材料成型课程设计分析

1、材料成型课程设计热轧无缝钢管油井管（ 152.5 孔型）成品管尺寸114.3*14连轧荒管尺寸毛管尺寸152.5*14179*24姓名学号班级丁超129024146 型 125指导教师 尹元德热轧无缝钢管课程设计内容要求1、产品技术要求；（高压锅炉管和石油管不同）2、工艺流程（包括热轧工艺流程及高压锅炉管（石油管）生产工艺流程）简介；3、针对所设计的成品规格，进行连轧孔型设计（包括计算芯棒直径、各机架减壁量 和减壁率、孔型已知参数及导出参数、第1机架力能参数计算）；4、孔型图（用AUTOCAD画出）题目：规格尺寸（单位：mm）高压锅炉管（119孔型）1、26.9 4119 >5141.5

2、 13.52、30 4.2119 >4.5141.5 133、31.8 41119 >7141.5 15.54、33.7 5.6119 >6.5141.5 155、35 >5119 >5.75141.5 14.256、38 >4.5119 >5.5141.5 147、42.4 6.3119 >6141.5 14.58、44.5 2.6119 >3.25141.5 为.759、51 >5119 >5.75141.5 14.2510、44.5 10119 >10141.5 18.511、54 >12.5119 >1

3、2.5141.5 2112、51 >5.6119 >6141.5 14.513、54 >8119 >8141.5 16.514、54 XI0119 >9.75141.5 18.2515、57 >14.2119 >15141.5 23.5油井管（152.5孔型）1、139.7 20152.5 20179 >30.252、139.7 22.2152.5 22179 >32.53、139.7 25152.5 25179 >35.54、60.3 6(45152.5 7179 X16.255、88.9 9.52152.5 9.25179 >

4、;196、114.3 10.92152.5 10.75179 >20.57、127 >7.52152.5 7<5179 X17.258、132 >15152.5 15179 >259、114.3 输152.5 14179 >2410、93.2 12152.5 为.75179 >21.511、127 >9.19152.5 9179 X18.75目录1钢管的标准及技术要求32生产工艺流程62.1工艺流程图62.2生产工艺流程简述73轧制表计算.10114.1孔型设计的基本参数及变形量表示法114.2轧管机力能参数计算194连轧孔型设计1.钢管的标准及

5、技术要求1.1对钢管尺寸偏差的要求根据国标GB/T17395-2003无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差对尺寸偏差 的要求，可分为标准化和非标准化两种，四个等级，其具体参数要求如 表1-1和表1-2 所示。表1-1外径允许偏差标准化外径允许偏差非标准化外径允许偏差偏差等级外径允许偏差偏差等级外径允许偏差/%D1± 1.5%，最小土0.75mmND1-1.50+1.25D2± 1.0%，最小土0.50mmND2±1.25D3± 0.75%，最小土0.30mmND3-1.0+1.25D4± 0.50%，最小土0.10mmND4± 0.8表

6、1-2壁厚允许偏差标准化壁厚允许偏差偏差等级壁厚允许偏差S/ D0.1<S/D0.05<S/D < 0.10.025<S/D < 0.05S/D <0.025S1± 15%，最小土 0.6mmS2A±12.5%，最小土 0.4mmB正偏差取决于重量要求-12.5%S3A± 10%，最小土 0.2mmB±10%± 12.5%，最小土 0.4mm± 15%C正偏差取决于重量要求-10%S4A±7.5%，最小土 0.15mmB±±10%±12.5%± 15

7、%7.5%S5± 5%，最小土 0.10mm非标准化壁厚允许偏差偏差等级壁厚允许偏差/%NS1-12.5+15NS2-10+15NS3-10+12.5NS4-7.5+12.5注：S是钢管公称壁厚；D是钢管公称外径。1.2对钢管的长度要求根据国标GB/T17395-2003无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差对钢管的长度要求，可分为通常长度、定尺长度和倍尺长度。通常长度钢管一般长度以通常长度交货。通常长度符合以下规定：热轧管：300012000mm冷轧管：200010500mm热轧短尺管的长度不小于2m,冷轧短尺管的长度不小于1m。定尺长度和倍尺长度定尺长度和倍尺长度应在通常长度范围内，

8、全长允许偏差分为三级，如表1-3所 示。每个倍尺长度按以下规定留出切口余量：外径 w 159mm 为 510mm；外径 >159mm 为 1015mm。表1-3全长允许偏差全长允许偏差等级全长允许偏差/mm全长允许偏差等级全长允许偏差/mmL1020JL305L20101.3对钢管外形的要求根据国标GB/T17395-2003无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差对钢管外形尺寸的要求，包括弯曲度、椭圆度。弯曲度钢管的弯曲度分为全长弯曲度和每米弯曲度两种。(a)对钢管全长测得的弯曲度称为全长弯曲度，全长弯曲度分为5级，如表1-4所 示。表1-4全长弯曲度弯曲度等级全长弯曲度/%弯曲度等级全长弯

9、曲度/%不大于不大于E10.20E40.08E20.15E50.06E30.10(b)对钢管每米长度测得的弯曲度称为每米弯曲度，每米弯曲度分为5级，如表1-5所示。表1-5每米弯曲度弯曲度等级每米弯曲度/mm m 1弯曲度等级每米弯曲度/ mm m 1不大于不大于F13.0F41.0F22.0F50.5F31.5椭圆度钢管的椭圆度分为4级，如表1-6所示表1-6钢管的椭圆度椭圆椭圆度不大于外径允许椭圆度椭圆度不大于外径允许度等级偏差/%等级偏差/%NR180NR360NR270NR4501.4对钢管重量的要求根据国标GB/T17395-2003无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差对钢管重量 的要

10、求，钢管可按实际重量交货，也可按理论重量交货。实际重量交货分为单根重量或 每批重量两种。钢管每米的理论重量(kg)按下面的公式计算：W 0.0031416 (D S)S(1-1)式中 W钢管的理论重量，kg/m；钢的密度，kg/dm3 ；D钢管的公称外径，mm；S钢管的公称壁厚，mm。按照理论重量交货的钢管，单根钢管理论重量与实际重量的允许偏差分为 5级，如表1-7所示。表1-7重量允许偏差重量允许偏差等级单根钢管重量允许偏差/%重量允许偏差等级单根钢管重量允许偏差/%W1± 10W4-3.5+10W2± 7.5W5-3.5+6.5W3-5+10142按理论重量交货的钢管，

11、每批不小于10t钢管的理论重量与实际重量允许偏差为土 7.5%或土 5%。2生产工艺流程2.1工艺流程图生产工艺总流程图如图2-1所示：图2-1生产工艺总流程图热轧工艺总图热轧工艺流程图如图2-2所示：4测长、称重火焰切定尺环形炉加热4热F-IF-疋心合格管坯空心坯减径中收间4集库筐冷冷锯<床分冷段却再 加 热 炉图2-2热轧工艺流程图油管生产工艺流程图油管生产工艺流程图如图2-3所示:中间仓库加厚管加厚正 火+回火硬 度 检 验漏 磁 探 伤* 正火+回火保护环入成品库拧 保 护 环打捆外部涂防腐层测长、称重 打印、压印水 压 试 验拧 管 接 头螺 纹舟检 查图2-3油管生产工艺流程

12、图2.2生产工艺流程简述热区生产工艺过程管坯由炼钢厂提供（连铸坯），外径为 178 mm，长度为410m。用60t平板 车（或其他工具）从管坯生产厂至管坯堆放场，按钢号、炉号、规格分别堆放在坯 料架上。根据合同订货和生产计划，管坯由 16t磁盘吊吊至火焰切割机组上料台架，逐 根测长、称重，数据输入计算机已控制自动火焰切割机的自动装置。定尺挡板的行 程由马达按切割数据自动调节，按米重控制长度，然后将倍尺坯料切成0.844.5m定尺管坯长度。管坯入炉前需要再次在辊道磅称上称重，将数据输入热区管理计算 机作为批量跟踪的初始信息，后将管坯送入提升装置运至+5.3m平台上，经装料机 把管坯逐根送入环行炉

13、内加热。按不同的钢种钢级，将管坯加热至 1150C1280°C ±0°C。根据生产节奏时间，由出料机将管坯逐根取出并0.5m扔至管坯斜料台上，震落表面氧化铁皮。管坯沿斜台和辊道运至管坯热定心前定位，继而完成自动定心。定心后的管坯经斜轧穿孔的前台，送入喂料槽，由链条和液压马达驱动的喂料器推入穿孔。穿孔后毛管直径 184mm,长3.511m,壁厚10.7546.50mm。穿孔过程结束后，由“顶杆装入和拔出装置”将顶杆与毛管从辊道上拔出，输 出辊道送料装置将顶杆及毛管往连轧机方向移出约1.7m，被挡板挡住，此位置上，顶杆在挡板后被一个液压装置夹住。这时毛管由辊道向连轧机

14、方向输出，一个用液 压缸操纵的抛出装置将带顶头的顶杆从辊道上拔出，顶杆从辊道上拔出，顶杆经斜 坡滚入冷却装置进行循环冷却。从穿孔机输出的毛管通过16MPa的高压水除磷装置清除一层再生氧化铁皮，直 接进入6机架空心坯减径机。只需定径的毛管，经过 2或3个机架轧出179mm的空心坯；要进行减径的 管，经过6机架轧出141.5mm空心坯，壁厚10.7550mm,长度为4.29m14.08m。 空心坯轧出后，由压缩空气将内壁氧化铁皮吹净，然后进入连轧机前台导位装置进 行芯棒定位。轧制时芯棒头部先于空心坯头部规定长度一起喂入工作机架。当芯棒 尾部离开连轧机最后一机架时，连轧机后台辊道由光电盘控制制动。停

15、下来后斯惠 顿杠杆把它从料辊道上拔出，回转180后放到调节辊道上定位，第二个斯惠顿杠杆重复此动作，放到芯棒脱棒机上脱棒，芯棒进入根一组的循环装置，脱棒后荒管放 入锯切位置，已锯切荒管同步放到螺旋运输机上。壁厚大于7mm时不需要切头，轧出荒管长度为833m，直径为152.5,壁厚为3.2525mm。螺旋运输机在二个周期内把荒管送入螺旋运输装置的存放，设置三路送料辊 道，再把存放槽内的荒管送入第一路轨道同时，三路辊道上的荒管继续前移一个槽 距，第三路上的荒管便进入步进式加热炉中第一齿槽上，其目的是使荒管进料速度 保持底速度，约1.7m/s,以避免炉膛的内壁的故障和损坏。若对荒管取样，则需通过三路辊

16、道中第一路辊道型升降装置下降，三路辊道向 取样锯方向反转，进行锯切。采用混合煤气加热的部进式再加热炉生产能力160t/h，有把不同进料温度(430 C 850C )的荒管加热到约 980 C的温度，而长度方向温度允许为10 C。出再加热炉后通过一台高压水除磷装置进入28架三辊式外传动张减机，减径管的直径(179mm)，壁厚 10.7533.5 mm,长度 4.511.9m。张减管经输送辊道送至部进式冷床。张减机最后一个机架轧辊中心线与冷床端 部距离为，所以当张减机最大轧出深度时，光管部分一离开张减机就要制动。宽长 的部进式冷床通过离合器分为二段传动，冷床使光管旋转前进，起矫直作用，从冷 床下来

17、的光管，由平行布置的二组送辊道成排送往各自冷锯机组进行定位，成排锯 掉增厚端，按各种倍尺锯切，最后锯去尾部增厚端，锯切后倍尺光管经由输送辊道 卸到中间库台料筐上，自动过磅称重，待标签挂上后。由吊车将管捆吊到中间仓库 并有序地放在料架台上。222 精整车间生产工艺222.1油井管生产加工车间生产工艺油井管均不经流水精整线，而是用双梁吊车自中间仓库直接将长度为油井管管 料吊到人工预检测台架，经检验后先将管料的不平端锯掉，然后将28m长的倍尺管料切成7.7m14m长的定尺管坯。油管、套管的加工工艺油井管均不经过流水精整线，而是用 12.5t双梁吊车自中间库直接将长度为 28m 的油井管管料吊至加厚机

18、组进行加厚。加厚前，管子的加厚端采用感应线圈加热， 加热温度约为1250C，然后在液压加厚机上进行管端加厚。每加热一次可加厚12次。经加厚的管子吊至修磨和管端磁粉检验装置台架。修磨装置用于去除加厚耳子 并精磨加厚的管端。在一个滑座上装有两个磨头，可使钢管同时从二侧得到修磨。 通过液压缸可将带有磨头的滑块沿钢管轴线移动约600m。当进行表面修磨时，钢管在旋转装置的带动下绕自身轴线旋转。磨屑由吸尘装置清除。该抽吸装置的排气管 道设在厂房的柱子中间，穿过屋顶排出磨屑。磁化装置和淋磁粉装置通过气动装置 可伸入管子内部和套进管子约为3mm,接着金属磁化头向外开张以使之贴在管子的内壁上，上下两面靠近管子，

19、并接通磁化装置和淋磁粉装置，电流通过铜磁化头流 过管壁，通过外接触头。这种辅助磁化环路使管子圆周磁化，由此显示出管端外表面上沿管子纵向的裂 纹。不合格的管子尚需切除，重新加厚。钢级的管子经修磨、检验合格后，管子直接调运至漏磁、磁粉探伤装置中间库 堆放，其余钢级的油、套管均吊至调质机组中间堆放库进行调质处理。除正火和回 火处理的管子外，其余均采用油淬火 +回火处理。对调质后的钢管，管端不加厚者， 经三辊热定径机后进入双链式冷床进行冷却；经加厚的管子则通过冷床。冷却后的 管子先进行硬度检验，然后通过5/2七辊式矫直机矫直。在加厚端通过矫直机前，五个上矫直辊能分别自动提升和压下，使矫直机始终能保持正

20、常工作。对加厚管端 不直的管子或特别厚的管子尚需在 1600kN压力矫直机上矫直。各种纲级的油、套管均需要进行无损漏磁探伤，检验钢管的横行和纵向裂缝。 除了特别厚的钢管外，油套管均需采用旋转式漏磁化探伤检验，而探头检验不到的 管端部分分别采用磁粉探伤检验。有缺陷的钢管或管端尚需要进行修磨、改尺或报废。经检验合格的钢管调运至油套管车丝机组进行车丝、螺纹检测，并在一端拧上 管接头，然后在水压机上进行密封性实验，接着进行光谱分析。通棒实验检查可能 出现的内径偏差。随后，每根钢管都要进行测长、称重、压印、打印（涂标色）、在两端拧上保护环、静电涂层、打捆入库 3轧制表计算3.1确定连轧管的芯棒直径芯棒的

21、理论直径Dd理Dk 2Sk（ , 3.5mm）=152.5-2 X 14-3.5=121.0mm芯棒补偿Dd补 0.（ Dd实 Dd理）=0.5 X21-121）=0实际外径Dk实Dd实2Sk i=121+2X4+3.5=152.5mm3.2空减坯尺寸限制条件： 连轧管最大延伸系数max，芯棒与空心坯的间隙2见表3-3。表3-3芯棒与空心坯的间隙孔型系列maxSK min2152.53.4673.510计算式d MDd2=121+10=131mmM maxDk 2Sk min12max=152.5-2X 3.5-3.5+15.5=157.5SM =0.5 ( dm - dM )=0.5 (17

22、9-131=24DM. 4 max (D KSK2min )SK mind M max179(3-1)或者：SmSkSk(3-2)其中：Sk、Sk见表3-4。表3-4连轧管机减壁量DkSkSk2152.512.251510103.3空心坯尺寸空减机的任务是为连轧管机提供较高外径精度的空心坯，故其作用首先是定径 Dh 稍大于Dm即可，也就是说在空减机上是不必（也不应该）有大减径量得到三个不等的 空减径外径，即：Dh 184 Dm179, D 3%其中：SH SM - Sm对 152.5孔型，可取 Sh Sm=17.5, 即卩 Sm 03.4管坯直径从轧制的稳定性出发，要求扩径穿孔且扩径量 10%

23、，取Db 175 mm,贝UDh DbDb100%184 1751755.1%4连轧孔型设计4.1孔型设计的基本参数及变形量表示法简述基本参数连轧观机孔型设计的基本参数见表4-3。参数2 2主孔DmSmSk minUmU KFm / cm Fk / cmK max12152.517917.57.75562.0497.056.8216.383.463.59.015.5变形量表示法减壁变形：si （1 Si.Si 1）100%（4-1）式中：s、Si 1第i架出入、口钢管壁厚。外周长变化量：ui（1ULUi 1）100%（4-2）式中：5、Ui 1第i架出入、口钢管外周长。断面缩减量：Fi（1Fi

24、 Fi 1）100%（4-3）式中：Fi、Fi 1第i架出入口钢管截面积。变形分配减径系列的确定 为了保证壁厚的精度，第5、6架应给以较小的减壁量，换言之连轧管的减壁 量应主要分别在前四架。 前两架的减壁量应尽可能大，当不能过大，一般si 60%。这主要考虑来料尺寸的波动而给轧机留有一定的承受余地。 第二架以后，si（i 2、3、4、5）应单调递减，这是因为轧件温度逐渐下降，塑性 降低，孔型侧边易产生裂纹；同时，为使变形缓和，应使相邻机架的减壁量之差逐渐缩小；此外，第5、6架也要有一定的减壁量，否则起不到均壁的作用。第7、8架不减壁，因其主要作用是使钢管与芯棒间形成均匀间隙1，以便顺利脱棒。表

25、4-4连轧管机减壁量分配152.5No.is° (mm)S1(mm)s(%)12415.63522415.335.25315.614.38.3415.314.64.58514.3142.1614.6144.17 141408 14140圆周减小系列及断面收缩率的确定 最大圆周减小率在前3架上，为防止抱棒过紧，在后续机架上应使钢管产生一定 的横变形，第4架孔型圆周的设计应调整到比理论值大5%6%,同样地，第7、8架孔 型圆周也应比前面机架孔型得出的圆周大0.8%1.6%。 圆周尺寸系列及各架钢管出口横截面面积见表4-5o表4-5连轧管机孔型周长与断面缩率152.5No.iU /mmF

26、/cm 2F /%056256.82152242.7024.85249228.3033.72348623.2511.84451120.6011.40550718.4010.68650716.3810.98748616.380848616.380孔型结构的选择根据的经验，连轧孔型轮廓采用圆弧对接，并不严格要求圆滑过度连接，这一点与 前苏联的孔型设计不同。 对于孔型No.16架（No.2架除外）采用二段式圆弧式结构，如图4-4。 152.5孔型No.2架，采用三段弧结构，主要是为了消除钢管45°处的偏厚现象。 对于No.7架，鉴于脱棒要求，在45°处形成“鼓肚”，故也采用三段弧

27、结构。 对于No.8架，为便于脱棒，应使芯棒与钢管间形成均匀间隙，也采用三段弧结 构。No.1 （第一机架孔型）No.2 （第二机架孔型）No.3 （第三机架孔型）No.4 （第四机架孔型）No.5 （第五机架孔型）No.6 （第六机架孔型）No.7 （第七机架孔型）No.8 （第八机架孔型） 图4-4连轧孔型图确定孔型结构参数给定参数偏心距©当减壁量 S较大时，必须留有宽展余地，以防止过充满出耳子或是抱芯棒过紧，故要有一定的椭圆度，其大小与偏心距8有关，规律是：大 S对应大©各架孔型偏心距见表4-6表4-6各架孔型偏心距No1234152.5121240侧壁角AA的大小与

28、椭圆度有关。越大则A越大。若A过小，则产生抱芯棒和过充 满；反之产生欠均壁和圆整。具体的规律是：A(1)a(2)、a(3)a(4)最大a(5)、 a(6)、a(2)、 a(3)相仿；a(7)也最大(考虑脱棒和归圆)各架孔型的a值见表4-7所列。表4-7连轧管机孔型a值12345678152.540404054424245450辊缝g及圆角半径r (完全凭经验)g值应逐渐下降；r 5 mm。导出参数孔型顶部半径R(i)R(i)Dd理.2 S(i) e,(i)(4-4)S(i)、e (i)分别为第i架钢管壁厚和孔型偏心距。孔型参数机圆 角 半 径r孔R3侧壁角a型包 角aA1参C(A2数辊缝调整值

29、圆周圆周长机孔 顶 半 径R侧 壁 半 径R1偏心直径d直径d辊缝架号距e1e20562373188.1.1404065/212.0152.210.0151.79.5522287.895404054/212.0151.610.0151.19.5492378.8192404063/24.0149.610.0149.39.7493475.1178605450/20.0150.210.0149.39.7511574.5600604255/20.0149.08.0148.77.7507674.56006042480.0149.08.0148.87.8507774.53454063.04525500.0

30、12.0149.08.0149.08.0479877.01265.545600.012.0154.05.0154.05.04794.2轧管机力能参数计算轧制力的实测结果表明：最大轧制力处于前两架 现以第一架为例说明轧制力的计 算方法。已知的基本参数孔型高度孔型宽度辊身直径钢管尺寸芯棒直径延伸系数轧辊转速钢种钢级轧件温度轧件出口速度 轧件入口速度Ai 152.2 mmAi 2(R ejBi 194.8mma 40Dg 550 mmDm Sm 179 24 mmDk1 Sk1 152.5 15.6 mmDd 121mm11.74ng1 140rmp42M n Mo7(G105)t11150

31、76;CV 2.996m/sV02.189m/s422轧件对轧辊的作用力P单机轧制时，因无张力作用，轧制力最大。计算公式为:P p1 F1 p2 F2，2 mm ;式中：P1、P2分别为减径区和减壁区的平均单位压力，MPa；F1、F2分别为减径区和减壁区接触面积的水平投影，金属与轧辊接触面水平投影的计算接触面水平投影总面积F的计算按照B.阿尼西伏诺夫推荐式：DoDminDK112Dm2(mm2)(4-6)Dg式中：B孔宽，B B1 ;Do轧辊名义直径，DoD min轧辊底径，D minD。A孔咼，A A1 ;DK1(4-6)得到:DK1第一架减径量，将已知参数Do= 55。Dmin =397.8 Dk1=26.8代入式2F 15861.1mm减壁区接触面水平投影面积12, (Sm Sk1)(D min Sm Sk 1)二、.(24=61mmF2 (Dd15.6)(397.824 15.6)2SM )l 2= (1212 24) 61 =10309mm2减壁区接触面水平投影面积F1 F F215861.14.2.4平均单位压力计算1030925552.1 mm减径区平均单位压力2SmS _D(MPa)(4-7)式中：D减径区钢管平均直径，由下式确定D 0.5( D mD 0D min41；)(4-8)式