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无缝钢管的热挤压技术.pdf

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-61 -引言表1 我国挤压机生产线现状金属挤压是一种压力加工成形方法,是将金属毛坯置于耐压容器中,施加外力使金属在三向压应力状态下产生塑性变形。挤压加工时金属处于三向压应力状态,因此可以得到比轧制、锻压更大的塑性变形。依据材料、挤压方法的不1同,挤压的延伸系数可达5500,甚至更高。由于挤压制品具有尺寸精度高、金属组织致密、力学性能稳定的特点,因此,热挤压技术被广泛地应用于核电、火电、石化、航空、航天、交通等领域。这些挤压机生产线的建成投产,标志着我国从一个钢管1 热挤压钢管行业的现状大国走向了钢管强国,使我国的高端无缝钢管产量得到了快20世纪50年代,随着玻璃润滑剂的发明,黑色金属的挤速增长,无缝钢管产业得到了不断的优化。压技术得到了快速发展。采用热挤压技术生产无缝钢管具有2 钢管的热挤压工艺产品质量稳定、更换品种灵活、工模具费用低的优点,适用于不锈钢、特殊钢以及低塑性和难变形材料的加工。对于高温耐蚀合金管、不锈钢油井管、双相不锈钢管、尿素级不锈钢管、高参数奥氏体火电锅炉管等,采用热挤压是必需的生产方法。目前,世界上有70多台(套)钢挤压机组,其中大多数用于生产优质管材。我国在20世纪70年代初,四川江油长城钢厂从原西德引进了一条31.5MN挤压机生产线,专门用于生产不锈钢及特殊合金管及棒材。21世纪初,浙江久立1.支承垫 2.模支承 3.模垫 4.挤压模 5.挤压筒内衬 6.穿孔集团从意大利的Danieli公司引进了一台35MN挤压机,成为针 7.挤压垫 8.挤压杆 9.针连接器 10.挤压筒中衬 11.挤压筒外了我国第一家专门用挤压机生产不锈钢管的民营企业。至今衬 12.坯料 13.玻璃垫 14.模套 15.制品已先后建成投产多条挤压机生产线,详见表1。图1 钢管的热挤压简图钢管的热挤压工艺流程坯料准备环形炉预热立式感应炉加热玻璃粉润滑立式压机冲(扩)孔除磷立式感应炉再加热玻璃粉润滑挤压切压余冷却王国颖(太原通泽重工有限公司,山西 太原 030032)随着玻璃润滑剂的出现,无缝钢管的热挤压技术得到了快速的发展。同时,无氧化加热和工模具使用寿命等问题也随着无缝钢管热挤压技术的发展得到了有效解决。近年来,我国先后引进和自主建设了多条热挤压无缝钢管生产线用于生产高端无缝钢管,使我国无缝钢管的热挤压技术水平得到了很大的提升。玻璃润滑剂;热挤压;无缝钢管;生产线TG376.2 摘要 关键词 中图分类号 文献标识码 A 文章编号 2095-0748(2013)05-0060-02 无缝钢管的热挤压技术收稿日期 作者简介 王国颖(1984-),男,河南洛阳人,助理工程师,硕士在读,主要从事无缝钢管设备设计。2013-02-20 钢管的热挤压坯料可以是锻坯、轧坯、连铸坯、离心浇与高温的坯料接触时,不与其产生化学反应,保证了制品的注坯等。长坯或短坯在加工车间经剥皮、锯断、钻深孔、车质量。通过不同颗粒度和配比的选择,使其有不同的性2能,从而可用于不同的材料和不同的场合。近年来,北京钢削端面及倒角后进入挤压生产线。铁研究院、上钢五厂、北京玻璃研究院、本溪玻璃厂等单位加工好的坯料进入环形加热炉加热前要先经过清洗机进均对玻璃润滑剂做了深入研究,并取得了不错的成果。行脱脂处理,再进入环形炉加热。一般坯料在环形炉内加热2.3 工模具的使用寿命到900以内。但可根据工艺要求直接加热到钢的热挤压温度由钢管的热挤压简图可以看出,工模具中与热坯料直接(适用于不需扩孔的坯料直接挤压)。然后进入到立式感应接触的有挤压垫、穿孔针、挤压模和挤压筒,其中挤压垫工加热炉加热到材料的热挤压温度。加热好的坯料在铺粉台架作时处于受压状态,虽与热坯料直接接触,但之间没有相对上将外圆涂好玻璃粉后,由机械手将坯料放入冲(扩)孔筒金属流动,挤压垫正常使用时不会大量削耗,一般每套系统中,之后在坯料端部的“喇叭口”中加入玻璃粉后,在立式配23个挤压垫循环使用。工模具的使用寿命通常指的是挤穿孔机上进行冲(扩)孔。经过冲(扩)孔后的空心坯料由压筒、穿孔针和挤压模这些工作时与热金属接触,并与热金于和模具接触而产生温降应进行补热即再加热,但坯料表面属有相对流动的工具的使用寿命。的玻璃粉影响再加热时的温度检测,从而使加热温度出现偏 众所周知,挤压筒为过盈热装配在一起的多层筒,在过差,所以一般在再加热前先进行除磷,以清除坯料表面的玻盈量设计合理,加工尺寸符合图纸要求的前提下,使用前先璃膜,再进行加热,而加热后的坯料经过内外表面涂玻璃粉预热,定期清理内壁玻璃粉,并检查内壁划痕的情况下,一后,由供锭器送入挤压机中心,进行挤压。挤压完成后由分般使用寿命在5 00010 000次以上。挤压模在挤压过程中与热离锯分离制品和压余。制品和工具需要进行相应的冷处理。金属的接触时间最长,使用寿命相对最短。为使挤压模使用在整个挤压生产过程中,坯料的无氧化加热,润滑以及寿命更长,一般要求在可能的条件下挤压速度更快,锯切分工模具的寿命是影响钢挤压技术的三个重要工艺难题。离的时间更短,来缩短热金属在挤压模内的停留时间,同时2.1 坯料的无氧化加热挤压模每次挤压后都应进行检查和处理,不仅能保证制品质一般来讲,材料在加热时,最高温度应在其“液相线”以量,也提高了挤压模寿命。穿孔针由于断面积小,在挤压时下80150。为了控制材料的加热过程中不产生“过烧”现2包裹在热金属内,温升快而造成力学性能下降,所以必须进象 应严格控制金属材料的加热温度,但加热温度又不能过低行充分冷却。国外的钢挤压机设计时都设计了穿孔针的内冷而造成闷车。现代挤压工艺中一般采用环形炉预热+立式感应系统,但从使用效果看比较一般。对于小规格的穿孔针内冷炉加热的方法。一般认为900是钢的无氧化温度,在环形炉孔极大地缩减了穿孔针的强度,易造成退针时针的断裂,而内加热到900以内,再由感应炉快速加热到材料的热挤压温对大规格的穿孔针而言冷却速度又太慢。通泽公司在设计度。不仅提高了加热速度,使金属的烧损得以减少,提高了加36MN不锈钢挤压机时,考虑到产品对象中小规格产品居多,热质量,而且感应加热的过程自动化控制以及加热控制模型的所以未设计内冷系统,而是设计了一套专门的穿孔针冷却装建立可有效保证坯料长度方向和直径方向的温度精度,是保证置对穿孔针在挤压完成后进行外冷,取得了不错的效果,使挤压制品质量的关键。对于部分钢种,也可在感应加热时采用3穿孔针使用寿命由原来的1030次提高到100次以上,大大提在保护气氛条件下加热,使金属不产生氧化。高了穿孔针的使用寿命。2.2 润滑以上三个工艺难题的解决对钢挤压技术起到了决定性的润滑是钢挤压技术的关键工艺难题。玻璃粉润滑剂的发作用。明对钢的挤压技术的发展有里程碑的意义。用玻璃粉作为钢3 结语管热挤压的润滑剂有以下优点:玻璃粉在高温状态下呈熔现在的钢管热挤压技术随着生产中的不断摸索,已经取融状态附属在坯料表面,在挤压过程中,降低流动金属和工得了长足进步。如常熟华新丽华特殊钢有限公司经过不断模具间的摩擦阻力,同时在制品表面形成均匀连续的玻璃实验及摸索,已经成功生产了钛及钛合金、镍及镍合金、膜,保护制品的表面质量。玻璃在高温下的导热系数较特殊合金等上百种材质。随着节能减排要求的提出和能源低,具有非常好的隔热性能,保证工模具在挤压过程中不会价格的不断上涨,高污染高能耗的落后产能必将遭到淘过快升温从而保护工模具的使用寿命。玻璃粉的主要成分汰。高端无缝管企业应当抓住机遇使我国无缝钢管产业健有SiO,Al O,Na O,K O,B O 等,具有稳定的化学性质,在2232223康发展。现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informationization2013年5月总第48期May,2013Total of 48工程技术-60 -厂家机组产品规格现状设计长城钢厂31.5MN422191978年投产西德浙江久立35MN422192008年投产意大利Danieli宝钢集团63MN763252009年投产德国SMS太钢集团63MN763252010年投产德国SMS常熟华新36MN422192011年投产通泽重工新兴铸管63MN763252012年投产意大利Danieli北方工业360MN3501 1002009年投产清华大学河北宏润500MN3501 3202012年投产济南巨能-61 -引言表1 我国挤压机生产线现状金属挤压是一种压力加工成形方法,是将金属毛坯置于耐压容器中,施加外力使金属在三向压应力状态下产生塑性变形。挤压加工时金属处于三向压应力状态,因此可以得到比轧制、锻压更大的塑性变形。依据材料、挤压方法的不1同,挤压的延伸系数可达5500,甚至更高。由于挤压制品具有尺寸精度高、金属组织致密、力学性能稳定的特点,因此,热挤压技术被广泛地应用于核电、火电、石化、航空、航天、交通等领域。这些挤压机生产线的建成投产,标志着我国从一个钢管1 热挤压钢管行业的现状大国走向了钢管强国,使我国的高端无缝钢管产量得到了快20世纪50年代,随着玻璃润滑剂的发明,黑色金属的挤速增长,无缝钢管产业得到了不断的优化。压技术得到了快速发展。采用热挤压技术生产无缝钢管具有2 钢管的热挤压工艺产品质量稳定、更换品种灵活、工模具费用低的优点,适用于不锈钢、特殊钢以及低塑性和难变形材料的加工。对于高温耐蚀合金管、不锈钢油井管、双相不锈钢管、尿素级不锈钢管、高参数奥氏体火电锅炉管等,采用热挤压是必需的生产方法。目前,世界上有70多台(套)钢挤压机组,其中大多数用于生产优质管材。我国在20世纪70年代初,四川江油长城钢厂从原西德引进了一条31.5MN挤压机生产线,专门用于生产不锈钢及特殊合金管及棒材。21世纪初,浙江久立1.支承垫 2.模支承 3.模垫 4.挤压模 5.挤压筒内衬 6.穿孔集团从意大利的Danieli公司引进了一台35MN挤压机,成为针 7.挤压垫 8.挤压杆 9.针连接器 10.挤压筒中衬 11.挤压筒外了我国第一家专门用挤压机生产不锈钢管的民营企业。至今衬 12.坯料 13.玻璃垫 14.模套 15.制品已先后建成投产多条挤压机生产线,详见表1。图1 钢管的热挤压简图钢管的热挤压工艺流程坯料准备环形炉预热立式感应炉加热玻璃粉润滑立式压机冲(扩)孔除磷立式感应炉再加热玻璃粉润滑挤压切压余冷却王国颖(太原通泽重工有限公司,山西 太原 030032)随着玻璃润滑剂的出现,无缝钢管的热挤压技术得到了快速的发展。同时,无氧化加热和工模具使用寿命等问题也随着无缝钢管热挤压技术的发展得到了有效解决。近年来,我国先后引进和自主建设了多条热挤压无缝钢管生产线用于生产高端无缝钢管,使我国无缝钢管的热挤压技术水平得到了很大的提升。玻璃润滑剂;热挤压;无缝钢管;生产线TG376.2 摘要 关键词 中图分类号 文献标识码 A 文章编号 2095-无缝钢管的热挤压技术收稿日期 作者简介 王国颖(1984-),男,河南洛阳人,助理工程师,硕士在读,主要从事无缝钢管设备设计。2013-02-20 钢管的热挤压坯料可以是锻坯、轧坯、连铸坯、离心浇质量。通过不同颗粒度和配比的选择,使其有不同的性注坯等。长坯或短坯在加工车间经剥皮、锯断、钻深孔、车能,从而可用于不同的材料和不同的场合。近年来,北京钢2铁研究院、上钢五厂、北京玻璃研究院、本溪玻璃厂等单位削端面及倒角后进入挤压生产线。均对玻璃润滑剂做了深入研究,并取得了不错的成果。加工好的坯料进入环形加热炉加热前要先经过清洗机进2.3 工模具的使用寿命行脱脂处理,再进入环形炉加热。一般坯料在环形炉内加热由钢管的热挤压简图可以看出,工模具中与热坯料直接到900以内。但可根据工艺要求直接加热到钢的热挤压温度接触的有挤压垫、穿孔针、挤压模和挤压筒,其中挤压垫工(适用于不需扩孔的坯料直接挤压)。然后进入到立式感应作时处于受压状态,虽与热坯料直接接触,但之间没有相对加热炉加热到材料的热挤压温度。加热好的坯料在铺粉台架金属流动,挤压垫正常使用时不会大量削耗,一般每套系统上将外圆涂好玻璃粉后,由机械手将坯料放入冲(扩)孔筒配23个挤压垫循环使用。工模具的使用寿命通常指的是挤中,之后在坯料端部的“喇叭口”中加入玻璃粉后,在立式压筒、穿孔针和挤压模这些工作时与热金属接触,并与热金穿孔机上进行冲(扩)孔。经过冲(扩)孔后的空心坯料由属有相对流动的工具的使用寿命。于和模具接触而产生温降应进行补热即再加热,但坯料表面 众所周知,挤压筒为过盈热装配在一起的多层筒,在过的玻璃粉影响再加热时的温度检测,从而使加热温度出现偏盈量设计合理,加工尺寸符合图纸要求的前提下,使用前先差,所以一般在再加热前先进行除磷,以清除坯料表面的玻预热,定期清理内壁玻璃粉,并检查内壁划痕的情况下,一璃膜,再进行加热,而加热后的坯料经过内外表面涂玻璃粉般使用寿命在5 00010 000次以上。挤压模在挤压过程中与热后,由供锭器送入挤压机中心,进行挤压。挤压完成后由分金属的接触时间最长,使用寿命相对最短。为使挤压模使用离锯分离制品和压余。制品和工具需要进行相应的冷处理。寿命更长,一般要求在可能的条件下挤压速度更快,锯切分在整个挤压生产过程中,坯料的无氧化加热,润滑以及离的时间更短,来缩短热金属在挤压模内的停留时间,同时工模具的寿命是影响钢挤压技术的三个重要工艺难题。挤压模每次挤压后都应进行检查和处理,不仅能保证制品质2.1 坯料的无氧化加热量,也提高了挤压模寿命。穿孔针由于断面积小,在挤压时一般来讲,材料在加热时,最高温度应在其“液相线”以包裹在热金属内,温升快而造成力学性能下降,所以必须进下80150。为了控制材料的加热过程中不产生“过烧”现2行充分冷却。国外的钢挤压机设计时都设计了穿孔针的内冷象 应严格控制金属材料的加热温度,但加热温度又不能过低系统,但从使用效果看比较一般。对于小规格的穿孔针内冷而造成闷车。现代挤压工艺中一般采用环形炉预热+立式感应孔极大地缩减了穿孔针的强度,易造成退针时针的断裂,而炉加热的方法。一般认为900是钢的无氧化温度,在环形炉对大规格的穿孔针而言冷却速度又太慢。通泽公司在设计内加热到900以内,再由感应炉快速加热到材料的热挤压温36MN不锈钢挤压机时,考虑到产品对象中小规格产品居多,度。不仅提高了加热速度,使金属的烧损得以减少,提高了加所以未设计内冷系统,而是设计了一套专门的穿孔针冷却装热质量,而且感应加热的过程自动化控制以及加热控制模型的置对穿孔针在挤压完成后进行外冷,取得了不错的效果,使建立可有效保证坯料长度方向和直径方向的温度精度,是保证3穿孔针使用寿命由原来的1030次提高到100次以上,大大提挤压制品质量的关键。对于部分钢种,也可在感应加热时采用高了穿孔针的使用寿命。在保护气氛条件下加热,使金属不产生氧化。以上三个工艺难题的解决对钢挤压技术起到了决定性的2.2 润滑作用。润滑是钢挤压技术的关键工艺难题。玻璃粉润滑剂的发3 结语明对钢的挤压技术的发展有里程碑的意义。用玻璃粉作为钢现在的钢管热挤压技术随着生产中的不断摸索,已经取管热挤压的润滑剂有以下优点:玻璃粉在高温状态下呈熔得了长足进步。如常熟华新丽华特殊钢有限公司经过不断融状态附属在坯料表面,在挤压过程中,降低流动金属和工实验及摸索,已经成功生产了钛及钛合金、镍及镍合金、模具间的摩擦阻力,同时在制品表面形成均匀连续的玻璃特殊合金等上百种材质。随着节能减排要求的提出和能源膜,保护制品的表面质量。玻璃在高温下的导热系数较价格的不断上涨,高污染高能耗的落后产能必将遭到淘低,具有非常好的隔热性能,保证工模具在挤压过程中不会汰。高端无缝管企业应当抓住机遇使我国无缝钢管产业健过快升温从而保护工模具的使用寿命。玻璃粉的主要成分康发展。有SiO,Al O,Na O,K O,B O 等,具有稳定的化学性质,在2232223 与高温的坯料接触时,不与其产生化学反应,保证了制品的(下转第67页)现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informationization2013年5月总第48期May,2013Total of 48工程技术-60 -厂家机组产品规格现状设计长城钢厂31.5MN422191978年投产西德浙江久立35MN422192008年投产意大利Danieli宝钢集团63MN763252009年投产德国SMS太钢集团63MN763252010年投产德国SMS常熟华新36MN422192011年投产通泽重工新兴铸管63MN763252012年投产意大利Danieli北方工业360MN3501 1002009年投产清华大学河北宏润500MN3501 3202012年投产济南巨能基本事件Xi的结构重要度系数 定义为基本事件的危3.2 基于事故树的氯气贮槽泄漏定性分析5险割集总数 与2n-1个状态组合的比值,即:由于在本案例中相关基础数据的缺失,因此我只能对所建立的氯气贮藏泄漏事故进行相应的定性分析,得出导致系其中,统事故的全部故障情景和系统不发生事故的正常情景,即确定氯气贮槽泄漏的最小割集和最小径集。3.2.1 确定最小割集根据上式,求得事故树中各基本事件的结构重要度为:最小割集是指不包含其他割集的最小集合,每个最小割I(8)=0.083333333333;集都是顶上事件发生的一种可能渠道。通过分析最小割集即I(2)=0.041666666667;可以反映出顶事件即事故发生的可能性大小。最小割集本身I(X1)=0.125;数目越多,相应的顶事件发生的可能性就越大。最小割集中I(X13)=0.083333333333;包含的基本事件越少,事故发生的可能性也越大。此外,通I(X10)=0.083333333333;过分析事故树的最小割集,可以为降低系统危险性提供预防I(X12)=0.083333333333;3措施,从而采取有效措施来降低事故发生的概率。I(X11)=0.083333333333;最小割集的计算方法有布尔代数法和行列法两种。本文I(X6)=0.041666666667;采用布尔代数法确定该事故树的最小割集。计算得该事故的I(X3)=0.083333333333;最小割集共有12个,分别为:I(X5)=0.041666666667;X8,X2,X1,X13,X10,X12,X11,XI(X14)=0.041666666667;6,X1,X3,X5,X14,X4,X9,X7,X1I(X4)=0.083333333333;虽然该顶事件的最小割集数量并不多,但由于多数最小I(X9)=0.083333333333;割集中基本事件的个数为1个,这表示一个基本事件发生就I(X7)=0.041666666667;会导致顶事件的发生。因此,必须对单基本事件最小割集予结构重要度顺序为:I(X1)I(X8)=I(X13)=I(X10)=I(X12)=以足够重视,以防止液氯泄漏的发生。I(X11)=I(X3)=I(X4)=I(X9)I(X5)=I(X14)=I(X6)=I(X2)=I(X7)3.2.2 确定最小径集从结构重要度分析可以知道,“人员未对阀瓣泄漏进行与最小割集相反,最小径集是保证顶事件即事故不发生检查”对顶事件影响最大,“焊接质量低”、“环境温度过的充分必要条件。最小径集越多,表示顶事件发生的可能性高”、“自然力作用”、“隔膜破裂”、“施工破坏”、越小,系统越安全。此外,还可以根据每个最小最小径集所“充装过量”、“液氯含水腐蚀”、“加工不良”对顶事件包含的基本事件的个数、技术上实现的难易程度、耗费的时的影响相同,其影响均小于“人员未对阀瓣泄漏进行检查”4间和投入的资金等,来选择最佳的保证安全的方案。对顶事件的影响。“设定压力错误”、“制造质量差”、在求最小径集时,通常有对偶树法、布尔代数法和行列“阀体制造缺陷”、“操作失误”、“阀门故障”对顶事件法。本文采用对偶树法来确定最小径集。使用对偶树法计算的影响相同,这些基本事件对顶事件影响最小。最小径集的方法为首先将事故树变换成对偶的成功树,然后4 基于事故树的液氯泄漏事故预防措施求解成功树的最小割集,也即所求事故树的最小径集。根据以上分析,应从以下几方面来预防液氯泄漏事故的按照上述方法求得的最小径集为:X8,X2,X13,X10,发生:X12,X11,X9,X6,X3,X5,X4,X7、X8,X2,X13,X10,一是加强操作人员的安全常识和技能培训,防止诸如设X9,X6,X3,X14,X4,X12,X11,X7、X8,X1,X13,X10,定压力错误等误操作、违规操作的发生。X9,X3,X14,X4,X12,X11。二是选用质量合格的安全阀体及附件,并进行定期检3.2.3 计算基本事件的结构重要度查,杜绝因阀体质量问题引起的液氯泄漏事故;基本事件的结构重要度是指仅从事故树的结构上研究各三是禁止充装过量,充装后需要相关人员复检液位计和基本事件对顶事件的影响程度。通过基本事件的结构重要度压力表,发现过量立即处理。系数、基本事件割集重要度系数来判定其影响大小,从而明四是严格控制液氯的含水量使其在工艺允许的范围内,确最容易导致顶事件发生的基本事件,以便按照重要程度来避免由于氯气含水量超标造成对罐体的腐蚀。采取有效措施,控制事故发生。Analysis of the Most Unfavorable Point of Chlorine Leak by the Fault Tree(Wuhu Fire 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through hot extrude seamless pipe technology.Key words glass lubricant;hot extrude;product lineWANG Guo-ying参考文献津:中国金属学会轧钢学会钢管学术委员会,2008:36-51.1魏军.金属挤压机M.北京:化学工业出版社,2006.3范玉仙.钢挤压机穿孔针冷却装置的研制J.机械管理开发,2012(4):2邹子和.不锈钢的热挤压A.钢管学会五届四次年会论文集.天109-110.
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