约机械加工工时～提高材料利用率～同时有利于提高产品质量。 15,、结构用不锈钢无缝钢管,GB/T14975-2002,是广泛用于化工、石油、轻纺、医疗、食品、机械等工业的耐腐蚀管道和结构件及零件的不锈钢制成的热轧,挤、扩,和冷拔,轧,无缝钢管。 - 10 - 16,、流体输送用不锈钢无缝钢管,GB/T14976-2002,是用于输送流体的不锈钢制成的热轧,挤、扩,和冷拔,轧,无缝钢管。 17,、异型无缝钢管是除了圆管以外的其他截面形状的无缝钢管的总称。按钢管截面形状尺寸的不同又可分为等壁厚异型无缝钢管,代号为D,、不等壁厚异型无缝钢管,代号为BD,、变直径异型无缝钢管,代号为BJ,。异型无缝钢管广泛用于各种结构件、工具和机械零部件。和圆管相比～异型管一般都有较大的惯性矩和截面模数～有较大的抗弯抗扭能力～可以大大减轻结构重量～节约钢材。 18,.低温管道用无缝钢管,GB/T18984-2003,适用于-45?，-195?级低温压力容器管道以及低温热交换器管道用无缝钢管 3钢管用途 钢管具有中空截面～大量用作输送流体的管道～如 输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道 等。钢管与圆钢等实心钢材相比～在抗弯抗扭强度相 同时～重量较轻～是一种经济截面钢材～广泛用于制 造结构件和机械零件～如石油钻杆、汽车传动轴、自 行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等 - 11 - 用钢管制造环形零件～可提高材料利用率～简化制造工序～节约材料和加工工时～如滚动轴承套圈、千斤顶套等～目前已广泛用钢管来制造。钢管还是各种常规武器不可缺少的材料～枪管、炮筒等都要钢管来制造。钢管按横截面积形状的不同可分为圆管和异型管。由于在周长相等的条件下～圆面积最大～用圆形管可以输送更多的流体。此外～圆环截面在承受内部或外部径向压力时～受力较均匀～因此～绝大多数钢管是圆管。 但是～圆管也有一定的局限性～如在受平面弯曲的条件下～圆管就不如方、矩形管抗弯强度大～一些农机具骨架、钢木家具等就常用方、矩形管。根据不同用途还需有其他截面形状的异型钢管。 4无缝钢管尺寸及允许偏差 偏差等级 标准化外径允 许偏差 D1 ?1.5%，最小? 0.75 mm D2 ?1.0%。最小? 0.50 mm D3 ?0.75%(最小? 0.30 mm D4 ?0.50%。最小? 0.10 mm - 12 - 5无缝管工艺流程 卫生级镜面管工艺流程: 管坯——检验——剥皮——检验——加热——穿孔——酸洗——修磨——润滑风干——焊头——冷拔——固溶处理——酸洗——酸洗钝化——检验——冷轧——去油——切头——风干——内抛光——外抛光——检验——标识——成品包装 工业管工艺流程 管坯——检验——剥皮——检验——加热——穿孔——酸洗——修蘑——润滑风干——焊头——冷拔——固溶处理——酸洗——酸洗钝化——检验 6无缝钢管重量公式 无缝钢管的重量kg/m = (Od - Wt) * Wt * 0.02466 其中Od是外径 Wt是壁厚 [(外径-壁厚)*壁厚]*0.02466=kg/米,每米的重量,。 - 13 - 7结束语 对无缝钢管生产的发展～除了在各种主机上进行工艺改革～设备更新外～为了提高生产技术确保钢管质量～普遍采用工艺参数在线～在此基础上采用计算机、挤压机以及周期式轧管机使用连铸坯已成为发展趋势～各国在连轧管机、顶管机、挤压机以及周期式轧管机使用连铸坯比例与日俱增～最大圆铸坯达到直径420mm～这就缩短了生产周期提高了成材率。在品种上～为了适应石油天然气钻采工业的发展～各国都在大力增加石油管的产量和品种。 - 14 - 8参考文献 ,1, 王廷波主编《轧钢工艺学》冶金工程出版社～ ,2, 赵志业主编《金属塑性变形也轧制理论》冶金出版 社 ,3, 傅得武主编《扎刚学》 ,4, 《国外热轧无缝钢管生产新发展》编写主编山西人 民出版社 ,5, 上海冶金专科学院著《钢管生产》上海科学技术出 版社 ,6, 孟廷军主编《轧钢基础知识》 ,7, 朱广军主编《冶金热工基础》 - 15 -