厚壁无缝钢管源头工厂

某型号产品中的贮油缸筒体,该零件具有以下特点:

①体是由51mm×3mm钢管经旋压封口而成;②在简体壁多处局部由塑性胀形加工而成的向外凸包或扩径段,凸包或扩径段构成缸筒,局部外径尺寸公差为1T10或IT12。因此,该简体的胀形加工属超长径比厚壁钢管的精密胀形。

工艺分析
(1)该零件长度较大,成形部位分布在简体的不同部位,成形部位的位置尺寸又受到旋压封口的影响,如果在封口后胀形,将会造成局部胀形部位位置尺寸不准,而且模具设计困难。

(2)该零件成形部分的形状尺寸差别较大。既有整体成形,又有局部成形,而且,局部成形部分尺寸差别较大,如果一次成形出所有成形部分,必然会造成模具设计的困难和加工的困难,而且成功的把握性很小。

(3)该零件属超长径比厚壁钢管,所需成形力较大。在金属塑性加工中,该零件的成形适合胀形工艺。胀形工艺一般可分为刚性胀形与软凸模胀形刚性胀形适用胀形力较大,但模具结构复杂,且受模具结构与强度设计的限制,一般适用于零件长径比较小及相对料厚较溥的零件成形,而该零件长径比较大,属细长零件,若采用该方法,模具的强度和刚性都难以保证。软凸模胀形适合长径比较大的零件,其模具结枃较简单,但受软凸模材料性能的限制,一般只适用成形力较小的薄壁件的胀形加工。由于该简体材质为钢材,厚度较大,所需胀形力较大,所以采用软凸模胀形也无法达到该零件成形的需要,因此,该零件的成形具有较大的难度。

胀形工艺及模具结构
根据以上分析,要使该零件成形部分的位置准确,且不受封口部分的影响,那么零件的成形工艺应放在旋压封口之前进行,以成形的位置尺寸确定旋压尺寸,这样同时可避免成形力对旋压部分形状的影响.

根据标准规定,热轧无缝高压锅炉管和低、中压锅炉管均需作压扁性能试验。20A高压锅炉管是我厂无缝车间的部优质产品,但近年来,特别是近两年来,其压扁性能不合格(包括热轧检验和用户投料验收不合格)较多。造成往返运输费用和重新热处理时能源、材料的消耗增加,也影响用户及时投料及我厂产品的信誉。为此我们对压扁性能不合格的原因及防止和办法进行了探讨。

首先将无缝钢管车间1980年以来20A0g压扁性能不合格的钢管规格及定、减径直径压缩率进行了分析。可以看出压扁性能不合格的钢管几乎都是壁厚S≥8mm的厚壁钢管,而20A钢管中主要又是减径管。因此,本文着重对20A减径厚壁管的压扁性能作以下分析。

ニ、20A厚壁管匠扁不合格试样的外观特征和金相分析
20A厚壁钢管压扁不合格试样,绝大部分表现为管壁纵向直线状内裂,而且其部位儿乎都在进行压扁试验时与试验机压板接触
的中间部分,其裂缝深度大于0,5mm。80年3月对9-753炉497批68×13mm的20A钢管压扁开裂试样,进行了常规金相分析,其结果列于表2。
1984年4月对三个炉批号20A钢管的7个试样进行了常规金相分析,其结果列于表3。

三、20A臧径厚壁钢管压扁开裂的原因
压扁性能是钢管的一种工艺性能,而钢管工艺性能是其机械性能与表面状态综合影响的结果。因此对压扁性能必须从钢管机械性能和表面状态两个方面进行分析。
无论是机械性能还是表面状态,都受金属自然性质和变形条件(如变形程度、变形温度、变形速度、应力状态、变形状态等)两个重要因素影响。因此在分析钢管压扁开製原因时,首先要找出主要因素。裂钢管的试祥几乎都是与压板接触的中间部分内壁呈纵向直线状裂缝。一般认为,压扁时例管表面产生直线状裂缝,是由变形加工引起的;
而螺旋状的表面裂缝,则是由金属自然性质引起的。如金属自然性质引起压裂时,其裂缝产生部位不可能固定不变,而实际上几乎全部裂缝产生在与压板接触的钢管内壁中间部位。所以从裂缝外观特征及产生部位在不同试验条件下的固定性,可以认为钢管压扁开裂是变形加工因素引起的。事实上,由于自动轧管机组中主要变形量分配在穿孔和轧管工艺环节,如果管坯带入有金属自然性质方面的缺陷,那么在穿孔斜轧中就自然会显示为螺旋状表面缺陷。但在穿孔后把毛管加工成成品钢管的变形较大的工艺环节中,只有轧管和减径,而轧管和减径都是纵钆。

关于结构用厚壁钢管合理选材选型的建议
(1)在大型管结构工程设计中,需选用厚壁钢管时,设计人员应了解厚壁钢管的成型方法类别与其技术经济性能特点,并合理选材。

(2)综合比较力学性能、焊接性能、加工性能、截面尺寸精度及材料价格等因素,钢结构工程用厚壁钢管宜选用冷压或冷卷成型钢管。在此类钢管比选中,若考虑钢管力学性能、加工效率、焊缝数量与打磨要求等因素,则宜 冷压成型(U(E)厚壁钢管,但在加工费用上冷压工艺要高于冷卷工艺约20%以上。

(3)当选用冷压或冷卷厚壁钢管时应注意以下技术性能或参数的要求
1)径厚比一一冷卷与冷压制管时,钢板内、外纤维分别受压受拉,产生塑性变形和冷加工硬化与残余应力等不利影响,而径厚比(管内径与厚壁之比)愈小,此影响愈严重,并会直接降低钢管的使用性能。我国电力行业标准《压力钢管制造与安装验收规范》L5017-93要求冷卷钢管的径厚比不应小于33(Q235与Q345钢)或40(Q390与Q420钢)。根据建筑钢结构工程的国内外经验,此限值可适当以放宽,在目前钢材性能水平和工艺条件下,暂以不小于20为宜。
2)钢材的强度级别一《钢结构设计规范》对钢管架结构规定所用钢材强度不应超过345MPa,届强比不应大于0.8,主要原因是现有研究、设计计算方法公式等都是以此类级钢材为主要对象进行的。厚壁钢管可能用于桁架或支柱结构,当钢板厚度、径厚比均相同而强度更高时,会产生更不利的冷加工硬化影响与残余应力,降低钢管的承载性能与焊接性能,故冷成型厚壁钢管的钢材强度以不大于345MPa为宜
3)钢材的性能要求目前冷成型型材的相关标准中对其力学性能试件的取样部位无明确规定,故厂家所提供的质量检验单数据均为其原材料的力学性能数据,并非已成型管产品的实物力学性能,这对厚壁钢管易造成延性指标要求(如伸长率)数据偏高的现象。故对主要承重构件用钢管,应在设计文件中注明其实物力学性能指标需经成品钢管上.的取样复测确认。同时对抗震设防等重要构件所用冷卷厚壁钢管,宜要求按钢板横轧制方向取样进行冲击功性能检测确认。在性能要求的项目内容上,除常规的化学成分与力学性能外,当厚壁钢管用于主要承重结构时,还应按荷载条件,使用温度、板厚、节点焊接约束度等条件,要求附加保证碳当量、屈强比、冲击功或Z向性能等作为钢管供货的保证性能指标。
4)热处理冷成型厚壁管影响性能的主要缺陷是冷加工硬化和残余应力影响,故对很重要的管构件或径厚比很小的钢管,可经过技术经济比较要求进行成品管热处理以细化晶粒,残余应力,优化钢管使用性能。

(4)热成型厚壁钢管虽无冷加工效应,但价格均较高。而热扩无缝钢管的壁厚公差可达士25%,会造成结构构件截面不对称,增加附加偏心弯矩和削弱截面承载力;而且在管构件对接接头处,可能造成对焊接头较大的错边偏差,故不宜用作钢结构承重构件。热卷成管性能较好,但加工成本高,主要适用于锅炉、压力容器、管道,般不宜用于钢结构构件中。