一種外加厚油管的制造方法技術

一種外加厚油管的制造方法，其包括如下步驟：１．控制管料的壁厚尺寸，管料的原始壁厚（Ｄ－ｄ）／２控制在公稱壁厚的－７．５％以上，Ｄ、ｄ為公稱外、內徑；２．控制內成型工具－沖頭的尺寸，內沖頭變形段的平均直徑（ｄ↓［３］＋ｄ↓［２］）／２控制在管子公稱內徑ｄ的上偏差＋０．１５～＋３ｍｍ；３．控制加厚的外成型工具加厚模的成型尺寸，外加厚模的內徑Ｄ↓［１］≤Ｄ↓［４ＭＡＸ］＋（０～０．４ｍｍ）；４．管坯加熱，管端縮短部分加熱溫度１１００～１２５０℃；加厚過渡帶段開始后的溫度比管端縮短部分低３０～１５０℃；５．變形加工，將管坯在成型工具內鍛造變形。本發明專利技術生產的ＡＰＩ加厚油管可實現一次加熱一次加厚成型，ＡＰＩ油管壁厚鍛造比均小于１．７５，產品一次合格率可達到９９％以上。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及油管的制造方法，特別涉及API標準外加厚油管的制造方法。
技術介紹
API標準中采用管端加厚的方法增加管端壁厚以提高螺紋連接部分的連接強度，形成了加厚油管系列產品，見API Spec 5CT表E.27和表C.27。傳統的生產外加厚油管的方法有兩種；一是兩次加熱，二次加厚成型；二是一次加熱，二次加厚成型。方法一的加厚工藝流程是采用中頻感應加熱裝置或縫式爐，分幾個工位將熱軋無縫鋼管管端加熱到1050℃～1250℃；將管端加熱好的管料送入模腔夾緊，接著沖頭向前頂鍛管料，使金屬在模腔和沖頭頂鍛面形成的型腔中變形，達到一次外加厚的尺寸，此時，管端的外加厚長度比成品加厚長度長，而加厚處外徑比成品加厚外徑小；加厚的管端冷卻后送到修磨機上把氧化鐵皮及缺陷修磨掉；經過一次加厚的管料重新加熱，送入二次變形模腔，依靠沖頭的頂鍛作用進行二次變形，隨后修磨管端變形筋和表面缺陷及氧化鐵皮，達到API標準外加厚油管的管端尺寸。這種加厚方法生產質量好，不易產生管端表面缺陷，但消耗能源多，生產周期長，生產成本高。方法二的加厚工藝流程是采用加熱裝置將鋼管管端經多工位加熱至1050℃～1250℃，隨后將管端加熱好的管料送入一次變形模腔夾緊，沖頭向前頂鍛管料，管端在型腔中變形后達到一次外加厚的尺寸，此時，管端的外加厚長度比成品加厚長度長，而加厚處外徑比成品加厚外徑小；然后一次加厚的管料迅速送入二次變形模腔，依靠沖頭的頂鍛作用在二次變形模腔中繼續變形，隨后送到修磨機上修磨管端變形筋和表面缺陷及氧化鐵皮，達到API標準外加厚油管的管端尺寸。這種加厚方法只需加熱一次，能源消耗降低，生產成本下降，二次變形在一個周期內完成，生產效率明顯提高；但二次加厚變形時的溫度明顯下降，金屬流動性較差，容易產生表面缺陷，需要進行重新加厚返修，有時會出現加厚完成后，沖頭被抱緊而無法退出；對于采用翻轉沖頭的加厚機，一次變形型腔和二次變形型腔的相對位置精度要求高，精度難以保持；而且模具種類繁多。為了追求高效率，各個生產廠家一直在試驗一次加熱一次成型的生產工藝，但難以解決大變形比下的質量問題，例如，API標準2-3/8″規格，其管體公稱外徑為60.32mm，壁厚為4.83mm，API標準允許的最小管料壁厚為4.23mm，加厚端的最大外徑是67.48mm，其加厚時的鍛造變形比可達[(67.48-60.32)/2+4.83]/4.23＝2.08。表1列出了API標準中加厚油管常用規格的變形比，由表1可知，其變形比都大于1.8，這樣大的金屬鍛造變形比，變形時系統容易失穩，金屬流動比較困難，難以獲得具有良好質量的加厚端。寶鋼股份有限公司從德國引進油壓加厚機時，M/D公司提供的資料上認為，工藝設計時加厚的鍛造變形比應不大于1.5，即加厚變形后的壁厚除以原始壁厚不超過1.5，否則容易產生失穩現象，而且經常出現內表凹坑、鼓型，沖頭也容易被抱緊而無法退出。到目前為止，還沒有成熟的一次加熱一次成型加厚方法隨液壓加厚機配套輸出。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提出了一種外加厚油管的管端成型方法，既可以保證外加厚油管一次加熱后一次加厚成型，又能獲得穩定的管端加厚質量。為達到上述目的，本專利技術的技術解決方案是，本專利技術的關鍵是控制鍛造變形比，首先是控制管料的壁厚尺寸，避免壁厚在API標準公差的下極限上；其次是控制內成型工具——沖頭的尺寸，要求參與變形的尺寸段上沖頭的平均外徑尺寸控制在管料公稱內徑的上偏差；最后是控制外成型工具成型尺寸在API最大加厚端外徑，并適當考慮微小的修磨量；通過上述管料控制和成型工具的控制，在API標準范圍內減少加厚端的壁厚，減少一次鍛造變形比，為實現一次加熱一次成型提供必要的尺寸條件。同時，為了避免一次成型加厚過程出現過多的質量異常，本專利技術提出了適當范圍的內沖頭變形段的錐度，使沖頭也參與金屬的徑向擠壓，保證金屬的流動性；如果過大，會造成沖頭與管子內表摩擦力大，使沖頭使用壽命大幅度減少；過小會造成金屬流動不暢，造成內表凹坑缺陷。另外，本專利技術提出通過調節加熱范圍或者管端冷卻以建立溫度梯度，以適應一次成型時大變形比的金屬塑性變形特點，即管端縮短部分的加熱溫度要高，以保證其變形過程中金屬可塑性好；而加厚過渡帶段開始后的溫度要低，以確保相對較高的強度，減緩該部分的金屬變形，以避免加厚后過渡帶后面的內表出現金屬內凸現象。本專利技術的一種外加厚油管的制造方法，其包括如下步驟1)控制管料的壁厚尺寸，管料的原始壁厚(D-d)/2控制在-7.5％以上，D為管子公稱外徑，d為公稱內徑，比API標準-12.5％的要求高5％，通過提高原始壁厚來減少鍛造變形比；2)控制內成型工具——沖頭的尺寸，內沖頭變形段的平均直徑(d3+d2)/2控制在管子公稱內徑d的上偏差+0.15～+3mm；使得加厚時內徑有所脹大，從而減少了加厚端的壁厚，達到降低鍛造變形比的目的；3)控制加厚的外成型工具成型尺寸，外成型工具——外加厚模的內徑D1控制在API標準最大加厚端外徑D4MAX加上0～0.4mm修磨量之內，即D1≤D4MAX+(0～0.4mm)；以保證加厚管的連接強度，管端內徑脹大量應確保加厚端的壁厚滿足API標準要求，即壁厚偏差不得低于-12.5％；以減少管端加厚量，減少鍛造變形比。4)管坯加熱，管端縮短部分加熱溫度1100～1250℃，以確保該部分金屬的可塑性，使其容易變形流動到增厚部位，避免內表凹坑；加厚過渡帶段開始后的溫度比管端縮短部分低30～150℃；以減緩該部分的金屬變形，避免加厚后過渡帶后面的內表出現金屬內凸現象；上述兩者的溫度差可以通過控制有效加熱長度和/或調節端部冷卻來實現。5)變形加工，將管坯在成型工具內鍛造變形。進一步，所述的成型用內沖頭變形段L為一圓錐體，其工程錐度T為1/300～1/50；其作用是促進金屬的徑向塑性變形，避免大變形比鍛造加厚時的內表凹坑缺陷，同時可防止沖頭與管子內表產生劇烈的摩擦。目前國內外液壓加厚機生產外加厚油管的方法普遍采用兩次加熱，二次加厚成型，生產節奏很慢，消耗能源多，生產成本高；也有廠家采用一次加熱二次加厚成型工藝，但對設備精度要求很高，難以適合大批量穩定地生產；個別廠家也有采用一次加熱一次成型的，其主要技術特點是管料尺寸參照API標準控制，模具設計按照管子的公稱外徑、壁厚尺寸進行設計，加厚過程中工藝控制時僅規定了加熱溫度和加熱長度，沒有明確的溫度梯度控制。按此生產工藝，API油管壁厚鍛造比均大于1.80，但加厚端的表面質量較差，加厚端的內表面易出現凹坑缺陷，合格率不是很高，一次合格率85％左右，需要后續修磨挽救或返工。本專利技術的有益效果本專利技術縮小管料的尺寸公差，沖頭的平均外徑尺寸控制在管料公稱內徑的上偏差，同時限制外成型工具成型尺寸，從而有效地控制鍛造變形比。同時根據管端不同部位的變形程度要求，建立了管端縮短部分加熱溫度要高而加厚過渡帶段開始后的溫度低的溫度梯度，從而保證了大變形比情況的金屬塑性變形的表面質量。按本專利技術技術生產，API油管壁厚鍛造比均小于1.75，加厚表面質量達到標準要求，產品一次合格率可達到99％以上。本專利技術生產的API加厚油管可實現一次加熱一次加厚成型，其鍛造變形比較小，加厚端質量好，合格率高，適合于大批量生產；其生產效率高，生產成本低；本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種外加厚油管的制造方法，其包括如下步驟：１）控制管料的壁厚尺寸，管料的原始壁厚（Ｄ－ｄ）／２控制在公稱壁厚的－７．５％以上，Ｄ為管子公稱外徑，ｄ為公稱內徑；２）控制內成型工具－－沖頭的尺寸，內沖頭變形段的平均直徑（ｄ↓［３ ］＋ｄ↓［２］）／２控制在管子公稱內徑ｄ的上偏差＋０．１５～＋３ｍｍ；３）控制加厚的外成型工具成型尺寸，外成型工具－－外加厚模的內徑Ｄ↓［１］控制在ＡＰＩ標準最大加厚端外徑Ｄ↓［４ＭＡＸ］加上０～０．４ｍｍ修磨量之內，即Ｄ↓［１］≤ Ｄ↓［４ＭＡＸ］＋（０～０．４ｍｍ）；４）管坯加熱，管端縮短部分加熱溫度１１００～１２５０℃；加厚過渡帶段開始后的溫度比管端縮短部分低３０～１５０℃；５）變形加工，將管坯在成型工具內鍛造變形。

【技術特征摘要】
1.一種外加厚油管的制造方法，其包括如下步驟1)控制管料的壁厚尺寸，管料的原始壁厚(D-d)/2控制在公稱壁厚的-7.5％以上，D為管子公稱外徑，d為公稱內徑；2)控制內成型工具——沖頭的尺寸，內沖頭變形段的平均直徑(d3+d2)/2控制在管子公稱內徑d的上偏差+0.15～+3mm；3)控制加厚的外成型工具成型尺寸，外成型工具——外加厚模的內徑D1控制在API標準最大...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張建偉，丁維軍，伏和平，
申請(專利權)人：寶山鋼鐵股份有限公司，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]