我国特大直径热轧无缝钢管品种和装备的发展历程.docx

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1、我国特大直径热轧无缝钢管品种和装备的发展历程目录序言1?特大直径薄壁热轧无缝钢管生产工艺2?纵向扩管工艺2?拉拔扩管工艺2?顶推扩管工艺3?斜轧扩管工艺4?旋轧扩管工艺4?二次斜轧扩管工艺5?特大直径厚壁热轧无缝钢管生产工艺6?品种发展历程6?生产工艺与装备7?生产工艺7?生产装备7?特大直径热轧无缝钢管坯料选择的思考11?特大直径薄壁热轧无缝钢管坯料选择11?推制扩管工艺的坯料选择11?斜轧扩管工艺的坯料选择11?旋轧扩管工艺的坯料选择11?特大直径厚壁热轧无缝钢管坯料选择11?挤压管工艺的坯料选择12?其他工艺的坯料选择12?结语12序言一般认为，直径159mm的热轧无缝钢管为小直径热轧无

2、缝钢管，159mm直径325mm的热轧无缝钢管为中直径热轧无缝钢管，325mm直径508mm的热轧无缝钢管为大直径无缝钢管，直径508mm的热轧无缝钢管为特大直径热轧无缝钢管。特大直径热轧无缝钢管主要用于电站锅炉、能源化工、工程建设和机械加工等行业，主要品种包括：锅炉核电用管、石油化工用管、海洋工程用管、流体输送用管、工程结构用管和机械加工用管等。笔者预计我国特大直径热轧无缝钢管的年需求量在80万t左右，其中薄壁热轧/扩无缝钢管在70万t以上，厚壁热轧/扩无缝钢管近10万t。特大直径薄壁热轧无缝钢管生产工艺目前，特大直径薄壁热轧无缝钢管均采用减壁、扩径方法生产，包括纵向扩管工艺和斜轧扩管工艺；

3、其工艺特点都是将直径大于坯料管（母管）内径的锥形顶头，在外力作用下穿过加热后的坯料管内孔，实现坯料管的减壁、扩径，从而得到特大直径薄壁热扩无缝钢管。纵向扩管工艺纵向扩管工艺分为：拉拔扩管工艺、顶推扩管工艺。国翻拉拔扩管工艺拉拔扩管时，先将坯料管的一端（长350550mm）送入缝式加热炉或电感应加热炉中，加热到850。C以上，再用压力扩口机对该管端进行扩口，形成喇叭状；然后将扩口后的坯料管进行整体加热，加热温度一般为9001200；坯料管加热均匀后，将其扩口管端固定在扩管机的内、外卡环上。将1组（一般34个）直径逐渐增大的扩管顶头分别固定在相应的拉杆上，拉杆在卡爪的带动下拉着顶头一道通过坯料管的

4、内孔，对坯料管进行扩径、减壁。拉拔扩管过程如图1所示。拉拔扩管工艺因其成材率低、产品壁厚精度低和表面质量差，目前已被淘汰。1一扩径顶头2一拉杆3荒管4外卡环5冷却水管6内卡环7一固定顶头挡环图1拉拔扩管过程示意图画翻顶推扩管工艺顶推扩管过程如下：电感应线圈从坯料管的前端开始，对其连续加热；加热温度达到工艺要求(加热温度为该钢种Ac3+50IO(TC)时，推制扩管机机架两侧的两个油缸同步推动置于坯料管尾端的推板，推板推动坯料管前进，使其加热部分缓慢通过扩径顶头，对坯料管进行扩径、减壁。推制扩管过程如图2所ZjO1一扩制后钢管2感应线圈3顶头4一推板5拉杆6坯料管I矫直区一平整区山一定径区IV变形

5、区V导向区图2推制扩管过程示意图与拉拔扩管工艺相比，采用顶推扩管工艺时，管端不需要扩口，成材率可达99%；因采用中频电感应加热，加热速度快、时间短，钢管表面再生氧化铁皮少，扩制后的钢管外表面基本上保持了坯料管的原始表面状态，且坯料管内表面涂有石墨润滑剂，改善了内表面质量；一次加热后的扩径率为30%50%,对于塑性较好的低碳钢或低合金钢最大可达75%；扩制的钢管直径大（达到1500mm,管壁薄，径壁比D/S可达到70。目前，顶推扩管工艺是生产特大直径薄壁热轧无缝钢管的主要方法之一。从顶推扩管的受力状态可知，顶头通过坯料管内孔进行扩径时，坯料管外壁沿周向存在很大的拉应力，内壁径向存在很大的压应力。

6、受周向拉应力和径向压应力的作用，坯料管的管径扩大、管壁减薄、长度有少许缩短。顶推扩管时的周向拉应力容易导致坯料管外表面产生裂纹，且扩径率越大,产生裂纹的可能性也越大。若坯料管表面已经存在裂纹，该裂纹会迅速扩大，甚至会像斧劈一样将坯料管撕开，造成管体开裂（俗称破肚）。为了防止顶推扩管时钢管表面产生裂纹，减小壁厚不均匀程度，应选择表面无缺陷的坯料管及合适的坯料管尺寸。推制扩管时坯料管的壁厚可参照无缝钢管缺陷与预防第五章第五节中的公式来计算。斜轧扩管工艺斜轧扩管工艺包括：旋轧扩管工艺、二次斜轧扩管工艺。国翩旋轧扩管工艺旋轧扩管机是一种带有2个锥形轧辐且轧辐轴线交叉布置的二辐斜轧管机。轧辐直径从变形区

7、入口到出口逐渐增大，轧辐的圆周速度沿轧制方向也不断增加，轧辐轴线与轧制线呈空间交叉，构成送进角和辗轧角，2个轧辐均为单支撑。旋轧扩管时，将经过加热的坯料管送进旋转的轧辐之中，在由轧辐、导板和锥形顶头组成的“环形封闭孔型中进行减壁、扩径。旋轧扩管过程如图3所示。旋轧扩管变形区分为3个，即压扁减径区、减壁扩径区和转圆区。坯料管在旋轧扩管机上发生的变形包括压扁减径变形、减壁扩径变形和转圆变形。1一管坯2一轧车昆3一顶头4一顶杆5一扩制后钢管图3旋轧扩管过程示意图轧辐孔喉尺寸、顶头尺寸及其位置决定了扩制后钢管的直径和壁厚。通过调整顶杆尾座液压油缸的行程位置，可以准确地控制扩制后的钢管壁厚。相对于推制扩

8、管，旋轧扩管工艺对控制钢管尺寸和提高尺寸精度更加有利。旋轧扩管时，坯料管在进行整体加热时会产生比较严重的氧化铁皮，钢管表面的氧化铁皮，尤其是内表面的氧化铁皮很难通过除鳞的方法清除干净，扩制后容易产生“内麻坑缺陷。旋轧扩管机组适合批量化生产，但生产成本高，竞争力不强，大部分产品有被二次斜轧扩管和顶推扩管工艺取代的可能。国翩二次斜轧扩管工艺二次斜轧扩管工艺与旋轧扩管工艺相比没有本质上的区别，只是在轧机结构、扩径率及坯料管的选用上有所不同。二次斜轧扩管时，穿孔和扩管在同一台穿孔机上进行，受轧辐形状和调整空间的限制，一次扩径率不大，一般不超过30%。二次斜轧扩管过程是将穿孔后的毛管直接返回到穿孔机的前

9、台（有时毛管需要补温、均温），通过顶头尺寸的改变和轧辐位置的调整，实现毛管的减壁、扩径。由于生产组织比较灵活，不需要建设新的扩管机，因此该工艺成为生产特大直径薄壁、中厚壁热轧无缝钢管的主要生产工艺之一。我国特大直径中厚壁、薄壁无缝钢管斜轧管机组见表K表1我国特大直径中厚壁、薄壁无缝钢管斜轧管机组汇总企业名称机组名称6(X)720mm穿孔机组扬州诚德钢管有限公司800960mm穿孔机组扬州龙川钢管有限公司720mm扩管机组天津钢管制造有限公司720nun旋轧扩管机组设计规格mm投产年份最大规格7202007用于中厚壁扩管最大规格9602009用于中厚壁扩管最大规格83O2011用于中厚壁扩管最大

10、规格72O2008用于薄壁扩管斜轧扩管工艺因其变形特点，会在钢管表面产生螺旋道，扩径量越大，螺旋道越深。通过增加轧辐长度，提高重轧系数，减小扩径率等措施，可以减轻螺旋道的深度。特大直径厚壁热轧无缝钢管生产工艺品种发展历程特大直径厚壁热轧无缝钢管品种众多，用途广泛，特别是随着锅炉不断向高温、高压和大型化方向发展，推动了我国特大直径厚壁热轧无缝钢管品种的发展。20世纪50年代到60年代初期，我国火电机组多为512MW的低、中压小容量机组，使用的管材大都是10钢和20钢普通无缝管。过热器和再热器高温段使用的少量低合金钢管全部从苏联进口。20世纪70年代中期，我国引进了按DIN17175耐热无缝钢管供

11、货技术条件标准生产的热强钢钢管，用于火电机组的建设；使用的高压锅炉管基本从德国进口。20世纪80年代初期，我国引进了美国GE公司的300MW和600MW亚临界火电机组的设计、制造技术，开始使用按照ASME（AmeriCanSoCietyofMechanica1Engineers,美国机械工程师协会）、ASTMfAmericanSocietyforTestingMateria1s,美国材料与试验协会）标准生产的耐热钢钢管。低温段使用的中、小直径无缝钢管基本上实现了国产化，但高温段使用的中、小直径无缝钢管大部分依靠进口，大直径无缝钢管全部依靠进口。1989年，国务院批准原冶金部提出的“发电设备用钢

12、国产化措施方案，计划投资7亿元（实际耗资20亿元），重点对7家生产发电设备用材的钢铁（钢管）企业进行投资和技术改造。生产工艺与装备国翻生产工艺目前，我国特大直径厚壁热轧无缝钢管生产工艺包括：大顶管工艺、挤压管工艺、周期轧管工艺和斜轧管工艺等。画弱生产装备我国特大直径厚壁热轧无缝钢管的装备制造是从“八五期间（19911995年）锅炉用钢国产化开始的。1993年，国家同意引进日本住友公司的二手大顶管生产线。当时考虑到武汉471厂（现武汉重工铸锻有限责任公司）已具有炼钢能力和大吨位立式和卧式水压机，经专家评估后认为，该存量设备经过技术改造与引进的大顶管机配套后，可建成一条完整的特大直径厚壁热轧无缝钢

13、管生产线（大顶管机组），且投入的资金较少，建设周期较短，该项目最终落户471厂。471厂大顶管机组设计的主要品种为P22、12Cr1MoVA106B等电站锅炉用管，规格为3251066mm25120mm,长度8000mm,年产量2万t。1996年，该大顶管机组建成投产后，成了当时我国唯一能够生产508mm以上的厚壁和特厚壁热轧无缝钢管机组，每年可为锅炉厂提供特大直径厚壁电站锅炉用管40006OOOt,占我国特大直径厚壁锅炉用管总量的90%以上，基本上解决了我国特大直径厚壁锅炉钢管的国产化问题。2004年，该机组年产量达到2万t（设计产能），年利润超过2亿元。客观上讲，该大顶管机组的技术水平并不

14、高，生产的钢管的壁厚精度较低，内孔和外圆的机加工余量很大，金属收得率很低，最好水平约为42%（当时，德国和日本同类机组的金属收得率也只有45%）,制造成本较高。但武汉471厂独家经营、产品独占市场，效益可观，激发了其他企业的投资热情；因此，国内企业按武汉471厂大顶管机组的工艺流程，采取消化、吸收、改进的思路，掀起了建设大顶管机组的热潮。河北宏润核装备科技股份有限公司（简称河北宏润）于2006年建成投产了年产3万t、最大直径为1200mm和2009年投产了年产5万t、最大直径为1500mm的两条大顶管生产线。河北渤海重工管道有限公司（简称渤海重工）于2008年开始建设年产6万t、最大直径为15

15、00mm的大顶管机组，但2010年冷试后没有进行热试。浙江格洛斯无缝钢管有限公司（简称浙江格洛斯）于2010年建成投产了年产12万t、最大直径为1200mm的大顶管机组。为提高无缝钢管的壁厚精度，该机组在工艺上进行了创新，增加了斜轧延伸机，对无缝钢管的壁厚进行斜轧均整。该机组与471厂、河北宏润和渤海重工的大顶管机组相比，成材率高。在短短5年左右的时间内，我国新建了4套大顶管机组，设计年产能超过20万t。导致特大直径厚壁热轧无缝钢管产能严重过剩，部分机组开工不足，有的机组甚至没有正常生产。由于大顶管机组在生产特大直径厚壁不锈钢管、高温合金管、耐蚀合金管等方面存在困难，而这些品种的钢管的需求量在不断增长，我国开始建设大吨位挤压管机组。2009年，内蒙古北方重工业集团有限公司（简称包二机）建成投产了360MN挤压管机，设计年产量7万t。2012年，河北宏润建成投产了500MN挤压管机，设计年产量6万t,该机组建成后，河北宏润原有的2套大顶管机组基本处于停产状态。2015年，青海康泰铸锻机械有限责任公司（简称青海康泰）建成投产了680MN挤压管机，