至德鋼業(yè)不銹鋼無縫管制造大口徑薄壁氣瓶工藝

 浙江至德鋼業(yè)有限公司為了彌補熱軋、冷軋等工藝對大口徑薄壁氣瓶用不銹鋼無縫管的加工能力不夠或成本過高等不足，開發(fā)和完善了熱擴加冷拔工藝來制造此類不銹鋼無縫管。試驗結(jié)果證明：用此工藝生產(chǎn)的氣瓶鋼管可以滿足GB 28884-2012 的要求，同時也滿足客戶在性能、尺寸等方面提出的協(xié)議要求，可以彌補目前市場中此類氣瓶鋼管的不足。

“十一五”期間，壓縮天然氣汽車等新型清潔燃料汽車已被列入《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中，中國還致力于組織實施包括天然氣汽車在內(nèi)的各種清潔能源汽車的重大項目。筆者通過改進(jìn)設(shè)備、優(yōu)化工藝，研制了一種性能優(yōu)良的車載氣瓶用無縫鋼管。下面以規(guī)格為660ｍｍ×9.7ｍｍ的30CrMoＥ鋼為例，對其生產(chǎn)工藝進(jìn)行詳細(xì)的介紹，以供參考。

一、生產(chǎn)工藝路線

 目前市場上能直接軋制660mm不銹鋼無縫管的機組稀少，并且還受到壁厚、價格、交期等方面的限制，無法滿足市場對此類鋼管的需求。因此某公司結(jié)合自身的優(yōu)勢，添加了冷拔及輔助設(shè)備，通過實踐證明能夠生產(chǎn)出滿足市場需求的此類鋼管。具體生產(chǎn)工藝為：將規(guī)格為406ｍｍ×16ｍｍ的母管先擴徑至665ｍｍ×14.5ｍｍ，再冷拔至660ｍｍ×9.7ｍｍ。

二、主要工藝及要點

 1. 熱擴工藝

  a. 母管的選擇與準(zhǔn)備

  選用母管為熱軋態(tài)406ｍｍ×16ｍｍ 30CrMo E 成品不銹鋼無縫管，此規(guī)格為熱軋通用規(guī)格，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。在擴徑之前需要對母管進(jìn)行化學(xué)成分、硬度、非金屬夾雜物、幾何尺寸等檢測，并要求滿足協(xié)議要求。除此之外，還需要清除母管內(nèi)壁的雜物與氧化皮后均勻涂抹潤滑劑。潤滑劑為粉末狀石墨粉（粒徑74μｍ）、鱗片石墨粉（粒徑68μｍ）與水按質(zhì)量比1∶1∶3混合。

  b. 芯棒選配

 芯棒的選擇會直接影響擴徑后鋼管的外徑與壁厚質(zhì)量，因此芯棒的選擇在熱擴工藝中尤為重要。圖２為芯棒形狀示意圖，此次選擇的芯棒材料為ＡＩＳＩ３１０不銹鋼，外徑為６３４ｍｍ。

  c. 連桿選配

 選擇的連桿外徑為219ｍｍ，長度為14000ｍｍ，能使母管完全穿于連桿之上。芯棒導(dǎo)入段的端頭與螺母焊接在一起，螺母的外徑比導(dǎo)入段端頭外徑小5～6ｍｍ。連桿端頭與螺栓焊接在一起，螺栓、螺母為管螺紋，一般使用油田J55鋼的接箍料，螺母和螺栓的焊接保證同心度一致。

  d. 線圈選配

 加熱線圈的選擇根據(jù)熱擴成品管的外徑而定：加熱線圈外徑＝熱擴成品管外徑＋80～120ｍｍ。加熱線圈的長度應(yīng)覆蓋芯棒導(dǎo)入?yún)^(qū)一半以上、變形區(qū)的全部和定徑區(qū)一半以上，線圈的匝數(shù)為16匝，長度為1200ｍｍ，此次線圈外徑為766ｍｍ。

  e. 熱擴過程

  將準(zhǔn)備好的母管穿于連桿之上，經(jīng)中頻線圈將芯棒與母管加熱到一定溫度，利用專用擴管機油缸把母管推進(jìn)芯棒變徑段，使鋼管變徑成型。

  f. 熱擴工藝記錄

  熱擴過程中，遠(yuǎn)紅外測溫儀與速度采集器會把收集的信號反饋到相應(yīng)的模塊中，模塊會把信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示在中央控制臺屏幕上，操作員可以根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的調(diào)整、記錄及存檔打印。此次擴管溫度為770～790℃。

  2. 熱處理工藝

  為了滿足冷拔機能力以及避免拔制過程中鋼管斷裂或產(chǎn)生缺陷，擴徑后鋼管需要進(jìn)行退火處理來降低鋼管的硬度。熱處理工藝為740℃保溫90分鐘，爐冷至450℃出爐空冷，熱處理后鋼管硬度為158～175ＨB。

  3. 后續(xù)質(zhì)量控制工藝

  1. 矯直、內(nèi)外拋丸和內(nèi)外表面修磨

   確保鋼管直線度以及內(nèi)外表面沒有氧化皮、裂紋、折疊、翹皮、劃道、孔洞、嚴(yán)重凹凸等缺陷，并且使鋼管內(nèi)外表面有一定的粗糙度與清潔度，從而保證磷化、皂化質(zhì)量。

  2. 磷化、皂化

  磷化工藝為：將鋼管浸于65～70℃的磷化液中120分鐘，使鋼管內(nèi)外表面形成一層磷化膜，為皂化液的吸附作準(zhǔn)備。磷化液指標(biāo)檢測結(jié)果為：游離酸1.0度，總酸度32.5噸。

皂化工藝為：將磷化后的鋼管在清水中洗凈后浸入70～75℃的皂化液中80分鐘，使鋼管內(nèi)外表面吸附一層均勻的皂化液，從而起到潤滑作用，避免由于工模具磨損和粘結(jié)金屬而影響鋼管內(nèi)外表面質(zhì)量。皂化液指標(biāo)檢測結(jié)果為：脂肪酸8.0度。

 4. 冷拔工藝

  a. 外模選配

   選用錐形外模，材料為Cr12MoV模具鋼，內(nèi)徑為660ｍｍ。

  b.內(nèi)模選配

  選用錐形內(nèi)模，材料為Cr12MoV模具鋼，外徑為642ｍｍ。

  c.連桿選配

  選用直徑為280ｍｍ、絲牙直徑為250ｍｍ的連桿，使之與內(nèi)模內(nèi)孔緊配。

  d. 拔制過程

  選用1600噸液壓式冷拔機，采用等徑減壁冷拔工藝進(jìn)行拔制。拔制前需檢查母管內(nèi)外表面及磷皂化質(zhì)量，并消除內(nèi)、外模具表面毛刺等缺陷。拔制時內(nèi)、外模中心應(yīng)與連桿中心保持一致，避免產(chǎn)生彎曲或壁厚不均。

  5. 探傷、全長測厚控制工藝

  根據(jù)GB/T 5777-2008 與 GB/T 7735-2004 的要求，對鋼管進(jìn)行超聲波與渦流檢測，未發(fā)現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)要求的缺陷。根據(jù) GB 28884-2012 與協(xié)議的要求，需對鋼管進(jìn)行全長測厚以及其他尺寸檢測，結(jié)果如表所示。

  6. 理化試驗工藝

  根據(jù)協(xié)議要求，鋼管拔制完成后需取樣模擬氣瓶熱處理方式進(jìn)行理化室小爐試驗，所得結(jié)果應(yīng)符合協(xié)議要求。

  a. 試驗方法

  分別在兩根拔制完成的鋼管上取300ｍｍ×300ｍｍ試樣，編號為Ａ與Ｂ。將取好的試樣在理化室進(jìn)行小爐熱處理，熱處理工藝為：淬火（920℃保溫25分鐘，油冷）＋回火（620℃保溫50分鐘，空冷）。然后對試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測試及金相檢驗。

  b. 試驗結(jié)果

  不銹鋼無縫管試樣的化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測試和金相檢驗結(jié)果分別如表所示，鋼管試樣的顯微組織形貌如圖所示。由結(jié)果可見，鋼管的化學(xué)成分、力學(xué)性能和顯微組織的各項檢測結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議的要求范圍之內(nèi)。

三、結(jié)論

  1. 該660ｍｍ×9.7ｍｍ 30CrMo E氣瓶用不銹鋼無縫管是在 GB 28884 - 2012的基礎(chǔ)上，根據(jù)協(xié)議的要求通過熱擴加冷拔方法進(jìn)行生產(chǎn)的。整個過程在技術(shù)、操作、質(zhì)量、數(shù)據(jù)、記錄等方面是可控且可追溯的，符合質(zhì)保體系與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。按照該工藝生產(chǎn)出的660ｍｍ×9.7ｍｍ 成品不銹鋼無縫管的尺寸測量與理化檢驗結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)協(xié)議要求。

  2. 熱擴加冷拔工藝用于生產(chǎn)大口徑薄壁氣瓶用無縫鋼管是一種可行、穩(wěn)定、有優(yōu)勢的工藝，它可以彌補目前市場上其他工藝的不足，滿足客戶對此類不銹鋼無縫管的需求。