國外鋼管生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展及給我們的啟示
1 發(fā)展概況
近10余年來，鋼管生產(chǎn)技術(shù)迅猛發(fā)展，特別是無縫鋼管生產(chǎn)技術(shù)日新月異，為了提高產(chǎn)品尺寸精度，擴(kuò)大品種，改善產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量，降低能耗和成本，研制出許多新工藝、新設(shè)備，并應(yīng)用于生產(chǎn)。
1,1 新工藝
①以連鑄圓(方)坯為原料，直接生產(chǎn)無縫鋼管。
德國、日本、美國、法國各主要無縫鋼管生產(chǎn)廠家?guī)缀?00% 以連鑄鋼坯為原料。據(jù)1983~1984年資料介紹，日本住友以連鑄坯為原料，鋼管成本每噸可降低4000日元; 美鋼聯(lián)認(rèn)為成本每噸可降低50~60美元，廢品率可減少2/3。
②穿孔后毛管均壁工藝。
在PPM (推軋穿孔機(jī))之后采用二輻斜軋延伸機(jī)，在斜軋穿孔機(jī)后采用三輯延伸機(jī)。前者可糾正毛管壁厚偏差的70%，后者可糾正50%。由于在生產(chǎn)中采用均壁工藝，因此,可使成品鋼管的壁厚偏差≤±5% 。
③毛管定(減)徑工藝。
將穿孔后的長毛管予以定徑可消除毛管前后端的直徑差異，從而改善軋管機(jī)的操作。可以用1種直徑的管坯生產(chǎn)2~3種直徑的毛管，這樣可減少坯料規(guī)格，有利于連鑄坯的生產(chǎn)。
④直接熱處理。
在無縫鋼管定徑之后采用在線直接淬火，已成功地生產(chǎn)出N80和P110油井管。與一般熱處理方法相比，成本約可降低25%. 川崎知多廣的Φ400mm 自動(dòng)軋管廠和日本鋼管京泯廠的Φ244.5mm連軋管廠, 都采用了這種技術(shù)。
⑤以寬板為原料生產(chǎn)大直徑螺旋焊管的Stel-form工藝。
先將寬板在成型作業(yè)線外進(jìn)行無損探傷并對(duì)四邊進(jìn)行加工，保證鋼板兩邊與兩端垂直并沒有鐮刀彎，刨出坡口。將幾塊鋼板對(duì)焊成長約40~50 m 的帶鋼，然后長帶鋼被橫移到成型線上并與前一條帶鋼焊接，以保證連續(xù)生產(chǎn)。成型機(jī)上設(shè)有螺旋焊縫間隙自動(dòng)控制裝置，以保證焊縫質(zhì)量。鋼板通過控制軋制和熱處理可獲得高強(qiáng)度和低溫韌性，從而提高了焊管的機(jī)械性能。
⑥大直徑直縫焊管冷擴(kuò)徑工藝。
為了消除大直徑直縫焊管在成型過程中殘留的應(yīng)力，改善鋼管尺寸精度，在大直徑焊管生產(chǎn)中采用了冷擴(kuò)徑工藝，可將鋼管直徑擴(kuò)大1% ，使機(jī)械性能提高。過去采用的液壓擴(kuò)徑機(jī)已由操作方便的機(jī)械擴(kuò)徑機(jī)所取代。
⑦電焊管內(nèi)毛刺清除。
在美國標(biāo)準(zhǔn)中要求去除焊縫內(nèi)毛刺; 原蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)中也規(guī)定，用戶有權(quán)要求注Φ33mm 的電焊管應(yīng)去除或壓平內(nèi)毛刺。因?yàn)槿コ齼?nèi)毛剌可提高鋼管的使用效率。
⑧自動(dòng)檢測與無損探傷技術(shù)。
鋼管生產(chǎn)中在線檢測和無損探傷已達(dá)到完全實(shí)用的階段。現(xiàn)代化的連軋管車間采用計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)檢測到的軋件直徑、長度、厚度、溫度及工具情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)每臺(tái)軋機(jī)進(jìn)行再設(shè)定，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，軋管機(jī)上采用了AGC 。
鋼管無損探傷設(shè)備已由多種探傷技術(shù)組成高精度和高效率探傷系統(tǒng)。高精度系統(tǒng)由超聲波、復(fù)合磁場、內(nèi)表面渦流和管端電磁4 種技術(shù)組成。高效率系統(tǒng)由復(fù)合磁場、超聲波探傷和超聲波測厚3 種技術(shù)組成。
⑨油井管螺紋自動(dòng)檢測技術(shù)。
日本鋼管公司京泯廠Φ244.5mm連軋管車間，把油井管加工線和熱軋生產(chǎn)線直接聯(lián)接，并實(shí)行自動(dòng)控制。油井管螺紋用光學(xué)黑皮檢查儀和螺紋尺寸檢查機(jī)械于聯(lián)合進(jìn)行檢查。
⑩ DOM鋼管生產(chǎn)工藝。
DOM鋼管是一種用作機(jī)械零件原料的冷撥電焊鋼管。由于電焊鋼管壁厚偏差很小，冷拔后可減少機(jī)械切削加工，并提高其同心度。美國的DOM鋼管最大直徑已達(dá)Φ406 mm，最長18.3m ，最重達(dá)2318kg ，拉撥機(jī)拉力最大已達(dá)4.55MN 。
1.2 新裝備與新設(shè)備
①推軋穿孔機(jī)(PPM)。
1977年，PPM首先應(yīng)用于日本新日鐵八幡廠的Φ400mm 自動(dòng)軋管車間; 1978 年又在意大利達(dá)爾明公司的連軋管車間得到應(yīng)用P 此后美國、蘇聯(lián)等國也應(yīng)用了PPM 。這種穿孔機(jī)用于將方鋼坯一次穿軋成中空?qǐng)A坯，可穿孔各種碳鋼、低合金鋼及13%Cr鋼和9%CrMo鋼。中空坯壁厚偏差可＜±15% ，平均為±8% ，所制的鋼管成品壁厚偏差可≤±5% 。中空坯長度與內(nèi)徑之比可達(dá)35~40 。小時(shí)產(chǎn)量為100~180根，最大坯重已達(dá)4.8T。
②錐形輯斜軋穿孔機(jī)。
這種穿孔機(jī)已在蘇聯(lián)、德國、日本、南非投入生產(chǎn)，我國也正在建設(shè)這種設(shè)備。這種穿孔機(jī)的軋輻為錐形，除配置有喂入角外，還配置輾軋角(Toe angle) 。己投入生產(chǎn)的穿孔機(jī)輾軋角有10°、15° 、17° 和27.6° 等幾種。由于有輾軋角，穿孔時(shí)曼內(nèi)斯曼效應(yīng)受到限制，金屬的周向剪切應(yīng)變和表面扭曲造成的應(yīng)變可降至最小，從而可穿制各種鋼并有良好的內(nèi)外表面質(zhì)量。這種穿孔機(jī)的延伸系數(shù)可達(dá)6 ，擴(kuò)徑量可達(dá)40% ，毛管的D/S值可達(dá)30 。如采用大導(dǎo)盤作導(dǎo)衛(wèi)，穿孔效率可達(dá)110% ，穿孔速度可達(dá)1.5m/s 。
③限動(dòng)連軋管機(jī)(MPM) 。
它是70 年代開發(fā)的新型連軋管機(jī)， 80年代建成9套。軋管時(shí)芯棒運(yùn)動(dòng)受限以恒定速度前進(jìn)，避免了全浮芯棒連軋仔時(shí)鋼管出現(xiàn)的"鼓肚"缺陷。可生產(chǎn)中、大口徑的無縫鋼管，壁厚偏差＜±8%。1989 年蘇聯(lián)建成最大規(guī)格的MPM軋機(jī)，產(chǎn)品最大直徑為425.4mm 。日本、法國還有半浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)投入生產(chǎn)。當(dāng)限動(dòng)芯棒軋制接近終了時(shí)，芯棒與限動(dòng)裝置脫離，隨同鋼管軋出，這樣可提高生產(chǎn)率。這種操作法適用于小規(guī)格連軋管機(jī)。
④步進(jìn)式管坯加熱爐。
步進(jìn)式加熱爐的加熱質(zhì)量優(yōu)于環(huán)形爐，在材料和機(jī)拍可解決的情況下，己被應(yīng)用于無縫鋼管生產(chǎn)。步進(jìn)爐加熱均勻，有利于改善壁厚不均F 而且它比環(huán)形爐更易操作。美國、日本、蘇聯(lián)等國的新建無輯鋼管車間已有幾家采用了這種爐子。
⑤電焊管排輻戚型機(jī)。
排輻成型是電焊管生產(chǎn)較好的成型方法，具有成型后帶鋼邊部平整、因元變形而使對(duì)縫可靠、可保證焊接質(zhì)量、預(yù)成型輯通用性大、排輯不必因產(chǎn)品規(guī)格變動(dòng)而更換、作業(yè)率高等優(yōu)點(diǎn)，適用于大、中口徑電焊管車間。在一些小規(guī)格的車間里已部分地采用了這種技術(shù)。
⑥電焊管焊接溫度自動(dòng)控制和擠壓輻擠壓力自動(dòng)控制。
溫度自動(dòng)控制是根據(jù)檢測到的焊縫溫度調(diào)節(jié)焊接機(jī)的輸出功率。溫度控制和擠壓輯擠壓力控制相配合，使焊縫質(zhì)量和鋼管外徑偏差達(dá)到最佳效果。
⑦帶鋼螺旋活套。
活套型式有多種，但唯有螺旋式活套較好，其結(jié)構(gòu)緊湊、存儲(chǔ)量大、運(yùn)行可靠且不會(huì)刮傷帶鋼，因此得到推廣。中小規(guī)格的焊管機(jī)可用立式，大規(guī)格的焊管機(jī)可用臥式。
⑧在線快速鋼管切斷設(shè)備。
它是采用計(jì)算扎、直流電機(jī)控制系統(tǒng)與相應(yīng)的液壓、氣功隨動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合的控制系統(tǒng)，可使切斷偏差≤±8mm 。可切取試樣、切除帶鋼對(duì)焊區(qū)、動(dòng)態(tài)調(diào)整鋼管切斷長度及實(shí)現(xiàn)最佳定尺切斷等。
⑨ UOE大直徑直縫焊管設(shè)備。
70年代國外建了9套，最大壓力機(jī)能力為600MN ，最大鋼管直徑為1628 mm ，最大壁厚為38.1mm 。這種制管設(shè)備應(yīng)伴隨寬板軋機(jī)而存在，以便獲得優(yōu)質(zhì)高機(jī)械性能的原料。
⑩少機(jī)架限功連軋管機(jī)(Mini-MPM) 。
最近國外提出的限動(dòng)連軋管機(jī)機(jī)型，由4~5個(gè)機(jī)架組成，采用錐形輯穿孔機(jī)可達(dá)到較大的延伸系數(shù)，以減少連軋管機(jī)的變形量。它與80年代初法國瓦盧勒克公司提出的Neuvall R有相似之處，這種機(jī)型雖未付諸實(shí)踐，但不會(huì)有什么技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
?混合傳動(dòng)的張力減徑機(jī)。
1臺(tái)張力減徑機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)由2種獨(dú)立的傳動(dòng)系統(tǒng)組成。處于入口側(cè)的一些機(jī)架由雙電機(jī)差動(dòng)詞速傳動(dòng)p 處于出口側(cè)的一些機(jī)架由直流電機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)，這樣可兼有2 種傳功系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，目前尚未有樣機(jī)投產(chǎn)。
2 對(duì)發(fā)展我國鋼管生產(chǎn)技術(shù)的建議
近幾年國外發(fā)展的鋼管生產(chǎn)技術(shù)，有的我國已引進(jìn);有的在開發(fā)。為使我國的鋼管產(chǎn)品在品種、質(zhì)量上滿足各行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的需要，在市場上有競爭力，很有必要把我國裝備水平提高一步，用新工藝、新設(shè)備改造舊軋機(jī)和建設(shè)國際上第1流的新軋機(jī)。
①國外中小型自動(dòng)軋管機(jī)組有逐漸淘汰的動(dòng)向，對(duì)大型軋機(jī)則予以改造。
鑒于我國的特殊情況，大型軋機(jī)可在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，用單孔型軋管機(jī)取代多孔型軋管機(jī)，強(qiáng)化均整機(jī)的能力，增加必要的檢測手段。對(duì)Φ140mm 自動(dòng)軋管機(jī)必須采用合適的機(jī)型于以改造，使其產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平。對(duì)于眾多的Φ76mm和Φ100mm 機(jī)組，由于其工藝、設(shè)備落后，除個(gè)別有原料條件的車間可改造成以生產(chǎn)小直徑普通鋼管為主的車間并適當(dāng)擴(kuò)大其規(guī)模外，也可將個(gè)別車間轉(zhuǎn)產(chǎn)高、精、尖、細(xì)的高檔次冷拔管，不再生產(chǎn)冷拔普通品種。需要量大的重要品種應(yīng)放在現(xiàn)代化的車間生產(chǎn)。
②中型皮爾格軋管機(jī)可用少機(jī)架限動(dòng)連軋管機(jī)予以改造，規(guī)模約 30×104 t左右，以生產(chǎn)小直徑熱軋無縫鋼管，既可使成都鋼管廠的產(chǎn)品在規(guī)格上配套，也可填補(bǔ)減產(chǎn)冷拔普通管后出現(xiàn)的空白。大型皮爾格軋管機(jī)可考慮把軋管機(jī)產(chǎn)品規(guī)格增大，補(bǔ)充一些在線熱處理和檢測設(shè)備，以生產(chǎn)大、中直徑中厚壁鋼管。
③Φ140 mm連軋管機(jī)建設(shè)于元縫鋼管生產(chǎn)技術(shù)急劇變化的80年代初期，裝備和工藝水平高于其它無縫鋼管軋機(jī)，但與國際先進(jìn)水平相比，仍有差距，而且以軋坯為原料。應(yīng)研究將全浮芯棒改為限動(dòng)芯棒的可能性，如可行，則予以改造，以提高產(chǎn)品質(zhì)量檔次; 如不可行，則完善或改造軋管機(jī)和張減機(jī)的速度控制系統(tǒng)，按原設(shè)計(jì)產(chǎn)品方案生產(chǎn)，使產(chǎn)品尺寸精度和成材率有所提高。
④在≥Φ101.60 mm的電阻焊管機(jī)中，裝備水平較高的應(yīng)增設(shè)熱處理設(shè)備和探傷設(shè)備，由國家供應(yīng)符合品種要求的帶鋼，推動(dòng)其生產(chǎn)高檔次產(chǎn)品。大多數(shù)小機(jī)組仍以生產(chǎn)水煤氣管為主，但應(yīng)配備一定的熱鍍伴設(shè)備，并要保證熱鍍錚鋼管的質(zhì)量。
⑤要使鋼管的質(zhì)量在市場上有競爭力，達(dá)到國外主要鋼管生產(chǎn)廠家的實(shí)物質(zhì)量水平，除有先進(jìn)的工藝和優(yōu)良的裝備外，還必須有優(yōu)質(zhì)原料及優(yōu)等的操作水平和管理水平。要研制符合各種品種需要的鋼種。鋼管軋機(jī)應(yīng)有自己固定的原料基地。調(diào)坯軋材無益于品種、質(zhì)量與效益。鋼管生產(chǎn)應(yīng)專業(yè)化、集中化、小型化、分散化的結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)品種的開發(fā)、質(zhì)量的提高、效益的增長和技術(shù)的進(jìn)步。
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