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159 mm的热轧无缝钢管

2、为小直径热轧无缝钢管，159 mm 直径325 mm的热轧无缝钢管为中直径热轧无缝钢管，325 mm直径508 mm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

3、，包括纵向 扩管工艺和斜轧扩管工艺；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9001 200；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

4、拉杆上，拉杆在卡爪的带动下拉 着顶头一道通过坯料管的内孔，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Zj O1一扩制后钢管2感

5、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1 500 mm,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

6、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。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

7、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。轧制方向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

8、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

9、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)720 mm穿孔机组扬州诚德钢管有限公司800960 mm穿孔机组扬州龙川钢管有限公司720 mm扩管机组天津

10、钢管制造有限公司720 nun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512 MW

11、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300 MW和600 MW亚 临界火电机组的设计、制造技术，开始使用按照ASME（AmeriCanSoCietyof Mechanical Engineers,美国机械工程师协会）、ASTMfAmerican Society for Testing Materials,美国材料

12、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

13、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、12CrlMoV A106B等电站锅炉用管， 规格为3251066mm25120mm,长度8 000 mm,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508 mm 以上的厚壁和特厚壁热轧无缝钢管机组，每年可为

14、锅炉厂提供特大直径厚壁电 站锅炉用管4 0006 000t,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

15、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1 200 mm和2009年投产了年产5万t、最大直径为1 500 mm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1 500 mm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1 200 mm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。200