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钢的化学成分是确保钢管性能的基础条件,在冶炼过程中化学成分分析的准确性是冶炼优质钢的必要条件。一般情况下,主要分析的化学元素包括C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni、Cu、Al、W、V、Ti、As、Sn、B、Nb等的成分。
(1)化学分析:以物质的化学反应为基础的分析方法。
(2)仪器分析:以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法。
(3)误差:指分析结果与真实值之间的差值。按其性质分可分为随机误差、系统误差和过失误差。
(4)随机误差:又称偶然误差。是由于在测定过程中一系列的有关因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差,它决定了测定结果的精密度。
(5)系统误差:是指在一定试验条件下由某个或某些因素按照某一确定的规律起作用而形成的误差,在每次测定中会重复出现,使测定的结果经常偏高或偏低,它决定了测定结果的准确度。其主要来源有方法误差、仪器误差、操作误差和试剂误差。
(6)过失误差:是指一种显然与事实不符的误差,没有一定的规律。不管造成过失误差的具体原因如何,在分析测试过程中,只要确知存在过失误差,就必须将含有过失误差的测定值作为异常值,从一组测定数据中舍去。
(7)化学分析允许差:在实际分析工作中,按标准或主管部门根据生产和科学技术发展的要求,同时考虑到分析技术所能达到的水平,而拟定某元素在何种含量范围内可以允许的误差值。这个允许误差范围,习惯上称为“公差”,执行GB/T 222标准。化学分析方法中所规定的允许差,是衡量分析结果的质量标准。
内直筋钢管是指钢管的内表面沿圆周带有均布的直筋,这种钢管主要用于制作散热器,如大型变压器的散热器。用带有直筋的钢管制作的散热器具有散热能力强、重量轻,加工制作工时少等优点。其生产主要采用冷拔法,用固定模冷拔,也可用辊式模冷拔。金属在内外模和拔制力作用下,凸筋进入减壁段后立即被充填到一定高度。由于不均变形而产生的附加拉缩变形,可使凸筋高度保持稳定。内螺旋凸筋管是指钢管内表面带有螺旋凸筋,这种异型管传热效率高,使用可靠,被广泛用于高压锅炉的水冷壁。内螺旋凸筋管的成型方法有机加工成型法、焊接+机加工成型法和冷拔成型法。相比之下,冷拔成型法的生产效率高,成本低,经济效益好,是目前生产内螺旋凸筋管的一种主要方法。冷拔成型法是在冷拔过程中使芯头作螺旋运动,从而在圆管内表面形成内螺旋凸筋。其外模为固定式,内模采用短芯头。
我国在20世纪90年代初展开了对内凸筋管方面的研究与试生产。东北工学院在这两种形式的内凸筋管的理论分析、工具制作、试验研究上已取得如下一系列成果。
冷拔内直筋散热器钢管的难点,是在拔制过程中凸筋高度充填的同时伴随着凸筋被拉缩。他们通过试验,分析了筋底壁厚压下率(ε%)、壁径比(δ0/D0)、齿高比(k)及摩擦条件诸因素对凸筋高度充填和凸筋拉缩的影响及它们之间的关系。从工模具设计角度,侧重探讨模具形状对内直筋管冷拔成型的影响。在模具设计的基础上提出了模具的形状参数,根据实验结果,确定了合理的形状参数值,从而为模具设计提供了重要依据。他们先后对固定模拔制内直筋管和辊模拔制内凸筋管,用工程推导法推导出了冷拔内直筋管拔制力计算方法的理论公式,并进行了实验验证。固定拉模的理论计算值与实测值的相对误差小于15%。辊模拔制内直筋管拔制力的计算值约为固定模所需拔制力实测值的1/3,约为固定模计算值的2/5,这有利于得到凸筋更高的内直筋管。
冷拔内螺旋凸筋管的生产难点是在拔制过程中内螺旋凸筋拉缩。通过实验,分析工艺因素(筋底壁厚压下率、壁径比、壁厚不均度和齿高比)对凸筋拉缩的影响,得出了凸筋拉缩的理论计算式,用该计算式可较准确地选择拔制管料。
在设计冷拔内螺旋凸筋管的模具时,需慎重考虑芯头的螺旋升角,如果选择过大,会导致芯头停止旋转,即芯头旋转自锁现象。利用螺旋副模型推导出了内螺旋凸筋管成形时螺旋升角的临界值为39°~55°,此值与实验结果相吻合。芯头凸筋轴向侧壁角越小,越有利于螺旋凸筋的成形,同时螺旋升角的临界值随摩擦因数的变化而变化,摩擦因数越小也越有利于螺旋凸筋的成形,因此,在内螺旋凸筋管的拔制过程中须保持良好的润滑条件。此结论为内螺旋凸筋管的模具设计提供了重要依据。
通过分析冷拔内螺旋凸筋管内芯头的形式,得出了适合批量生产的内芯头形式是圆柱形螺旋直线内芯头。实验表明,用圆柱形螺旋直线内芯头可生产出符合设计要求的内螺旋凸筋管,并且内芯头的制造成本低,使用寿命长。
步进式加热炉与一般连续式加热炉的区别在于其炉底由活动梁和固定梁组成。管坯在炉内的移动是依靠活动梁作周期性的上升(将管坯托起),前进(将管坯向前送一段距离),下降(将管坯放置在固定梁上)和后退(活动梁复位,准备下一个工作循环)动作来实现的。活动梁每动作1次可从出钢口送出1根管坯。
步进式炉的优点与环形加热炉大致相同,其加热的均匀性比环形炉还好。但由于步进式炉的机械设备复杂,部分活动梁及固定梁的部件长期处于高温下工作,必须采用贵重的高温耐热材料制造,因此多用于钢管的再加热,以及年产量不大的轧管机组改造时用以取代斜底式连续加热炉。
无芯棒单模拔管由于变形分布不均,拔制后管子会产生爆裂现象。无芯棒双模拔管,采用反张力拔制原理,即拔制时个模子的拔制力对第二个模内的金属形成反向拉力,因此在第二个模内的轴向拉应力增大,径向压应力减小,从而改善了变形分布不均,使有害的残余应力得以消减,使壁厚得到进一步控制。双模拔管早已应用于长芯棒、短芯棒、浮动芯棒和无芯棒等各种拔管方式之中。它强化了冷拔工艺,改善了产品质量,降低了成本。但长期以来对双模拔制的工艺理论分析缺乏,使双模拔制的优点没有充分发挥出来,影响了它的应用。为此,1984年 对双模拔制进行了生产实验和技术性探讨,通过实验研究了双模拔管对管子壁厚的影响;双模对管子变形不均匀性的影响;双模对拔制力和电耗的影响;双模拔制时的新型组合外模。通过实验说明无芯棒双模拔制与单模比较,有以下优点:加大了道次变形量,生产率提高约70%;降低了钢管变形的不均匀性,提高了金属的塑性,降低了残余应力,减小了钢管的弯曲度;所需变形功小,可节约电耗10%~15%;拔后管壁不增厚,减少了管头损耗。1992年利用无芯棒双模拔制不锈钢管,分析了变形区的应力状态,测定了单模、双模拔制的不锈钢管壁厚,进一步证明了上述结论,双模拔制壁厚变化小,比单模拔制减壁作用大。
石化管是石油化工用无缝钢管的总称及简称。石油化工生产包括石油精炼、石油化工材料、石油化纤和化肥生产。生产过程中主要物理和化学反应都是在特定的压力和温度下进行的。原材料、反应物和产出物都具有不同程度的腐蚀性。
石化管按设备分类为石油裂化设备用无缝钢管(简称裂化管)、化肥设备用高压无缝钢管(简称化工管)和现代化的高产大化工厂用无缝钢管即“三化”化工、化纤、化肥用无缝钢管;按钢种分类为:碳钢钢管、合金钢钢管和不锈钢钢管。
现将裂化管和化工管分别介绍于后,而“三化”用无缝钢管,至今还没有专业标准,一般碳钢和合金钢钢管分别采用裂化管和化工管标准;不锈钢钢管则采用不锈钢管标准(GB/T 14976、GB/T 14975或GB/T 13296,
裂化管(标准GB 9948)是用于石油精炼厂的炉管、热交换器管和连接管道,是我国开发专用无缝钢管早的品种之一。
鞍钢无缝钢管厂早在1955年8月,就按ГOCT 550-1941标准(后改为鞍标4401-1956)用大连钢厂试制的管坯,试生产出了Cr7SiMnTi钢Φ89mm×6mm裂化管。因生产困难,成材率较低,后来将钢号改为12Cr5MoA;再后又进一步改为Cr5Mo。1963年,原冶金部为了适应经济建设对裂化管需求的增加和生产厂的增多,制定和公布了“石油裂化用无缝钢管”的部颁标准YB 237-1963,并于1970年进行了修订,变为YB 237-1970。这期间,鞍钢无缝钢管厂于1965年按“鞍新9-1965”新产品试制技术条件,试制出了Cr2Mo钢石油裂化管;1969年在生产供应Cr5Mo钢管的同时,又按“1969-4-石油部-3”低合金管新产品试制技术条件,试制出了我国自己的15Al3MoWTi钢号石油裂化管。
化工管(标准GB 6479)是用于工作温度在-40~400℃,工作压力10~32MPa的化肥、化工厂的设备和管道。1960年上海钢管厂为了支援化肥厂的建设,试制出了冷拔高压化肥无缝钢管。1970年原冶金部制定并公布了“化肥设备用高压无缝钢管”部颁标准YB 800-1970。1986年升级为国标GB 6479。
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