專利名稱：一種外加厚油管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油管的制造方法，特別涉及API標(biāo)準(zhǔn)外加厚油管的制造方法。
背景技術(shù)：
API標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度，形成了加厚油管系列產(chǎn)品，見API Spec 5CT表E.27和表C.27。傳統(tǒng)的生產(chǎn)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(yīng)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(dá)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??；加厚的管端冷卻后送到修磨機(jī)上把氧化鐵皮及缺陷修磨掉；經(jīng)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(jìn)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(dá)到API標(biāo)準(zhǔn)外加厚油管的管端尺寸。這種加厚方法生產(chǎn)質(zhì)量好，不易產(chǎn)生管端表面缺陷，但消耗能源多，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)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(jīng)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(dá)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??；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(xù)變形，隨后送到修磨機(jī)上修磨管端變形筋和表面缺陷及氧化鐵皮，達(dá)到API標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)成本下降，二次變形在一個周期內(nèi)完成，生產(chǎn)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(chǎn)生表面缺陷，需要進(jìn)行重新加厚返修，有時會出現(xiàn)加厚完成后，沖頭被抱緊而無法退出；對于采用翻轉(zhuǎn)沖頭的加厚機(jī)，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(chǎn)廠家一直在試驗一次加熱一次成型的生產(chǎn)工藝，但難以解決大變形比下的質(zhì)量問題，例如，API標(biāo)準(zhǔn)2-3/8″規(guī)格，其管體公稱外徑為60.32mm，壁厚為4.83mm，API標(biāo)準(zhǔn)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(dá)[(67.48-60.32)/2+4.83]/4.23＝2.08。表1列出了API標(biāo)準(zhǔn)中加厚油管常用規(guī)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(tǒng)容易失穩(wěn)，金屬流動比較困難，難以獲得具有良好質(zhì)量的加厚端。寶鋼股份有限公司從德國引進(jìn)油壓加厚機(jī)時，M/D公司提供的資料上認(rèn)為，工藝設(shè)計時加厚的鍛造變形比應(yīng)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(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，而且經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)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(jī)配套輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明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(wěn)定的管端加厚質(zhì)量。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，本發(fā)明的關(guān)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(biāo)準(zhǔn)公差的下極限上；其次是控制內(nèi)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(nèi)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)減少加厚端的壁厚，減少一次鍛造變形比，為實現(xiàn)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(xiàn)過多的質(zhì)量異常，本發(fā)明提出了適當(dāng)范圍的內(nèi)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(nèi)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(nèi)表凹坑缺陷。另外，本發(fā)明提出通過調(diào)節(jié)加熱范圍或者管端冷卻以建立溫度梯度，以適應(yīng)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(qiáng)度，減緩該部分的金屬變形，以避免加厚后過渡帶后面的內(nèi)表出現(xiàn)金屬內(nèi)凸現(xiàn)象。
本發(fā)明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(nèi)徑，比API標(biāo)準(zhǔn)-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(nèi)成型工具——沖頭的尺寸，內(nèi)沖頭變形段的平均直徑(d3+d2)/2控制在管子公稱內(nèi)徑d的上偏差+0.15～+3mm；使得加厚時內(nèi)徑有所脹大，從而減少了加厚端的壁厚，達(dá)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(nèi)徑D1控制在API標(biāo)準(zhǔn)最大加厚端外徑D4MAX加上0～0.4mm修磨量之內(nèi)，即D1≤D4MAX+(0～0.4mm)；以保證加厚管的連接強(qiáng)度，管端內(nèi)徑脹大量應(yīng)確保加厚端的壁厚滿足API標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(nèi)表出現(xiàn)金屬內(nèi)凸現(xiàn)象；上述兩者的溫度差可以通過控制有效加熱長度和/或調(diào)節(jié)端部冷卻來實現(xiàn)。
5)變形加工，將管坯在成型工具內(nèi)鍛造變形。
進(jìn)一步，所述的成型用內(nèi)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(jìn)金屬的徑向塑性變形，避免大變形比鍛造加厚時的內(nèi)表凹坑缺陷，同時可防止沖頭與管子內(nèi)表產(chǎn)生劇烈的摩擦。
目前國內(nèi)外液壓加厚機(jī)生產(chǎn)外加厚油管的方法普遍采用兩次加熱，二次加厚成型，生產(chǎn)節(jié)奏很慢，消耗能源多，生產(chǎn)成本高；也有廠家采用一次加熱二次加厚成型工藝，但對設(shè)備精度要求很高，難以適合大批量穩(wěn)定地生產(chǎn)；個別廠家也有采用一次加熱一次成型的，其主要技術(shù)特點是管料尺寸參照API標(biāo)準(zhǔn)控制，模具設(shè)計按照管子的公稱外徑、壁厚尺寸進(jìn)行設(shè)計，加厚過程中工藝控制時僅規(guī)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(chǎn)工藝，API油管壁厚鍛造比均大于1.80，但加厚端的表面質(zhì)量較差，加厚端的內(nèi)表面易出現(xiàn)凹坑缺陷，合格率不是很高，一次合格率85％左右，需要后續(xù)修磨挽救或返工。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明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(nèi)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(jù)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(zhì)量。按本發(fā)明技術(shù)生產(chǎn)，API油管壁厚鍛造比均小于1.75，加厚表面質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，產(chǎn)品一次合格率可達(dá)到99％以上。
本發(fā)明生產(chǎn)的API加厚油管可實現(xiàn)一次加熱一次加厚成型，其鍛造變形比較小，加厚端質(zhì)量好，合格率高，適合于大批量生產(chǎn)；其生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低；每個加厚端只加熱一次，消耗的能源較少；一次成型中使用的潤滑劑使用量明顯降低，減少了生產(chǎn)現(xiàn)場的污染。


圖1為本發(fā)明的加厚油管管端示意圖；圖2為本發(fā)明的加厚成型工具——內(nèi)沖頭局部示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
參見圖1，圖1為本發(fā)明加厚油管管端示意圖，虛線部分為原始管端，其中D為管子公差外徑，d為公稱內(nèi)徑，D4為加厚端外徑，LEU為加厚端長度，La為過渡帶消失點到加厚管端的長度，LW為管端加厚后的縮短長度，LA為過渡帶消失點到加厚前原始管端的長度，LA＝La+LW，LV為過渡帶起點到原始管端的長度。圖2為本發(fā)明加厚成型工具——內(nèi)沖頭局部示意圖，其中L為加厚時參與成型的變形段，T為內(nèi)沖頭的錐度，d3為變形段的大徑，d2為變形段的小徑。
實施例①API標(biāo)準(zhǔn)加厚油管，規(guī)格為73.02mm×5.51mm，公稱內(nèi)徑d為62mm，按照API標(biāo)準(zhǔn)，該規(guī)格的最小壁厚為4.82mm，其加厚端外徑為78.59(0，+1.59)mm，加厚后如內(nèi)徑按公稱內(nèi)徑而外徑按最大外徑80.18mm計算，則其最大鍛造變形比可達(dá)1.88。采用本發(fā)明的設(shè)計，來料壁厚控制在-7.5％以上，即最小壁厚控制在5.10mm，內(nèi)沖頭變形段L的大徑d3和小徑d2的平均值為63mm，外加厚模的內(nèi)徑設(shè)計為API標(biāo)準(zhǔn)最大加厚端外徑80.18加上0.4mm修磨量，即80.58mm，此時的鍛造變形比只有1.72，有效地減少了鍛造變形比；內(nèi)沖頭變形段錐度為1/150，可促進(jìn)金屬流動，有效抑制內(nèi)表凹坑的產(chǎn)生；加厚時，通過控制有效加熱長度、調(diào)節(jié)端部冷卻等，使得縮短量部分的金屬溫度達(dá)到1100～1250℃，比加厚過渡帶位置后的金屬溫度高30～150℃。上述設(shè)計的加厚油管生產(chǎn)合格率達(dá)到99％以上，可以滿足大批量生產(chǎn)的要求；并且將上述管子按照API標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗，其內(nèi)壓強(qiáng)度和連接強(qiáng)度均滿足API標(biāo)準(zhǔn)性能要求。
②API標(biāo)準(zhǔn)加厚油管，規(guī)格為88.9mm×6.45mm，公稱內(nèi)徑d為76mm，按照API標(biāo)準(zhǔn)，該規(guī)格的最小壁厚為5.64mm，其加厚端外徑為95.25(0，+1.59)mm，加厚后如內(nèi)徑按公稱內(nèi)徑而外徑按最大外徑96.84mm計算，則其最大鍛造變形比可達(dá)1.85。采用本發(fā)明的設(shè)計，來料壁厚控制在-7.5％以上，即最小壁厚控制在5.97mm，內(nèi)沖頭變形段的大徑和小徑的平均值為76.2mm，外加厚模的內(nèi)徑設(shè)計為API標(biāo)準(zhǔn)最大加厚端外徑96.84加上0.4mm修磨量，即97.2mm，此時的鍛造變形比只有1.78，有效地減少了鍛造變形比；內(nèi)沖頭變形段錐度為1/160，可促進(jìn)金屬流動，有效抑制內(nèi)表凹坑的產(chǎn)生及“抱沖頭”的悶車問題；加厚時，通過控制有效加熱長度、調(diào)節(jié)端部冷卻等，使得縮短量部分的金屬溫度達(dá)到1100～1250℃，比加厚過渡帶位置后的金屬溫度高30～150℃。上述設(shè)計的加厚油管生產(chǎn)合格率達(dá)到99.5％以上，可以滿足大批量生產(chǎn)的要求；并且將上述管子按照API標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗，其內(nèi)壓強(qiáng)度和連接強(qiáng)度均滿足API標(biāo)準(zhǔn)性能要求。
權(quán)利要求
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(nèi)徑；2)控制內(nèi)成型工具——沖頭的尺寸，內(nèi)沖頭變形段的平均直徑(d3+d2)/2控制在管子公稱內(nèi)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(nèi)徑D1控制在API標(biāo)準(zhǔn)最大加厚端外徑D4MAX加上0～0.4mm修磨量之內(nèi)，即D1≤D4MAX+(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(nèi)鍛造變形。
2.如權(quán)利要求1所述的外加厚油管的制造方法，其特征是，所述的成型用內(nèi)沖頭變形段L為一圓錐體，其工程錐度T為1/300～1/50。
全文摘要
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(nèi)徑；2.控制內(nèi)成型工具—沖頭的尺寸，內(nèi)沖頭變形段的平均直徑(d
文檔編號B21K21/00GK1872448SQ20051002630
公開日2006年12月6日 申請日期2005年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月30日
發(fā)明者張建偉, 丁維軍, 伏和平 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司