高压气瓶管的研制与开发

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1、高 压 气 瓶 管 的 研 制 与 开 发严 泽 生(天津钢管公司 )摘 要 由 于 解 决 了 无 缝 钢 管 制 瓶 瓶 底 收 口 的 关 键 问 题 , 用 薄 壁 无 缝 钢 管 制 造 高 压 气 瓶 管 工 艺 得 到 了 较 快的发展 。 本文就高压气瓶用无缝钢管的生产工艺设计 、 产品工艺要点及生产过程中的质量要点等进行了详细 的论述 , 并对产品的市场发展 、 几何尺寸精度进行了合理的分析评估 。关键词 高压气瓶 无缝钢管 轧制 RESEA RCH A ND D EVELO PM ENT O F H IGH PRESSUREGA S BO TTL E TUBEYA N Ze

2、 sh en g(T ian jin P ip e Co rpo ra t io n )A BSTRACT W ith th e so lv in g o f k ey tech n ica l p ro b lem co n ce rn in g th e c lo sin g2up o f ga s bo t t le bo t tom m ade f rom seam le ss tu b e, so th e p ro ce ss o f u sin g seam le ss tu b e to p ro du ce h igh p re ssu re ga s bo t t le h

3、 a s b een deve lop ed rap id ly1T h is p ap e r g ive s de ta il d iscu ssio n o n th e tu b e p ro du c t io n p ro ce ss in c lu d in g de sign , p ro du c t io n p ro ce ss k ey po in t an d qu a lity co n t ro l po in t du r in g p ro du c t io n p e r io d, an d g ive s rea so n ab le a sse ss

4、m en t o n th e m a rk e t deve lopm en t o f p ro du c t an d geom e t r ica l d im en sio n 1KEY W O RD S h igh p re ssu re ga s bo t t le, seam le ss tu b e, ro ll1 前言高 压 气 瓶 按 制 造 工 艺 可 分 为 两 类 : 坯 制 瓶 和 管 制瓶 。 由于管制瓶的瓶底的收口质量问题使管制瓶 的发展受到了限制 。 气瓶的传统生产工艺以坯制瓶 为 主 , 其 生 产 工 艺 是 用 方 坯 进 行 加 热 , 经 冲 压

5、、 拉 伸 工艺制成 。 成材率 低 , 生产效率也不高 。 近年来, 由 于 解 决 了 用 无 缝 管 制 瓶 瓶 底 收 口 的 关 键 技 术, 用 薄 壁 无 缝 管 制 造 高 压 气 瓶 管 工 艺 得 到 了 较 快 的 发 展 。 管 制 瓶 具 有 内 外 表 面 质 量 好 、 壁 厚 均 匀 、 重 量 轻 、 生 产率和成材率高 、 成本低等优点, 深受用户欢迎 。 现 在东南亚 、 日 、 韩 、 欧美等一些国家, 管制瓶已占较大 比例 。我国生产高压气瓶管的企业主要集中在天津钢 管公司和宝钢钢管分公司 。 天津钢管公司主要生产140 mm 以 上 规 格 的 高

6、压 气 瓶 管, 而 宝 钢 则 生 产140 mm 以下规格 。2 产品规格与技术条件因为目前还没有较为完整的高压气瓶管国家标准, 所 以 天 津 钢 管 公 司 在 生 产 过 程 中 执 行 与 用 户 达成的高压气瓶管新产品开发技术协议 。 主要规格及主要技术指标见表 1。表 1 主要规格及技术指标T ab le 1 M a in sp ec if ica t io n an d tech n ica l da ta 规 格 mm外 径 公 差 %壁 厚 公 差 %弯 曲 度 - 1mm m165105111781051018910515219106152291071523210613

7、2291061326710710+ 1215, -+ 1010, -+ 1010, -+ 1215, -+ 1215, -+ 1010, -+ 1010, -+ 1215, -121512151215101010101215121510101151151151151151151151151111111127310812 1 + 1215, - 1010 115 联 系 人 : 严 泽 生, 高 级 工 程 师 , 天 津 ( 300301) 天 津 钢 管 公 司 质 保 部24 1999 年第 1 期41211 气瓶管生产工艺流程用 意 大 利 引 进 的 250 mm另外, 对力学性能 、

8、 非金属夹杂物及探伤都提出了比较严格的要求 。3 管坯生产炼钢采用的工艺流程 : 150 t 超 高 功 率 电 炉炉 外精炼真空处理四流管坯连铸 。 通过该工艺流程 生 产 的 管 坯 , 其 钢 质 优 良 , 实 测 P、 S 及 “五 害 ”含 量 较 低 , 经 真 空 脱 气 处 理 后 , 钢 中 的 气 体 含 量 见 表2, 硫印检验结果见表 3。限 动 芯 棒 连 轧 管 机组 生 产 高 压 气 瓶 管 的 工 艺 流 程 如 下 : 管 坯管 坯 锯切管 坯 加 热热 定 心穿 孔 M PM 连 轧脱 管定 径冷 却管 排 锯 锯 切矫 直 N D T 无 损 探 伤人

9、工检验 (取样 ) 成品入库 。41212 产品工艺控制要点(1) 管坯 加 热 气 瓶 管 轧 制 负 荷 较 高 , 为 降 低 连 轧 机 轧 制 负 荷 , 管 坯 加 热 时 取 管 坯 加 热 温 度 的 上 限, 管坯出炉温度为1 280 1 290 。(2) 管 坯 穿 孔 穿 孔 机 组 配 备 的 新 型 狄 舍 尔 穿 孔机采用主动大导盘 、 轧辊垂直方向可调 、 穿孔顶杆预旋转等新技术, 穿孔速度可达 1 m s。 由于轧制气 瓶用毛管为穿孔最薄的毛管, 要求毛管外径 、 壁厚公差在允许范围内 。(3) 连 轧 连 轧 机 是 气 瓶 管 最 重 要 的 成 型 机 组

10、, 由 于 限 动 芯 棒 连 轧 管 具 有 较 高 的 壁 厚 精 度 和 内 外表面质量, 因此连轧后管子壁厚及精度基本确定 。 由于外方设计中没有本公 司 采 用 的 34M n 2V 、 37M n 等 气 瓶 用 钢 种 , 根 据 外 方 数 模 中 对 四 类 钢 种 成 分 的 划定, 选择气瓶管钢种为二类钢种, 并输入数模钢种 表格中 。 实际生产控制中, 着重对连轧壁厚的设 定 、 连 轧 压 下 和 速 度 制 度 的 调 整 进 行 控 制, 确 保 在 最 佳 条件下轧制 。 几种规格气瓶管的连轧壁厚设定值如 下 : 219 mm 615 mm 规格设定值为 614

11、 mm , 219 mm 715 mm 规 格 设 定 值 为 710 mm , 267 mm 7 mm 规格设定值为 616 mm 1。(4) 钢 管 定 径 高 压 气 瓶 管 规 格 如 果 和 产 品 大 纲 中 的 规 格 接 近 或 相 符 , 轧 制 设 定 可 直 接 输 入 设 定参 数 提 取 轧 制 表 并 指 导 实 际 操 作, 如 229 mm 615 mm 气瓶管的 轧 制 即 如 此 。 如 果 是 新 的 产 品 规 格, 则不能进行轧制设定 , 需要解决的关键问题是定径机的孔型设计 。 针对这一技术问题 , 进行了科研攻 关 。 由于新型三辊定径机孔型为国外

12、引进技术, 技术 要 点 外 方 没 有 提 供, 在 消 化 引 进 的 基 础 上 根 据 国 内10- 610- 6表 2 真空脱气后钢中气体含量T ab le 2 Ga s co n ten t af te r dega s炉 号 N O H93171593171671115263321503135表 3 硫印检测结果T ab le 3 Su lp h u r p r in t te st re su lt s炉 号 流 号 皮 下 裂 纹 中 部 裂 纹 心 部 裂 纹 洁 净 度110110110110110110931715 104302104000000931716307 0

13、0 115 110 冶炼结果表明, 铸坯表面质量 、 外形尺寸及宏观检测均符合有关要求 , 属无缺陷甲级铸坯 。4 气瓶管的工艺设计411 气瓶管的轧制工艺特点 为 提 高 气 瓶 管 的 运 输 能 力, 气 瓶 管 用 户 对 气 瓶提 出 了 严 格 的 要 求, 可 以 说 降 低 容 重 比 是 提 高 高 压 气 瓶 质 量 的 关 键 , 这 就 要 求 制 造 气 瓶 的 管 子 在 保 证质 量的前提下尽量提高径壁比 。 要求径壁比达到 D t= 40 左 右 。 从 轧 制 工 艺 而 言 , 提 高 径 壁 比 、 轧 制 薄壁管具有以下工艺难点 :(1) 由于壁 薄 ,

14、 连轧机组 的 变 形 量 较 大, 延 伸 系 数在 410 510 之间 ;(2) 轧制 负 荷 高, 轧 制 规 格 达 到 或 接 近 产 品 设 计的极限 , 轧制力接近最高允许值 ;( 3) 壁 厚 精 度 难 于 控 制 。 一 般 , 由 温 度 波 动 、 调 整 、 机 架 弹 跳 等 因 素 影 响 的 壁 厚 误 差 绝 对 值 对 薄 壁管 和厚壁管而言差别不大 。 例如 , 轧制 173 mm 6 mm 、 22518 mm 10 mm 两 种 规 格 的 钢 管 , 连 轧 热测壁厚绝对值误差分别为 0137 mm 和 0139 mm 。 而 其 相对误差分别为

15、6144 % 和 3190 % , 相差近一倍 ;(4) 工具消耗 高 。412 产品工艺设计的 生 产 实 际 经 验, 在 219 mm 715 mm 气 瓶 管 的开 发 试 制 中, 首 次 对 德 国 设 计 的 定 径 机 291 孔 型 进行 了 修 改 设 计, 成 功 地 轧 制 了 229 mm 715 mm 的 高 压 气 瓶 管 。 根 据 229 mm 715 mm 孔 型 设 计 的 经 验, 实 际 生 产 中 又 陆 续 开 发 了 267 mm 7mm , 165 mm 615 mm 新 的 定 径 机 孔 型, 其 中267 mm 7 mm 规格已轧制多批气

16、瓶管, 并受到用户的好评 。413 新规格的定径孔型设计钢 铁 25外方提供设计的定径 291 孔型最小可轧外径为232 mm 的钢管 , 外径为 229 mm 的钢管超出了 原 设计的范 围, 且 原 外 径 232 mm 中 无 薄 壁 规 格 。 在 孔 型 设 计 中 本 着 尽 量 利 用 原 设 计 , 又 满 足 新 规 格 设 计的要求 , 对总共 14 架定径机孔型的后 7 架进行了 修改设计 。 设计结果如表 4 所示 。表 4 229 mm 715 mm 定径孔型设计T ab le 4 P a ss de sign w ith 229 mm 715 mm划 伤 : 管 子