国内油管管端加厚线的生产

油管管端加厚生产线的调研报告姓名：张国祥单位：包钢无缝厂Φ159热处理部指导专家：高波（优高工）任明杰（高工）雷刚（高工）日期：2011年9月18日目录1.文献综述2.我们厂实际情况3.工艺的探讨4.总结1.文献综述国内对油管管端外加厚研究现状油管管端外加厚的概念管端内径不发生改变，利用特制模具使其增加的壁厚和增加壁厚的有效长度均满足API标准的规定值范围。油管管端外加厚镦粗原理油管管端加热后，送进加厚机加厚模型腔内，然后夹紧模夹持管端，同时冲头穿进油管管端内壁，进行镦粗力的作用。使油管管端发生塑性变形。从而达到管端外加厚的目的。外加厚过程是一个镦粗、扩径、挤压的复杂的复合过程。油管管端加厚的种类①内加厚、外加厚、内外加厚三种。②目前国内油管使用最多、技术最为成熟的是管端外加厚。国内油管管端加厚的生产特点①二次加热二次加厚成型例如；吐哈油田公司机械厂②二次加热一次加厚成型例如；湖南衡阳钢管公司加厚油管与非加厚油管的特点对比非加厚管螺纹连接处部位只能承受相当于管体强度的60%~80%的拉伸载荷；加厚管螺纹连接处部位强度与管体本身强度相一致。从而消除了螺纹部分连接强度低于管体强度的不足，提高连接处使用寿命，避免该处断裂。国内油管管端加厚的生产品种及能力1.品种①输油油管、加厚套管、钻杆例如；吐哈油田公司机械厂，宝钢无缝厂②输油管、加厚套管例如；湖南衡阳钢管公司，山东胜利油田总机械厂2.能力吐哈油田公司机械厂2.5万吨/年宝钢无缝厂4万吨/年湖南衡阳钢管公司3万吨/年国内加厚油管市场前景大部分企业仍采用非加厚无缝管端部直接加工螺纹法，减少管壁厚度和有效承载面积，降低接头处连接强度，导致生产的油管寿命短。难以满足深油井的作业使用；加厚油管克服了上述的不足，具有显著的社会效益和经济效益；截止2011年9月，低钢级加厚油管市场价7600元/吨，而低钢级非加厚套管为5600元/吨。我国油井管年需求量一般在88万t左右。其中每年需套管约62万t以上,油管23万t左右,钻杆及钻铤3万t左右。市场上对加厚油管数量上需求增多，同时对加厚油管质量上提出了更高更严格的要求。2.我们厂实际情况油管管端加厚的特点①管端外加厚②二次加热一次加厚成型生产加厚油管的品种及规格钢级规格H40、J55、N80、L80、C90、T95、P110外径：Ф48.3～114.3mm壁厚：3.68～16mm长度：6～12.5m生产能力节奏：≥110根/小时；年产量：约4万吨主要技术参数加厚机：夹紧力最大500吨；镦粗力最大250吨；工作压力27Mpa；装模高度990mm；压机内宽1550mm；垂直行程500mm(MAX)水平行程650mm；水平缸最大速度250mm/s水平缸中心（冲头中心）高1000mm中频感应加热炉：加热温度1、3号炉室温～750°C；2、4号炉700～1250±10°C加热时间20～28s加热长度≤350mm加热功率1、2、3、4号炉都为250KW加热频率1、3号炉1000Hz；2、4号炉2500HZ感应圈行程650mm大车行程2500mm石墨润滑系统：石墨乳化剂粒度1500目左右；纯度大于96%水质无颗粒杂质的纯净水石墨和水的配比体积比约1:3生产工艺流程上料台架定位对齐辊道1#受料台架1#加热炉2#加热炉步进运输机2#受料台架1#纵向送料辊道1#加厚机1#修磨台架步进运输机过渡台架辊道输送定位对齐辊道3#受料台架3#加热炉4#受料台架4#加热炉2#纵向送料辊道2#加厚机2#修磨台架收集台架废料筐成品筐热处理步进运输机步进机步进运输机测长、称重矫直探伤水压试验喷标、打捆、入库（注：靠加热炉前进后退完成动作）（注：镦前，靠步进梁抬起、压紧轮压下、辊道正转进压机模腔内完成动作）（注：镦后，靠送料辊道反转、压紧轮松开、步进梁落下退出压机模腔内完成动作）设备的操作操作室中有两个操作面板、一个PLC电源柜、一个电脑面板和一台工控计算机。面板操作分为调整、手动、半自动、自动四种。现场配有若干个操作箱，主要为本地操作（手动和半自动）。操作时可按照加厚线工艺技术操作规程和中频炉使用说明书执行。在实际生产中，随时可能发生突发事故，要灵活多变的操作。注意：自动操作时，必须满足自动的起始条件，方可自动进行。设备的维护与检修参照加厚线工艺技术操作规程的相关内容，当然可以灵活多变，具体问题具体分析解决。更换模具主要为夹紧模、加厚模、冲头。3.工艺的探讨镦粗前加热工艺参数（1）加热温度防止管端脱碳、氧化、过热、过烧等缺陷，要有一定的塑韧性，为此需充分获得奥氏体组织。一道次预热温度范围：700~850℃可暂定为750℃二道次终热温度范围：1150±20℃可暂定为1170℃（2）加热长度加热长度过短，加厚型腔内镦粗部分充满不足，局部内凹或拔模力太大，最终导致加厚失败或设备损坏。加热长度过长，夹紧油管部位变形，镦后，毛刺太多或通径规无法通过。根据国内其他企业的生产油管的经验，Φ73.02管，暂定210~280mm：Φ88.90管，暂定为210~275mm。（3）加热时间加热时间过长，容易使管端脱碳、氧化、过热、过烧等缺陷；加热时间过短，奥氏体转变不充分，塑韧性达不到镦粗时的要求。加热时间与管子的壁厚、电流频率、电流的渗入深度有关。加热时间务必要匹配加厚机的工作节奏。加热时间及温度务必要匹配镦粗前的温降温度。加热时间为20~32秒左右。镦粗时工艺参数（1）夹紧力使管端有效部位夹紧不松动，又要防止夹紧力太大，管端变形。具体情况根据调试时定。（2）镦粗力镦粗力太大，可能会造成管端加厚部位毛边现象；镦粗力太小，会使冲头抱死，模具损坏。具体情况根据调试时定。（3）管端送进量根据体积不变原则和加厚机模腔结构特点去定。一般加厚的有效长度比加热时的有效长度略短。范围为：150~210mm之间。具体根据调试定。加厚模示意图（4）镦锻比所谓镦锻比是指管坯的变形长度与壁厚之比。镦锻比是油管加厚成型的重要指标。当管坯长径比很大时，为了防止在镦锻过程中产生折叠现象，在设计聚料工步时，通常所遵循的镦锻规则为：（1）当镦锻比H0/t≤3时，可以一次将管坯镦锻成任意形状而不产生折叠；（2）当镦锻比H0/t3时，必须采用多工步聚料，且要求满足tn≤（1.3～1.5）tn-1（式中t——管坯的壁厚；tn——第n次聚料后管坯的壁厚；tn-1——第n-1次聚料后管坯的壁厚。）（5）模具润滑润滑虽无具体数值描述，但它是个重要的工艺参数，润滑得及时，模具寿命及钢管加厚部位表面质量就提高；反之，模具寿命缩短，加厚部位表面质量就差。对润滑剂提出以下几点要求：ⅰ）使摩擦表面具有最大的活性和足够的黏度。活性高、黏度大的润滑剂在塑性变形的高压下才能保证不被挤出。ⅱ）润滑剂要有高的燃点,保证变形过程中在高温作用下不失去润滑作用。（6）环境温度环境温度对加厚管的尺寸也有一定的影响，同样的加厚条件，天冷与天热时候镦厚尺寸是不一样的。冷天干的比热天干的一般能少20丝（0.20mm)左右。在冬天，全冷却下来以后的管子比刚镦厚完的管子（按此时加厚头温度600℃计算）加厚头外径要少80-110丝。加厚油管热处理（1）目的消除镦锻时产生的魏氏组织、粗大晶粒、带状组织等缺陷；消除内应力；改善其切削加工性，提高螺纹连接处的综合性能；达到低钢级升高钢级的性能和组织要求。（2）加厚油管热处理种类调质处理（3）调质处理工艺①淬火温度Ac3或Acm+(30~50℃)对于亚共析钢一般为820～900℃左右。②加热时间与钢管的壁厚、装炉量、材质有关。加热总时间分为加热时间和保温时间两过程。τ加热=KαDτ保温=K（100+0.6D+0.2G)注意：由于加厚油管绝大部分属于薄壁管，在保证管子内外达到所需温度和组织转变充分的情况下，加热时间不能太长或长时间焖炉。注意：由于管端变厚，加热时间不能按未加厚部分而论。可取最佳平均值。③冷却方式旋转式外淋+内喷水冷却水淬工艺参数主要有钢管表面起始温度、内喷外淋水流量、喷淬时间、压爪压下量、淬火支撑轮的转速、内喷嘴的偏心距。由于油管外径、壁厚都比较小，易变形，所以压爪压下量不能太大，内喷外淋水量要适中，淬火轮转速不能太快。注意：保证压爪轮与管外表面相切而无其它造成管表面压伤或变形的破坏性作用力（即接触应力）；保证每组压爪轮同步压下，不能有的快、有的慢。注意：内喷嘴的中线线要与管中心线接近重合。注意：由于管端加厚原因，是否空架与淬火支撑轮上？如何解决？值得探讨。④回火温度及加热时间的确定高温回火，一般在500~700℃左右，根据实际情况定。一般定回火温度时，从后往前推。即力学性能和组织决定回火温度。一般规律是：T回↑，σb、σs↓,δ、αk↑;τ回↑，σb、σs↓,δ、αk↑;反之，σb、σs↑,δ、αk↓。回火温度对力学性能的影响远比回火加热时间的大。因此，控温是至关重要的。保证回火炉中温度的均匀，波动不能太大，否则性能特别是屈服极限难以满足标准要求。控温与烧嘴的火焰长度、空燃比例阀的调节、助燃空气压力、天燃气的纯度及流量有关。空燃比例的调节是至关重要的。助燃空气压力太大，会造成烧嘴喷出的火焰长度厚度增大或熄灭烧嘴；天然气压力太大，会使烧嘴点不着；天然气压力太小，烧嘴长时间大火输出，最终导致烧嘴熄灭，炉温突降。总结①管端加厚分为内加厚、外加厚、内外加厚三种。最成熟的是外加厚。②我们厂油管管端加厚的特点管端外加厚；二次加热一次加厚成型。③加厚工艺参数主要有加热温度、加热时间、加热长度、镦粗力、送进量、镦锻比、润滑质量、环境温度。④加厚管热处理主要为调质处理。⑤加厚生产线更换的工具主要为加厚模、夹紧模及冲头。谢谢！