专利名称：核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法
技术领域：
本发明涉及大口径无缝钢管制造技术领域，更具体地讲，涉及一种制造核电站用大口径中厚壁无缝钢管的方法。
背景技术：
在现有技术中，生产大口径中厚壁无缝钢管主要有以下几种生产工艺第一种，钢锭斜轧穿孔+内镗外拔机加工；第二种，Φ508mm以上的周期轧管机组；第三种，轧管机组供坯+整体加热拉拔式扩管；第四种，轧管机组供坯+分段加热顶推式扩径。
其中，第一种工艺是一种采用钢锭经斜轧穿孔，再内镗外拔机械加工制造钢管的生产工艺。该工艺制造的钢管几何尺寸精度高，表面质量好，但该工艺具有金属损耗大、成材率低、成本高、效率低等不足。第二种工艺具有生产组织灵活(例如，可批量生产，也可零星生产)的特点，但周期轧管方式在轧制过程中轧辊弹跳值大，易造成壁厚与外径偏差大(即钢管几何尺寸精度较差)，同时生产的钢管表面质量较差，不能满足核电管产品高尺寸精度的要求。第三种工艺和第四种工艺具有生产工艺简便、成本低的特点，但钢管的几何尺寸精度及内外表面质量水平均不如第二种工艺。综上所诉，亟需一种能够成批量、大规模地生产出满足要求的核电站用高精度大口径中厚壁无缝钢管的生产工艺。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的一项或多项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够具有高的成材率且生产成本低、生产效率高的用于制造核电站用高精度大口径中厚壁无缝钢管的方法。本发明提供了一种核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法，所述制造方法包括以下步骤加热圆钢坯；使用斜轧穿孔机对圆钢坯进行穿孔，形成毛管；使用Φ508πιπι皮尔格周期轧管机组将毛管轧制成管坯，确保管坯的全长壁厚偏差控制在±8%，并且管坯的断面壁厚极差不超过其全长壁厚偏差的80%;加热管坯至1000 1100°C，然后使用拉拔式扩管机组对管坯进行扩径；对扩径后的管坯进行软化热处理；对扩径后的管坯的内、外表面进行整体修磨，将修磨量控制为I. O I. 8mm ;使用精密液压拔机对整体修磨后的管还进行拔制，制得核电站用大口径中厚壁无缝钢管。在一个示例性实施例中，所述圆钢坯的规格可以为Φ600πιπι;所述大口径中厚壁无缝钢管的规格按照外径X壁厚可以为559 610mmX25 40mm。在一个示例性实施例中，所述制造方法还可包括在所述拔制步骤之前，对经过整体修磨后的管坯进行超声波探伤预检，并对超声波探伤预检合格的管坯进行酸洗、清洗、磷化和润滑。
在一个示例性实施例中，所述制造方法还可包括第一矫直步骤和第二矫直步骤，其中，所述第一矫直步骤设置在所述软化热处理步骤与所述整体修磨步骤之间，所述第二矫直步骤设置在拔制步骤之后。在一个示例性实施例中，所述加热圆钢坯的步骤采用环形加热炉将圆钢坯均匀加热至 1230 1250°C。在一个示例性实施例中，所述扩径步骤可采用小变形量多道次的方式，所述小变形量多道次的方式是指每将管坯加热至1000 1100°C之后，对管坯进行2至4道次扩径，并将每道次扩径量控制为不大于20mm，同时确保扩径后的管坯的公差满足外径±0. 75%,壁厚±10%。在一个示例性实施例中，在所述拔制步骤中，可将拔制速度控制在O. 5 2. 5m/min,将液压拔机的系统压力控制在8 12MPa，将拔制时的减壁量控制为I. 5 2. 5mm并将
减径量控制为4 7mm。在一个示例性实施例中，在所述管坯为高合金钢的情况下，所述软化热处理步骤采用完全退火工艺；在所述管坯为中、低合金钢的情况下，所述软化热处理步骤采用正火加回火工艺。与现有技术相比，本发明采用能够实现对核电站用高精度大口径中厚壁无缝钢管进行低成本、高效率地制造。此外，本发明的制造方法还具有成材率高、适合大工业批量化生产的特点。
具体实施例方式在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法。根据本发明一个示例性实施例的核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法包括步骤加热圆钢坯；使用斜轧穿孔机对圆钢坯进行穿孔，形成毛管；使用Φ 508mm皮尔格周期轧管机组将毛管轧制成管坯，确保管坯的全长壁厚偏差控制在±8%，并且管坯的断面壁厚极差不超过其全长壁厚偏差的80% ;加热管坯至1000 110(TC，然后使用拉拔式扩管机组对管坯进行扩径；对扩径后的管坯进行软化热处理；对扩径后的管坯的内、外表面进行整体修磨，修磨量控制为I. O I. 8mm ;使用精密液压拔机对整体修磨后的管还进行拔制，制得核电站用大口径中厚壁无缝钢管。优选地，在本发明的一个示例性实施例中，所述圆钢坯的规格为Φ600πιπι;所述大口径中厚壁无缝钢管的规格按照外径X壁厚为559 610mmX25 40mm。在本发明中，所述大口径中厚壁无缝钢管的外径与壁厚的比值(即，外径/壁厚，通常记为D/S)可为14至25。优选地，在本发明的一个示例性实施例中，所述制造方法还可以包括在所述拔制步骤之前，对经过整体修磨后的管坯进行超声波探伤预检，以提高产品的成材率；并对超声波探伤预检合格的管坯进行酸洗、清洗、磷化和润滑。优选地，在本发明的一个示例性实施例中，所述制造方法还可以包括第一矫直步骤和第二矫直步骤，其中，所述第一矫直步骤设置在所述软化热处理步骤与所述整体修磨步骤之间，所述第二矫直步骤设置在拔制步骤之后，设置第一矫直步骤和第二矫直步骤能够确保产品的直度。优选地，在本发明的一个示例性实施例中，所述加热圆钢坯的步骤采用环形加热炉将圆钢坯均匀加热至1230 1250°C。优选地，在本发明的一个示例性实施例中，所述扩径步骤采用小变形量多道次的方式，所述小变形量多道次的方式是指每将管坯加热至1000 1100°C —次之后，对管坯进行2至4道次扩径，并将每道次扩径量控制为不大于20mm，同时确保扩径后的管坯的公差满足外径±0. 75%、壁厚±10%。优选地，在本发明的一个示例性实施例中，在所述拔制步骤中，将拔制速度控制在O. 5 2. 5m/min，将液压拔机的系统压力控制在8 12MPa，将拔制时的减壁量控制为I. 5 2. 5mm,并将减径量控制为4 7mm。优选地，在本发明的一个示例性实施例中，所述软化热处理步骤采用正火加回火 处理的方式，其中，正火温度为920±10°C，回火温度为690±10°C。优选地,在本发明的一个示例性实施例中，所述整体修磨步骤将修磨量控制为L O L 8mm ο在另一个示例性实施例中，本发明的核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法也可以采用如下的方式来实现(I)总的艺流程可以为Φ600πιπι圆钢坯(例如，电渣圆钢锭)一车削渣孔一坯料加热一斜轧穿孔机穿孔一O508mm皮尔格周期轧管机组轧制管坯一热锯头尾一冷却一转100吨扩管机组扩径一管坯软化热处理一矫直一内外表面整体修磨一管坯超声波探伤预检—酸洗一清洗一憐化一润滑一1000吨精密夜压拔机拔制一矫直一精整一尺寸及表面质量检查一包装入库。(2)钢坯经LF精练+真空脱气处理后，再经由电渣重熔而制成。车削渣孔时偏心度应< 5_。(3)通过环形加热炉将钢坯均匀加热至1230 1250°C，优选地，加热至1235 1245°C。例如，钢坯在环形炉内进行具体的加热操作时，环形炉不供热段温度应< 800°C，炉料前后要空5 7排放置，应确保其他炉料温度不影响此钢坯加热温度，要求钢坯在炉内排列的间距为800mm，应采用中慢速均匀加热，并确保均热效果，加热不得出现因加热不均产生阴阳面、加热不透、过热、过烧现象，钢坯加热时间可以大于11小时，通常为11 13小时，出炉钢温1235 1245。。。(4)斜轧穿孔机穿孔步骤，需要尽量使穿孔后的毛管目视平直，全长外径大小一致，穿孔后必须调整风管标高正对毛管中心吹净内表面氧化铁皮，同时加强毛管内壁及内变形工具的检查、加强芯棒润滑，以保证钢管内表面质量。而且应该根据不同的生产规格，选配相应的穿孔顶头尺寸。例如，对于Φ600mm钢还,毛管外径控制在640 650mm,确保毛管长度彡4m。(5)在热轧管坯的步骤，使用Φ508πιπι皮尔格周期轧管机组轧制将毛管轧制成管坯，确保管坯的全长壁厚偏差控制在±8%，并且管坯的断面壁厚极差不超过其全长壁厚偏差的80%。具体来讲，为确保热轧管坯的壁厚极差合格，为精拔尺寸达到产品技术要求创造条件，在热轧轧管前，对轧辊、导盘、顶头、芯棒等工模具进行检查，按管坯尺寸偏差的中值配备工模具；在管坯轧制过程中，应减缓打头速度，控制好喂入量，重轧系数不小于2. 5，避免产生平面、棱子、凸包及壁厚的断面差超差。Φ508_皮尔格周期轧管机组轧制管坯(例如，外径(OD) 510mm)应保证全长壁厚偏差控制在±8 %以内，断面壁厚极差不超过壁厚偏差的80%。(6)为保证精拔后成品尺寸及表面质量满足要求，经热扩后管坯的几何尺寸公差需满足D±0. 75%、S±10%。而且扩管时可以使用轧制管坯的皮尔格头端做为喇叭口，扩制完成后根据轧制管坯吹孔位置进行喇叭口切除。具体来讲，在实际生产中，控制以下方面第一，拉拔式扩管机的前台受料长度必须是大于5. 5m ；第二，水压机扩喇叭口时不得出现扩皱、扩裂及扩歪，否则应锯切后重新扩口。第三，步进炉加热温度按1000 1100°C控制，加热时间可以为IOOmin 150min，且应踏步前进，保证加热均匀，确保加热质量，并防止出现阴阳面等加热缺陷；
第四，在坯料管出炉前，应做好扩机的准备工作。坯料管出炉后，尽快上扩机扩制，尽可能减少因中间过程中坯料管的降温量。第五，采用小变形量多道次的热扩方式，所述小变形量多道次的方式是指每将管坯加热至1000 1100°C—次后，对管坯进行2至4道次扩径，并将每道次扩径量控制为不大于20mm，保证扩厚管坯几何尺寸满足要求。扩制时，应加强顶头的石墨润滑，确保钢管内
表面质量。(7)在扩径步骤之后，对管坯进行软化热处理。软化热处理步骤对于保证后续拔制步骤顺利进行起到重要作用。具体来讲，在所述管坯为高合金钢(例如，P91等)的情况下，所述软化热处理步骤采用完全退火工艺；在所述管坯为中、低合金钢(例如，WB36CN1等)的情况下，所述软化热处理步骤采用正火加回火工艺。上述完全退火工艺可以为将管坯加热至900 950°C后，保温第一预定时间，所述第一预定时间按管坯的壁厚每毫米6 8分钟计算(即，对于壁厚为X毫米的管还，其第一预定时间为6x 8x分钟,例如，X为40,则第一预定时间为240 320分钟)；然后以30 35°C /小时的速率炉冷至480 520°C，最后出炉空冷。上述正火加回火工艺可以为将管坯加热至900 950°C后，保温第二预定时间，所述第二预定时间按管坯的壁厚每毫米2 3分钟计算(即，对于壁厚为X毫米的管坯，其第二预定时间为2x 3x分钟);然后出炉空冷至室温，再进炉升温至650 700°C后，保温第三预定时间，所述第三预定时间按管坯的壁厚每毫米6 8分钟计算(即，对于壁厚为X毫米的管坯，其第三预定时间为6x Sx分钟)，最后出炉空冷。采用上述软化热处理工艺能够将高合金钢(例如，P91等)管坯的屈服强度控制为不大于350MPa ;将中、低合金钢(例如，WB36、CNl等)管坯的屈服强度控制为不大于450MPa。(8)在经过热扩径处理之后，由于加热而在钢管内表面形成了厚度较厚且附着紧密的氧化层，并且在热扩径过程中，氧化层脱落后会嵌入内壁，形成大小不一的凹坑，这些均会严重影响精拔工序的进行，因此，采取内外表面整体修磨工艺，修磨量控制可以在I. O I. 8_，从而能够清除管坯外表面氧化皮以及内表面的划伤、麻坑等缺陷。(9)由于精拔冷变形过程对管坯的缺陷有放大效应，即使是细微的缺陷也会造成钢管表面缺陷，因此对管坯表面质量的控制至关重要，精拔前应对管坯按GB/T5777中L2当量进行超声波探伤预检，探伤合格后方可进行精拔工序。(10)精密液压冷拔机拔制(简称精拔)钢管经过精拔变形后，尺寸精度得到改善，但每一次精拔变形能够将尺寸精度提高多少，则是随钢种、钢管规格的不同而有所差异。精拔变形后的弹性变形回复会影响钢管尺寸精度，当变形抗力高时，弹性变形回复就大，对钢管尺寸精度影响也较大。综合考虑钢管的钢种、规格及产品尺寸允许偏差等因素后最终确定了精拔模具尺寸，如下管坯规格565 616mmX27 42mm(设计减壁量I. 5 2. 5mm，减径量4 7mm)拔制外模模具560 610mm拔制内模模具480 560mm精拔厚成品规格559 610_X 25 40mm,长度> 5米这里，在拔制步骤之前，对管坯尺寸及表面进行检查，然后制头，接下来依次进行酸洗、清洗、磷化和润滑。具体情况如下 a、制头制头长度350 400mm,制头外径556 606mm。b、酸洗硫酸酸液浓度在10% 20%、Fe2+浓度不大于250克/升、温度控制范围50 70°C，根据酸液浓度、Fe2+浓度实际检测值确定酸洗时间。酸洗时间控制在35 45分钟，将钢管内外表面的氧化铁皮酸洗干净。C、冲洗酸洗后的钢管要在清水槽内多次充满水并倾倒，以倒掉管子内存的氧化铁皮和附着物为止。然后再倾倒放置在冲洗台上，用高压水自上而下逐根进行冲洗，直至管内流出清水为止。d、磷化总酸度30 40滴、游离酸度I 4滴、Zn (N03) 2为18 28克/升、H3P04为4 7克/升、S042-彡2克/升、温度60 70°C、磷化时间15 20分钟。e、润滑润滑剂浓度为I. 2 2. 6BN、游离碱度O I. 5Pt、温度50 65°C、皂化时间10 15分钟。f、1000精密液压拔拔机制①拔制中心线和拔制小车中心，以保持两者一致；②确定外模安装到位压实、定位孔与模座套端面垂直；③内模与芯杆、螺钉装配应为过渡配合，以防止过渡松动破坏模具和拔制中的浮动；④拔制速度控制在O. 5 2. 5m/min,系统压力控制在8 12MPa。拔制初期采用低速拔制速度，拔制平稳运行后根据系统压力调整拔制速度。本示例性实施例的方法具有生产工艺简单、成材率高、成本低、生产效率高的特点，并且其产品的几何尺寸精度高、内外表面质量好。此外，其产品能够满足核电站用大口径中厚壁无缝钢管的以下要求(I)钢管外径559 61 Omm ； (2)钢管壁厚25 40mm ； (3)钢管长度> 5m ;(4)钢管满足GB/T5777-2008标准中L2当量的超声波探伤验收要求；(5)钢管满足JB/T4730. 4-2005标准中磁粉探伤II级验收要求；(6)钢管的表面粗糙度Ra彡6. 3 ; (7)钢管的尺寸公差壁厚±5%，外径(+3. 2mm, -O. 8mm)。下面将结合具体示例来详细描述本发明的示例性实施例。在本示例中，对核电站用大口径中厚壁无缝钢管产品技术要求见表I。表I本实施例的产品要求
权利要求
1.一种核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤 加热圆钢坯； 使用斜轧穿孔机对圆钢坯进行穿孔，形成毛管； 使用φ 508mm皮尔格周期轧管机组将毛管轧制成管坯，确保管坯的全长壁厚偏差控制在±8%，并且管坯的断面壁厚极差不超过其全长壁厚偏差的80% ； 加热管坯至1000 1100°C，然后使用拉拔式扩管机组对管坯进行扩径； 对扩径后的管坯进行软化热处理； 对扩径后的管坯的内、外表面进行整体修磨，修磨量控制为I. O I. 8mm ; 使用精密液压拔机对整体修磨后的管坯进行拔制，制得核电站用大口径中厚壁无缝钢管。
2.根据权利要求I所述的核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述圆钢坯的规格为Φ600πιπι;所述大口径中厚壁无缝钢管的规格按照外径X壁厚为559 610mmX25 40mm。
3.根据权利要求I所述的核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括在所述拔制步骤之前，对经过整体修磨后的管坯进行超声波探伤预检，并对超声波探伤预检合格的管坯进行酸洗、清洗、磷化和润滑。
4.根据权利要求I所述的核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括第一矫直步骤和第二矫直步骤，其中，所述第一矫直步骤设置在所述软化热处理步骤与所述整体修磨步骤之间，所述第二矫直步骤设置在拔制步骤之后。
5.根据权利要求I所述的核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述加热圆钢坯的步骤采用环形加热炉将圆钢坯均匀加热至1230 1250°C。
6.根据权利要求I所述的核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述扩径步骤采用小变形量多道次的方式，所述小变形量多道次的方式是指每将管坯加热至1000 1100°C之后，对管坯进行2至4道次扩径，并将每道次扩径量控制为不大于20mm，同时确保扩径后的管坯的公差满足外径±0.75%、壁厚±10%。
7.根据权利要求I所述的核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法，其特征在于，在所述拔制步骤中，将拔制速度控制在O. 5 2. 5m/min，将液压拔机的系统压力控制在8 12MPa，将拔制时的减壁量控制为I. 5 2. 5mm并将减径量控制为4 7mm。
8.根据权利要求I所述的核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法，其特征在于，在所述管坯为高合金钢的情况下，所述软化热处理步骤采用完全退火工艺；在所述管坯为中、低合金钢的情况下，所述软化热处理步骤采用正火加回火工艺。
9.根据权利要求I所述的核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述大口径中厚壁无缝钢管的外径与壁厚的比值为14至25。
10.根据权利要求I所述的核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述大口径中厚壁无缝钢管的外径允许偏差为(+3. 2mm，-O. 8mm);壁厚允许偏差为±5%。
全文摘要
本发明提供了一种核电站用大口径中厚壁无缝钢管的制造方法。所述制造方法包括以下步骤加热圆钢坯；使用斜轧穿孔机对圆钢坯进行穿孔，形成毛管；使用Φ508mm皮尔格周期轧管机组将毛管轧制成管坯，确保管坯的全长壁厚偏差控制在±8％，并且管坯的断面壁厚极差不超过其全长壁厚偏差的80％；加热管坯至1000～1100℃，然后使用拉拔式扩管机组对管坯进行扩径；对扩径后的管坯进行软化热处理；对扩径后的管坯的内、外表面进行整体修磨，修磨量控制为1.0～1.8mm；使用精密液压拔机对整体修磨后的管坯进行拔制，制得核电站用大口径中厚壁无缝钢管。本发明具有生产成本低、生产效率高、产品几何尺寸精度高、表面质量好等优点。
文档编号B23P15/00GK102873512SQ20121037150
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者郭元蓉, 胡铂, 刘昊, 彭海龙, 邹友富, 李宁, 陈雨, 詹勇 申请人:攀钢集团成都钢钒有限公司