钢管加厚一次成型工艺的开发

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型工艺时，终锻温度为８５００Ｃ，计算时取ｒＴ＝
用阿伦尼乌斯（Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ）关系［３〕表示：
ｒＴ＝ｒｏｅｘｐ（Ａ／ＴＫ）（３）
２８０ＭＰａ，Ｋ＝１．５，第１道次的顶锻面积Ｓ，＝
１前言钢管加厚是将钢管端部局部加热后，通过挤压使其长度缩短、壁厚增加的工艺，其目的是提
一般采用二次加热二次加厚或三次加热三次加厚方式。为降低生产成本，提高产量，湖南衡阳钢管（集团）有限公司进行了一次加热一次加厚成
型工艺的开发。
高钢管连接处的强度，一般用作石油油管［Ｃ１１、钻杆管［１２１和地质管等。根据钢管加厚端内外径的变
小。
５６０ｏｋＮ，即使考虑到液压损耗和顶锻摩擦，实
际生产中可达到的最大顶锻力应不小于２５００ｋＮ。而从上述初步估算可以看出：生产Ｖ３ｍｍ加厚油管和钻杆管的最大顶锻力均小于２４０ｏｋＮ，加厚机的实际能力大于ｏＤ７３ｍｍ加厚油管和钻杆管生产所需的顶锻力，所以二次加厚成型改为一次加厚成型在理论上是可行的。
数后，顺利实现了钢管的一次加热一次加厚成型，使生产成本降低了５０％，产量提高了约２倍．
关键词：钢管生产；管端加厚；成型工艺；顶锻力
中圈分类号：ＴＧ３３５．７１
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００３－９９９６（２００７）０１－００３０－０３
（１）
故（２）实际加厚过程中，摩擦系数基本不变，
式中，Ｋ为系数，与液压顶锻油缸面积和冲头的顶锻面积之比有关，同时与摩擦状态和工模具设计及生产时的中心线重合情况等有关，Ｋ值的理论
收稿日期：２００６－１０－１６．收修改稿日期：２００６－１２－３０作者简介：周勇（１９６９－），男（汉族），湖南衡阳人，高级工程师，硕士。
专用润滑剂，这种水基润滑剂具有２个优点：一是摩擦系数小，冲头和钢管内表面之间的摩擦系数ｆｓｓｏ＊ｃ＝０．０５，ｆｌ１００＇Ｃ＝０．０９。二是润滑剂喷涂在冲头上有良好的粘性。（３）改进模具的冷却系统。通过调整加厚模具与冲头的冷却喷嘴，使模具冷却均匀，并维持一定的温度，从而使润滑剂能较好地附着在模具
３一次加厚成型工艺的实施
为了顺利实现钢管加厚的一次成型，尽可能降低顶锻力，改善金属流动性，采取了如下措
施：
（１）为降低钢的变形抗力，将管端加热温度
由原１２００ ℃提高至１２５０＇Ｃ，尤其要提高过渡带
的温度；并要保证中频加热的均匀性，使中频加热炉的加热温差由８０－１５０ ℃降低到５０ ℃左右，以提高变形的均匀性。（２）为使加厚内外模具得到良好的润滑，通过与石墨润滑剂生产厂家进行合作，开发了加厚
化情况，加厚钢管可分为：外加厚、内加厚、内外加厚３种，其中最为常见的是外加厚和内外加厚２种。外加厚钢管的加厚端外径大于管体外径，内径基本不变；内外加厚钢管的加厚端内径小于管体内径，外径大于管体外径。加厚机一般有机械式和液压式２种，目前国内钢管厂家大多采用液压式加厚机，如宝钢钢管公司、湖南衡阳钢管（集团）有限公司、无锡西姆莱斯钢管公司等。其加厚生产工艺流程为：光管检验￣定位￣步进梁平移送管，感应加热炉管端加热￣管端加厚￣加厚端检查￣中间库一加厚端修磨￣检验￣人库。按变形量不同，钢管加厚
式中，Ａ为常数，随钢种不同而不同，含妮、钒、钦的微合金钢的Ａ值稍高于含锰钢；ＴＫ为变形温
度。
钢的变形抗力与其化学成分有关，而且若钢的原始Ｙ晶粒尺寸越小，屈服强度越大，其抵抗变形能力亦越大；变形温度越高，变形抗力越小；应变速率越大，变形抗力也越大。从有关资
料［］可查出，一般碳钢和低合金钢在７ ’ ００－１３００ ℃之间，以２－１００ｓ－，的变形速率进行变形
ｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎＨｅｎｇｙａｎｇＳｔｅｅｌＴｕｂｅ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｔｈｅｃｏｓｔｗａｓｄｅｃｒｅａｓｅｄ５０，ａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
ｉｎｃｒｅａｓｅｄｔｗｏｔｉｍｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌｔｕｂｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；ｔｕｂｅｕｐｓｅｔｔｉｎｇ；ｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ；ｆｏｒｃｅｏｆｕｐｓｅｔ
札
翻
２００７年２月・第１期第２４卷・
Ｆｅｂ．２００７
Ｖｏｌ．２４
Ｎｏ－１
ＳＴＥＥＬＲＯＬＬＩＮＧ
钢管加厚一次成型工艺的开发
周勇，郭胜
（湖南衡阳钢管（集团）有限公司，湖南衡阳４２１００１）摘要：通过对钢管加厚过程中二次成型与一次成型各自所需顶锻力的计算，证实了在现有工艺条件下实现一次加厚成型的可能性。在调整冷却喷嘴、开发加厚专用的水基润滑剂、改进顶锻工模具设计和工艺参
Ａｂｓｔｒａｃｔ；Ｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｏｎｃｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｔｅｅｌｔｕｂｅｕｐｓｅｔｔｉｎｇｗａｓｃｅｒｔｉｆｉｅｄｂｙｃａｃｕｌａｔｉｏｎｔｈｅｆｏｒｃｅｏｆｕｐｓｅｔ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｏｎｅ一ｔｉｍｅｒｅｈｅａｔｉｎｇａｎｄｏｎｃｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｕｐｓｅｔｔｉｎｇｏｆｓｔｅｅｌｔｕｂｅ
２６５４Ｘ１０－６ｍ２，第２道次的顶锻面积Ｓｚ＝４１０４Ｘ１０－６ｍ２。由式（（２）可得：第１道次所需顶锻力Ｆ，＝１１１４ｋＮ，第２道次所需顶锻力ＦＺ＝１７２３ｋＮ，采用一次成型工艺时，终锻温度为９２０＇Ｃ，取ｒＴ＝３４０ＭＰａ，Ｋ＝１．４５，顶锻面积Ｓ＝４１０４Ｘ１０－６ｍ，，则有Ｆ二２０２３ｋＮ，２．３．３加厚机的能力加厚机设计的比例泵最大液压压力为２５ＭＰａ，最大顶锻力为２８００ｋＮ，最大夹紧力为
二次加厚生产时，锻造开始温度从最高的１１５０ ℃ 逐渐降低，终锻时温度为８００＇Ｃ，此时其变形抗力‘ ｒＴ最大，故估算时取ｒＴ＝２７０ＭＰａ。同时，根据润滑情况取Ｋ＝１．５。第１道次的顶锻面积Ｓ，＝１４９３．５Ｘ１０－＇ｍ＇，第２道次的顶锻面积ＳＺ＝２００７Ｘ１０－ｓｍ２。由式（２）可得：第１道次所需顶锻力Ｆ，＝６０５ｋＮ，第２道次所需顶锻力ＦＺ＝８１２
２加厚变形分析
２．１顶锻力的工程计算通过对加厚工艺的应力一应变近似求解，可
以得出：
（１）单位顶锻力尸与摩擦系数产和材料的高
温变形抗力ｒＴ成正比：Ｐ＝Ｋ。Ｕ，ＪｒＴ顶锻力（徽粗力）Ｆ可表示为：Ｆ＝Ｋ・ｒＴ・Ｓ・（２）
ｋＮ．
一次加厚生产时，由于变形量增加，终轧温度为８５０｀Ｃ，其变形抗力ｒＴ较大，故取ｒＴ＝
３００ＭＰａ。由于改善了润滑条件，摩擦系数减小，故
取Ｋ＝１．４５。顶锻面积Ｓ二２００７Ｘ１０－６ｍ＇。由式
２．３．２０７３ｍｍＸ９．１９ｍｍ加厚钻杆管二次成型时，每道次变形量约为１．５，而采用一次成型时的变形量为２．２。由于钻杆采用
２６ＣｒＭｏＮｉＴｉＢ钢，变形抗力大于油管，壁厚较
油管厚，所以终锻温度比油管稍高、采用只次成
加厚长度
加厚外径
０８０．１０８０．１０９６．５
０８６．０
挡板位０３５０乃
１０５１０５１１０８５
３２
ຫໍສະໝຸດ Baidu
札
如
２００７年２月出版
裹１钢管一次加厚成型的工艺．数
ｍｍ
上，同时能保证模具与工件的摩擦力一致，从而使金属流动均匀，变形充分。（４）改进冲头的锥度设计，使其摩擦系数更Ａ｀，便于金属流动，从而保证加厚端的内表面得
以充满。
品种
油管
规格
１０７３．０３Ｘ５．５１
ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＯｎｃｅＦｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｏｆＳｔｅｅｌＴｕｂｅＵｐｓｅｔｔｉｎｇ
ＺＨＯＵＹｏｎｇ，ＧＵＯＳｈｅｎｇ
（ＨｅｎｇｙａｎｇＳｔｅｅｌＴｕｂｅ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｅｎｇｙａｎｇ４２１００１，Ｃｈｉｎａ）
时，其变形抗力为８０－３５０ＭＰａ．２．３加厚过程的顶锻力估算以０７３ｍｍＸ５．５１ｍｍ加厚油管和ｃｐ７３ｍｍＸ９．１９ｍｍ加厚钻杆管为例，根据式（２）估算加厚工艺中的顶锻力。２．３．１（Ｄ７３ｍｍＸ５．５１ｍｍ加厚油管钢管二次加厚成型的每道次变形量（变形前后的截面积之比）分别为１．３２左右，一次加厚成型的变形量为１．７０。加厚过程的时间很短，约为０．５ｓ。所以，一次成型和二次成型的应变速率相差不大，应变速率对变形抗力的影响较
第２４卷・第１期
周
勇等：钢管加厚一次成型工艺的开发
３１
计算很复杂，故根据经验确定为１．１－２．０；Ｓ为
顶锻面积。
（２）可得，一次加热一次成型所需顶锻力Ｆ＝
８７０ｋＮ，
２．２变形抗力分析金属高温变形抗力是影响金属热加工过程的重要因素，在计算各种压力加工的力和功、建立轧制力数学模型、制定工艺参数、设计和校核压力加工设备和工具等方面都是必不可少的参数之一。钢的高温变形抗力ｒＴ随温度变化的关系可