冷轧冷拔无缝钢管车间设计-毕业设计论文

毕业设计论文

冷轧冷拔无缝钢管车间设计

摘要

本毕业设计论文，设计内容为冷轧冷拔无缝钢管车间，车间年产量18000吨，成品规格为Φ125～18×3.5～6.5×12000～3000mm。具体生产的产品类型有结构用无缝钢管，石油裂化用无缝钢管。主要设计步骤有：根据当前市场对各种产品的需求，编制产品方案；具体内容包括：确定各种产品的年产量，材质和钢管种类；根据产品方案、产品质量和车间生产率的要求制定生产工艺流程；根据产品产品尺寸规格选择主要设备和辅助设备；然后进行工艺计算和编制金属平衡表及生产工艺流程定额卡；随后进行变形工具设计；计算设备负荷率；其后比较重要的一步是设计车间布局图；最后计算车间劳动组织及主要经济指标和投资概算。至此，本次设计的内容已全部完成。设计期间，采用了计算机辅助计算机作图。

【关键词】冷轧，冷拔，车间，设备，无缝钢管

ABSTRACT

This is a paper aboat a workshop of cold rolling and cold drawing seamless steel tube .The workshop anually produce 18 thousand seamless steel tube and the specification range is Φ125×10mm to Φ35×3.5mm .The mainly designed the plan of the products ; The balance of the metal material ;To determine the specifications of the typical products ;And device the anually produce amount of each typical products; For oters I calculated the cost of the demound of the desige I defined the technological process and basically defined the mainly equipments and the subsidiary equipmentslost in technology and labor .And designed the chart of the whole workshop and so on .

【Key word】cold rolling, cold drawing, workshop, equipment, seamless stell tube

目录

1 综述报告 (7)

1.1 前言 (7)

1.2 世界范围内的钢管生产现状 (7)

1.3 我国无缝钢管生产现状 (7)

1.4 无缝钢管生产新技术 (8)

1.5 产品标准与技术要求 (8)

1.5.1 钢管生产的冷斜轧技术 (8)

1.5.2 冷轧－冷拔联合工艺 (9)

1.6 交货标准...... .. (9)

1.6.1 我国无缝钢管联轧设备的发展 (9)

1.6.2 我国周期式冷轧管机的发展 (10)

1.7 总结 (10)

2 生产方案选择 (11)

2.1 产品方案的编制 (11)

2.1.1 什么是产品方案 (11)

2.1.2 编制产品方案的原则 (11)

2.1.3 计算产品的选择 (11)

2.1.4 产品标准与技术要求 (12)

2.2 生产方案的选择 (12)

2.2.1 生产方案选择的原则 (12)

2.2.2 钢管生产方案 (13)

3 生产工艺流程............................................................... 错误！未定义书签。

3.1 制订生产工艺流程的主要依据……………………………………...错误！未定义书签。

3.2 生产工艺流程简图 (13)

3.2.1 管料 (13)

3.2.2 检查、修模 (13)

3.2.3 切断......................................................... 错误！未定义书签。

3.2.4 酸洗、水洗、水冲 (14)

3.2.5 磷化、烘干、皂化 (15)

3.2.6 冷轧 (15)

3.2.7 打头、冷拔 (15)

3.2.8 中间热处理、成品热处理 (16)

3.2.9 矫直 (16)

3.2.10 切断、切头 (16)

3.2.11 无损探伤 (19)

3.2.12 表面涂层 (19)

3.2.13 包装、入库 (19)

4 主设备的选择及分析论证........................................... 错误！未定义书签。

4.1 主要设备选择 (20)

4.2 辅助设备选择 (22)

4.2.1 加热及热处理设备的选择 (22)

4.2.2 切断设备的选择 (23)

4.2.3 矫直机的选择 (23)

4.2.4 酸洗锤头设备的选择 (24)

4.2.5 烘干设备的选择 (24)

4.2.6 起重运输设备的选择 (25)

5 工艺计算与金属平衡................................................... 错误！未定义书签。

5.1 工艺计算 (26)

毕业设计论文 (1)

冷轧冷拔无缝钢管车间设计 (1)

摘要 (1)

ABSTRACT (2)

1综述报告 (8)

1.1 前言 (8)

1.2 世界范围内的钢管生产现状 (8)

1.3 我国无缝钢管生产现状 (8)

1.4 无缝钢管的主要生产方法 (8)

1.5 无缝钢管生产新技术 (9)

1.5.1 钢管的冷斜轧技术 (9)

1.5.2冷轧-冷拔联合工艺 (9)

1.6 我国无缝钢管设备发展情况 (10)

1.6.1我国无缝钢管连轧设备的发展 (10)

1.6.2 我国周期式冷扎管机的发展 (10)

1.7 总结 (10)

2 生产方案选择 (12)

2.1 产品方案的编制 (12)

2.1.1 什么是产品方案 (12)

2.1.2 编制产品方案的原则 (12)

2.1.3 计算产品的选择 (12)

2.1.4 产品标准与技术要求 (13)

2.2 生产方案的选择 (13)

2.2.1 生产方案选择的依据 (13)

2.2.2钢管生产方案 (13)

3 生产工艺流程 (15)

3.1 制定生产工艺流程的主要依据 (15)

3.2 生产工艺流程简图 (15)

3.2.1 管料 (15)

3.2.2检查、修模 (15)

3.2.3 切断 (16)

3.2.4 酸洗、水洗、水冲 (16)

3.2.5 磷化、烘干、皂化 (17)

3.2.6 冷轧 (17)

3.2.7 打头、冷拔 (17)

3.2.8 中间热处理、成品热处理 (18)

3.2.9 矫直 (18)

3.2.10 切断、切头 (18)

3.2.11 无损探伤 (18)

3.2.12 表面涂层 (19)

3 .2.13 包装、入库 (19)

4设备选择及分析论证 (20)

4.1 主要设备选择 (20)

4.2 辅助设备的选择 (22)

4.2.1 加热及热处理设备的选择 (22)

4.2.2 切断设备的选择 (22)

4.2.3 矫直机的选择 (23)

4.2.4 酸洗锤头设备的选择 (23)

4.2.5 烘干设备的选取 (24)

4.2.6 起重运输设备的选择 (24)

5工艺计算与金属平衡 (26)

5.1 工艺计算 (26)

5.1.1工艺规程的制定 (26)

5.1.2 冷轧冷拔工艺计算 (27)

5.1.2.1 轧制力的计算 (27)

5.1.2.2 拔制力的计算 (29)

5.2 编制生产工艺流程定额卡 (33)

5.3 编制金属平衡表 (34)

6主要变形工具设计 (35)

6.1 二辊式冷轧管机工具孔型设计 (35)

6.1.1 芯棒尺寸及锥度α的确定 (35)

6.1.2 减径段Lj的确定 (35)

6.1.3 预精整段Lz的确定 (35)

6.1.4 定径段Lz的确定 (35)

6.1.5 压下段Ly的确定 (35)

6.1.6 压下段工作锥各段壁厚Sx的确定 (35)

6.1.7 芯棒各断面直径dx的确定 (36)

6.1.8 孔型高度（直径）Dx及Dx’的确定 (36)

6.1.9 轧槽各段锥度γx的确定 (36)

6.1.10 孔型宽度Bx及圆角的确定 (36)

6.1.11 靠模设计 (37)

6.2拉拔模的设计 (37)

6.2.1 模子的结构与尺寸 (37)

6.2.2 固定短芯头的设计 (38)

7 设备负荷率及设备生产能力校核 (44)

7.1 工作制度和工作台时的确定 (44)

7.1.1 工作制度 (44)

7.1.2 设备工作台时的确定 (44)

7.2设备负荷能力计算 (44)

7.2.1 设备小时生产定额 (44)

7.2.2 年产量计算 (44)

7.2.3 设备年产量的计算式 (45)

7.2.4 设备完成年计划产量所需的台时 (45)

7.2.5 设备负荷率的计算 (45)

7.2.6 计算过程 (45)

8 车间平面布局 (49)

8.1 车间平面布置的原则 (49)

8.2 平面布置的内容 (49)

8.2.1 金属流程线的布置 (49)

8.2.2 生产设备的布置 (49)

8.2.3 车间内通路的布置 (50)

8.2.4 车间内仓库设施的布置 (50)

8.2.5 其他设施的布置 (51)

8.3 车间工艺平面布局图 (51)

8.3.1 车间平面尺寸 (52)

8.3.2车间工艺平面布局图的绘制 (52)

9劳动组织及主要经济指标 (53)

9.1车间劳动组织 (53)

9.1.1 劳动定额 (53)

9.1.2 车间劳动定员 (53)

9.2 车间管理组织机构及职责 (54)

10投资概算 (58)

10.1建设投资概算的构成 (58)

10.2编制建设投资概算的必要依据 (59)

10.3流动资金定额的概算 (59)

10.4 产品成本概算 (59)

10.5折旧费 (60)

10.6成本构成 (60)

11全文总结 (62)

12致谢 (63)

附录I计算机辅助设计输出结果 (64)

1 计算轧机孔型和轧制力程序 (64)

2 计算拔制力的程序 (67)

附录II 产品标准与技术要求 (69)

结构用无缝钢管(GB8162-87) (69)

1.1 尺寸、外形及重量 (69)

1.2 技术要求 (70)

1）钢的牌号和化学成分 (70)

1.3 试验方法 (71)

1.4 检验规则 (71)

1.5 包装、标志、质量证明书 (72)

附录III 金属平衡表 (73)

附录IV生产工艺流程定额卡 (74)

附录V 相关外文资料翻译 (75)

从规则的圆管到多角形的管状断面的冷拔 (77)

1综述报告

1.1 前言

我国的钢管产业，自从新中国成立以来有了很大的发展，建国以前我国是不

能生产钢管的，建国后，作为首批重点工业建设项目，鞍钢无缝管厂于1953年10月27日建成投产，从此结束了我国不能生产无缝钢管的历史，到现在我国已经一越成为世界第一大无缝钢管生产国。虽然我国在管材生产技术上与发达国家还有一定差距，但还是出现了许多卓有成效的工艺和高效率设备，以下从各方面综合论述一下钢管生产的技术发展。

1.2 世界范围内的钢管生产现状

世界上目前拥有300多台（套）无缝钢管机组，生产能力约3500万t/a，消耗仅有2000~2400万t/a,而其中1350~1600万t/a为自产自消。700~800万t/a的世界贸易量，已形成了七大集团进行竞争。

1）以意大利Dalmine、墨西哥Tamsa和阿根廷Sidca公司的连轧机组为中心，以生产石油油井管为竞争目标的集团在1999内组成。

2）以德国曼内斯曼公司与法国瓦鲁来克公司为核心的集团，主要是以欧洲拥有的多种传统轧管机组的综合生产能力，在世界各类无缝钢管市场进行竞争。

3）以日本住友、川崎、新日铁三大公司组建的新集团，主要以自动轧管机组与连轧机组为中心，形成了200万t/a的无缝钢管市场与销售能力，企图控制无缝钢管世界贸易市场中的较大份额。

4）日本上述三公司以外的日本钢管又与墨西哥其他非Tamsa集团也将组建联合集团，参与世界无缝钢管竞争。

5）美国LTV公司，再美国境内收购法国Imetal公司所属的科伟尔德公司机械结构管厂和澳大利亚的斯莫贡公司中的焊管厂，成为美国最大的拥有150万t/a钢管生产和销售公司。6）日本住友与神户公司成立的专门生产，销售原子能发电站特殊管公司。

7）俄罗斯伏尔加钢管厂拥有Φ426 MPM连轧机组及Φ250mm三辊轧管机组及焊接管线管专用机组，总能力150万t/a，而乌克兰南方钢管厂拥有年产量最高机组Φ102mmMM连轧机组（72万t/a）、Φ140mm和Φ400mm自动轧管机组以及多台挤压机组超过100万t/a的生产能力。

1.3 我国无缝钢管生产现状

我国现阶段已经成为世界第一大无缝钢管生产国，在国内现有的141套（台）机组中，工艺设备比较完整配套，可直接生产Φ89mm以上热轧成品管的轧管机组约35套。其综合生产能力约372万t，约占总生产能力的83%（其中有7套新建轧机，设计能力为133.5万t，现只达到设计能力的52%，即70万t）。这其中，相对比较先进、的无缝钢管机组仅有15套，设计能力为24105万t，约占总能力的54%。其余的都属于不完整机组，即其热轧设备仅有穿孔机，或还配有自动轧管机，二辊、三辊斜轧延伸机等，但都无定径机。因此，只能生产热轧毛管或荒管作为冷（轧）拔管料，靠冷（轧）拔生产冷拔成品管。这些轧管机多达106台（套），约占总数的75%，但其综合综合生产能力只占总量的17%。

1.4 无缝钢管的主要生产方法

无缝钢管的生产方法有热加工（热轧）和冷加工（冷轧、冷拔）两大类，冷

加工是对钢管的二次加工，利用热轧钢管作原料在冷态下进一步加工，使之具有一定的特定性能。

热轧无缝钢管的整个生产过程有两个主要变形程序：

1）穿孔：将实心钢坯或钢锭穿孔成空心毛管；

2）轧管：将毛管轧成一定形状规格的钢管，在生产，按产品的品种规格和

数量等不同要求而选用不同类型的轧管机，目前常见的有自动轧管机组，皮尔格轧管机组，狄塞尔轧管机组，Accu-Roll轧管机组，顶管机组，和挤压机组等，机组具体名称以该机组产品规格和轧管机类型命名。

无缝钢管冷加工方法有冷轧冷拔冷旋压三种，冷旋压本质上也是冷轧，冷轧

机和冷旋压机的规格用其产品规格和轧机形式表示，冷拔机规格用其额定拔制力表示。

1.5 无缝钢管生产新技术

1.5.1 钢管的冷斜轧技术

1）金属的变形状态：在热斜轧过程中，轧辊被认为是钢性体，轧件为钢塑性体，因而接触变形区内的金属均处于塑性状态，由于处于高温状态的金属难以承受较大的轴向咬入力，所以需要较长的咬入区来提供足够的送进力，而在冷斜轧过程中，减径量和减壁量比热轧要小的多，金属的轴向流动阻力也比较小，而处于冷轧状态下的钢管可以承受较大的轴向咬入力，在这种情况下，接触变形区的咬入段可以为弹性区，该区的主要作用是为轧件提供前进的动力，使轧件能够顺利咬入。

2）接触的摩擦状态与滑移：

冷斜轧时轧辊和轧件表面光滑，轧辊和轧件之间易于形成油膜，润滑状态良好，并且轧件的壁厚较小，所以接触表面均匀滑动摩擦，粘着现象不存在，这样，斜轧中必然存在的切向滑移只是在接触表面产生，不会使钢管产生严重的扭转现象，从而能够保证轧件的表面质量。

3）金属的横向流动和管尾三角：

在冷轧过程中，由于变形程度比热轧低，金属横向流动量小，并且在冷状态下钢管的横向流动抗力大，不会发生塑性失稳现象，因而管尾三角不产生较大的影响。

4）较大的道次变形量

在冷斜轧时，轧辊处于主动状态，所以变形量即不受辊型限制，亦不受轧件强度限制，另外，由于变形区被限定在较小的范围内，从而使轧制力显著降低，因而增加变形量成为可能，故与冷轧、冷拔相比，可以实现较大道次变形量。

5）润滑条件的改善：

由于现有工艺上的限制，冷轧冷拔工艺难以实现较理想的润滑，而在斜轧工艺中，轧辊与轧件有较高的相对速度，容易在接触表面形成油膜，因而使润滑条件得到改善的同时，变形抗力降低，轧件成型质量高。

6）冷斜轧技术的问题：

钢管轧件工艺是否可行，关键在于以下三题：

a.正确合理的辊型设计；

b.采用高精度的冷斜轧机；

c.选取合理的工艺参数。

总之，钢管冷斜轧优点是明显地，它可以克服现有的冷轧冷拔工艺不足，从根本上改善冷轧冷拔生产的落后状态，提高生产效率，节省材料，且冷斜轧机还可以生产常规方法不能生产的特种钢管。

1.5.2冷轧-冷拔联合工艺

目前，冷加工钢管趋向于采用以冷轧为主，冷拔为辅的联合生产工艺。现代冷轧机可实现大减径量和大减壁量，轧制变形量80%以上在冷轧机上完成。采用冷轧定壁，辅以冷拔改变规格和控制外径，满足不同品种和规格的要求。

冷轧-冷拔联合工艺生产的优点：钢管质量好，冷轧钢管质量较高，钢管壁厚精度高和表面质量较好，冷拔确保了钢管外径精度；冷加工周期短，节省了中间脱脂，热处理，缩口，矫直等工序，节省能源，减少了金属消耗；可采用大规格荒管生产小直径的钢管，简化了原料规格的种类。

目前，世界上冷轧冷拔工艺技术和装备水平有了很大发展。冷轧冷拔机正向高速，长行

程，环孔型，高精度方向发展。这种轧机的特点是：

1）采用惯性力和惯性扭矩垂直平衡机构，轧机往返次数提高。

2) 采用环形孔型，轧制变形区长度比短行程轧机长70%，轧制变形的均匀

性提高，送进量增加。

3) 采用长管坯，荒管原料长度可以增加到12~15m，可以生产长钢管，提

高轧机利用率，轧制有效利用系数高达80%以上。

4) 采用曲线型芯棒和最佳抛物面孔型，金属变形合理，模具寿命长。

1.6 我国无缝钢管设备发展情况

1.6.1我国无缝钢管连轧设备的发展

目前我国共有4套连轧轧管机组：宝刚股份有限责任公司的Φ140八机架全浮动芯棒连轧机组，天津钢管有限责任公司的Φ250MFM六机架半浮动芯棒连轧机组，衡阳钢管有限责任公司Φ89mm六机架半浮动芯棒连轧机组，包钢钢联股份有限公司的Φ180mmMINI—MPM 五机架限动芯棒连轧机组。

从国内拥有的连轧管机组的类型和水平看，我国连轧管技术的发展与世界连轧管技术的发展步伐几乎同步，从小规格到大规格，从多机架到小机架，从全浮动芯棒轧制工艺到半浮动芯棒，限动芯棒轧制工艺，几乎覆盖了国外所有连轧工艺和设备机型。其中包钢钢联股份公司的Φ180maxMINI—MPM限动芯棒连轧管机组代表了当今世界连轧管技术的最先进技术。该套机组配有锥形辊穿孔机、五机架连轧管机、24机架混合张力传动减径机，这些设备均采用了当今最新的轧管技术。引进技术合作制造的方式为我国连轧管技术的发展打下了良好的基础。

“九.五”期间，原机械部将“无缝钢管连轧成套设备关键技术研究”课题列为国家重点科技攻关项目，旨在立足国内开发研制连轧管机成套设备。得到了一定的研究成果。

1.6.2 我国周期式冷扎管机的发展

我国在周期式冷扎管机的研究始于20世纪60年代初，主要吸收消化了XПT类型的冷扎管机，并先后制定了相关技术标准。目前，主要研究和生产单位有：

1）洛阳矿山机械厂

该厂于1964年生产了第一台冷扎管机后又生产了近10种型号的冷扎管机，30多年来一共生产了近100台冷扎管机。80年代后研制了GHL型冷扎管机。

2）西安重型机械研究所

该所于1961年开始研制冷扎管机，重点在多辊式的LG型冷扎管机。并于1994年投产了LG-60-HL型冷扎管机。

3）宁波永得利机械设备制造有限公司

该公司从1997年开始生产LG-60-H型双线长行程冷扎管机，1998年生产出第一台样机。该机型生产效率高，生产成本底，特别适合生产不锈钢。

1.7 总结

随着钢铁研究的不断深入和计算机软件技术在管材生产方面的不断应用，各类新型轧机、拔机层出不穷。与此同时新的钢管生产工艺技术使无缝钢管的生产向高产量、高质量、高精度方向又迈出了一大步，诸如钢管的冷斜轧技术冷轧－冷拔联合工艺等在冷加工无缝钢管中的应用，很大程度上改善了冷加工无缝钢管的现有工艺技术。虽然我国在无缝钢管生产上，设备和技术都相对落后。但国家在“九.五”期间将之列为重点攻关项目，也取得了很大的成果。国内的一些厂家拥有一批相对先进的生产设备。从国内拥有的连轧管机组的类型和水平看，我国连轧管技术的发展与世界连轧管技术的发展步伐几乎同步，从小规格到大规格，从多机架到小机架，从全浮动芯棒轧制工艺到半浮动芯棒，限动芯棒轧制工艺，几乎覆盖了国外所有连轧工艺和设备机型。但技术就相对比较落后，不能生产高精度，高质量的无

缝钢管，因此，就目前我国无缝钢管生产现状来看，我国无缝钢管生产技术和设备性能都有待于进一步改进和提高。这也是本次设计的目的所在。

2 生产方案选择

2.1 产品方案的编制

2.1.1 什么是产品方案

产品方案是指所设计的工厂或车间拟生产的产品名称、品种、规格、状态及年计划产量。产品方案是在深入实际调查统计后提出的方案，是进行车间设计的主要依据，根据产品方案可以选择设备和确定生产工艺。

2.1.2 编制产品方案的原则

1) 国民经济发展对产品的要求

根据国民经济各部门对产品数量，质量和品种等各方面的需求情况，既考虑当前的急需，又要考虑将来发展的需要，因此，在设计之前必须对所要生产的产品进行市场调研。

2) 产品平衡

考虑全国各地生产的布局和配套加以平衡。

3) 建厂地区的条件、生产资源、自然条件、投资等的可能性。

在进行产品方案编制时，以上三点要全面考虑，不可偏废。

对于各类产品方案的分类、编组、牌号、化学成份、品种、规格尺寸及公差、交货状态、生产技术条件、机械性能要求、验收规程、试验及包装方法等，均按标准规定。如没有标准，可由生产单位与用户共同订立协议。

2.1.3 计算产品的选择

车间拟生产的产品品种、规格及状态组织合起来可能有数十种、数百种以上。但是，在设计中不可能有那么多时间对所有产品进行逐一计算。为了减少设计工作量，加快进度，同时又不影响整个设计质量，可以将各类产品进行分类编组，从中选择典型产品作为计算产品。

如何选择计算产品：

1) 有代表性

将所有的各类产品进行分类编组。从每组中找出一至几种产量较大，产品品种、规格状态、工艺特点等有代表性。因此，可以从拟生产的所有碳素钢和合金钢中选出十几种有代表性的产品。这些计算产品从全车间总体来说，在品种、规格、状态、产量和工艺特点等方面都有代表性。

2) 通过所有工序

指所选的所有计算产品要通过各工序，但不是说每一种计算产品都要通过各工序，而是对所有计算产品综合来说的。若从拟生产的所有产品中应有某工序，而计算产品不通过此工序，在这种情况下，就要重新选择计算产品。在这里特别指出所选典型产品的产量之和为总产量。

3) 所选的计算产品要与实际相接近。

4) 计算产品要留一定的调整余量。

从整个设计看，以后所进行的工艺计算、设备选择、工艺确定、车间人力与物力的消耗及经济技术指标都是根据产品方案来确定的。所得结果应该与按所有产品进行设计所得结果相一致或相接近。因此，编制产品方案，确定计算产品及其产量分配是工艺设计的主导。

根据本次设计任务以及设计要求，经过本人在市场上的细心调验，综合考虑市场需求和我国的实际情况，现将所确定的产品方案和计算产品列表如下。

表2-1 产品方案

序号制品名称合金牌号规格范围

mm

产品年产

量t

比例

1 结构用无缝钢管10 18×3.5 4500 25％

2 （GB8162-87）20 70×5.0 1800 10％

3 12CrMo 125×6.5 5400 30%

4 石油裂化用无缝

钢管

（GB9948--88）12CrMo 32×3.5 900 5％

5 20 60×5.0 3600 20%

6 15CrMo 114×6.0 1800 10%

表2-2 计算产品

序号合金牌号计算产品规格mm 状态年产量t 比例

1 10 18×3.5 热处理状态4500 25%

2 20 60×5.0 热处理状态3600 20%

3 12CrMo 125×6.5 热处理状态5400 30%

2.1.4 产品标准与技术要求

通常把产品的牌号、规格、表面质量以及组织性能等方面的要求统称为产品的技术要求。由于产品的使用条件不同，用户对对产品的技术条件要求也就不同。作为生产者应该按照技术要求组织生产。因此作为设计工作，应该考虑相应产品的技术要求及交货要求的有关国家标准和企业标准。

1)规格标准规定产品的牌号、形状、尺寸及表面质量。

2）性能标准规定产品的化学成分、物理机械性能、热处理性能、化学

性能、工艺性能及其他特殊用途要求等。

3）试验标准规定做实验时的取样部位、试样形状和尺寸、实验条件以及方法等。

4) 交货标准规定交货、验收时的包装、标志方法及部位等。

由于产品标准的高低，反映了企业生产技术水平的高低和科学管理状况，因此在设计时，应该慎重考虑，对比参照国内外先进企业的标准和国家标准来制定。本人经过认真分析德国美国等一些发达国家的技术标准，参照我国国家标准制定了本设计的产品技术指标。产品技术指标的具体内容详见附录1。

2.2 生产方案的选择

所谓生产方案是指为完成设计任务书中所规定的产品的生产任务而采取的生产方法。根据设计规模，产品的质量及经济技术指标的要求，考虑当地的具体条件，找出合理的生产方案。

2.2.1 生产方案选择的依据

生产方案的选择与设备的选择密切相关，二者应同时加以考虑，确定生产方案是主要考虑以下几点：

1)金属及合金的品种、规格、状态及质量要求

品种及规格不同，所采用的生产方案就不同，那么设计的车间就有很大的差别，例如热轧无缝钢管车间和冷轧无缝钢管车间就有根本的差别。若产品质量要求不同就是同一种合金品种与规格也可以采用不同的生产方案。

2)年产量的大小

产量不仅决定工艺过程的特点，同时也对设备选择、铸锭尺寸、产品规格有着直接的影响。

3) 投资、建设速度、机械化程度、劳动条件、工人与管理人员的数量以及将来的发展。

主要考虑经济效果，采用那种方案合理，适合建厂原则，在设计时可以比照一个现有企业，特别是比较成熟的技术工艺。

2.2.2钢管生产方案

钢管生产的主要方法有热轧，热挤压，焊接和冷加工四大类。

1）热轧

热轧无缝钢管生产过程是将实心管坯（或钢锭）穿孔并轧成具有要求形状、尺寸、性能的钢管，热轧无缝管的生产方法是以机组类型来分类的。

2）挤压法

采用圆锭坯，在压力穿孔机上穿孔或钻孔后压力穿孔机扩孔，然后进行热挤压。可以得到比轧制法制管更薄，质量更好的管材，也可以生产异型管。

3) 焊管

焊管生产过程是将管坯(即板带材)用各种成型方法弯卷的要求的横断面形状，然后用不同的焊接方法将焊缝焊合尔获得钢管的过程。成型与焊接是他的基本工序。

4）冷加工

钢管冷加工方法有冷轧，冷拔，冷旋压三种方法，冷加工是钢管生产的二次加工，产品机械性能良好，表面质量高。

综合考虑各种因素以及本次设计的任务和技术要求，结合实际生产过程中各种生产方案的实用性和经济效益，本设计采用冷轧和冷拔联合加工的生产方案。

3 生产工艺流程

3.1 制定生产工艺流程的主要依据

所谓生产工艺流程就是把产品的生产工序按次序排列起来。确定车间生产工艺流程是设计工作的重要组成部分，它直接关系到这个设计能否满足设计任务书的要求。

合理的生产工艺流程应该是在保证完成设计任务书中规定的产量和质量的前提下，具有最低的消耗、最少的设备、最小的车间面积、最低的产品成本，并且有利于产品质量的不断提高和将来的发展，具有最好的经济效果和较好的劳动条件。制定生产工艺流程的主要依据有以下几点：

1）根据生产方案的要求

由于产品的产量、品种、规格及质量不同，所采用的生产方案就不同，那么主要工序就有很大区别。因此生产方案是编制生产工艺流程的依据。

2）根据产品的质量要求

为了满足产品的技术条件要求，就要有相应的工序给以保证。因此，满足产品技术标准的要求是设计生产工艺流的基础。

3）根据车间生产率的要求

由于车间的生产规模不同，所要求的工艺过程复杂程度也不同。在生产同一产品的情况下，生产规模越大的车间，其工艺过程也越复杂。因此，设计时生产率的要求是设计工艺过程的出发点。

3.2 生产工艺流程简图

管料管坯检查切断

涂皂烘干磷化水洗水冲酸洗

打头冷拔切头尾矫直（冷轧）退火

成品热处理涂油包装入库

3.2.1 管料

选用热轧无缝钢管。与其它坯料相比它有如下优点：

1)可以大量生产；

2)管坯形状和尺寸较为精确；

3)表面比较光洁，内部组织与性能也较为均匀。

3.2.2检查、修模

坯料的检查是对进行质量检查，看是否符合质量要求，是否有重大缺陷。

检查合格后，由于坯料缺陷需要对其进行修磨处理。钢管的表面缺陷有很多如结疤、裂纹、皮下气泡等，必须在轧制前清除，不然会严重影响金属轧制时的塑性和成型，造成废品。局部的缺陷用火焰清理器或风铲进行清理，风铲清理的劳动强度大，因此用其他有效方法代替，应用广泛的是火焰清理器，清理的时候，它可以在管坯表面烧去宽8～50mm的一条，清理速度为0.8～10.0m/min，局部清理可以减少金属消耗，但不能实现机械自动化操作，所以当表面缺陷较多时要用全面清理的方法，火焰清理机和剥皮车床应用较为广泛。火焰清理机可以在0.3～0.5m/s的速度下将冷管坯的整个圆周表面烧掉1.5mm厚的一层皮，剥皮车床按照

管坯材质的不同，切削速度在1～20m/min范围之内，进刀量为0.4～2.76mm/转，对于优质碳素结构钢来说，因选用的是热轧管坯故不须预热，采用火焰清理。

当管坯存在较深缺陷时，就要报废。如果缺陷在管坯的顶部或底部，那么就可以将缺陷的一端切掉。不过，此时应留下的部分足以生产出尺寸合乎要求的成品管。

对于本设计的钢种无须进行预先热处理，只有轧制高合金钢时才采用。

3.2.3 切断

管坯清理完毕以后要切断成轧制成品钢管所要求的长度。管坯切断的长度L可以按下式计算：

L=4L T D T（DT-t T）t T×a/D32（3－1）

式中L T——成品管的长度，m；

D3——管坯直径，mm；

D T——成品管直径，mm；

t T——成品管壁厚，mm；

a——钢管生产中的金属消耗系数。

按照轧制最长钢管的要求将管坯切断成不定尺的长度，有时是不可能做到的。因此为了保证切断后不余料头，采用L3max和L3min作为切断的极限，它们由所得到的成品管长度和机组设备允许的长度来确定。无料头切断的条件由下列关系来决定：

L mT≥n3L3min

n3＝L3min/（L3max－L3min）（3－2）

式中L mT——切断前管坯长度，m；

n3——切断的根数。

在切断时要力争最小长度与最大长度相差得少一点。因为管坯长度的减小意味着机组产量的降低。所以在此情况下，将管坯都切成最大长度而只留下一两根较短的倒是经济合理的，这一两根短管坯可以用来生产其他规格的钢管。

管坯的切断方法主要有：冷锯锯断、摩擦锯锯断、剪断机剪断、折断机折断以及火焰切断等，各种切断方法所适用的范围和条件不同，各有其优缺点。选用哪一种方法主要考虑其切断管坯的尺寸和材质。同时也要考虑设备的费用和能源条件。

冷锯锯切的管坯，端面平齐，便于定心，可以避免壁厚不均现象。各种钢号的管坯均可采用冷锯锯切，但冷锯的生产率较低，锯片消耗较大，金属损失要比剪断和折断多，所以一般适用产量较低的机组。

剪断机的生产率高，没有金属消耗，但是断口处有压扁现象，而容易切斜。在切高合金钢时容易切裂，所以一般适用产量高，产品以低合金和碳钢为主的小型机组上，管坯直径在120mm以下。

折断机的生产率也比较高，也没有金属消耗，适用于大直径的中碳钢管坯的切断。但是，折断后的端面坑坑洼洼，不整齐，轧管时钢管端部容易裂开。同时，对于含碳量低于0.3%的碳钢和合金钢来说，折断比较困难。

火焰切割的管坯具有平齐的端面，设备费用低，不论管坯直径大小，切口都是6～7mm，火焰切割适用于高产量轧机和大直径管坯。这种切割方法可以用大部分钢号的管坯，但当含碳量超过0.4%或0.45%的碳钢和一些合金钢不宜用火焰切割。

本管坯切断采用冷锯锯切，便于定心。

3.2.4 酸洗、水洗、水冲

经切断后的管坯打捆后即可进行酸洗，这样的方法生产率高，酸洗效果好。

按照钢管材质和几何尺寸的不同，可以采用不同的酸洗方法：酸洗、碱洗及碱—酸复合洗。

在酸洗碳钢和低合金钢钢管时，一般多使用硫酸，但也有许多国家采用盐酸，在酸洗前先将钢管在90℃左右的热水槽中浸泡5～10分钟或者先在碱溶液中脱脂，然后在进行酸洗。这样可以洗去钢管表面上的污物并将钢管加热，从而减少对酸洗溶液温度的影响，提高酸洗质量。

酸洗的时间长短与钢管的钢种、酸洗的浓度和铁皮的厚度有关。对于同一钟钢种在一定浓度的酸液中的酸洗时间，主要取决于溶液的循环程度。对于所有酸洗溶液来说，提高工作温度10℃大体上可以使酸洗速度加倍，温度提高对于碱溶液中的脱脂量影响大。通常，随着溶液浓度的不断降低，需要逐渐提高溶液的温度，就是为了保持所要求的酸洗质量。

在酸洗过程中使溶液流动，进行循环，可提高酸洗的速度。特别是成捆的管坯，如果静止在溶液中进行化学处理，不仅仅处理时间长而且不均匀，降低了处理的质量。这是因为紧靠在一起不能使其与溶液充分接触。同时，管捆中不同位置的钢管加热温度也不一致。

经过酸洗的钢管通过水洗、水冲去除表面残留的液体。

3.2.5 磷化、烘干、皂化

经水洗后的管坯在冷拔冷轧以前，钢管表面要涂以工艺润滑层，以便减小摩擦、保证钢管表面质量，也可以防止钢管生锈。通常采用的工艺润滑有镀铜、磷酸盐处理和草酸盐处理。

对于低碳钢可选择镀铜。镀层厚度应为0.004～0.006mm。碳钢在镀铜前必须经过酸洗碳钢钢管镀铜所用溶液的成分是1.5～10%H2SO4，5～30g/LCuSO4·5H2O，4%以下的NaCl，0.2～1.0%动物胶（ⅡAB）。在溶液温度为30～50℃时，镀铜时间为1～5分钟。由于镀铜成本比较高，现在轧拔厂一般不采用，因此本次设计不采用。

钢管在镀铜、磷酸盐处理或草酸盐处理后，进行烘干处理后还要涂以工艺润滑剂，这可以在冷轧机上进行，也可以在槽子里成捆钢管进行涂敷。一般来说，是进行涂皂处理。

3.2.6 冷轧

从工艺设计角度看，确定轧制工艺参数主要在与正确制定变形规程、速度规程和温度规程。

1)变形规程：在既定的轧制条件下（工艺、设备条件），变形规程的主要内容主要是确定变形量和道次变形量。变形量越大，从坯料到成品的变形过程越快，轧制总的延续时间越短，轧机产量越高。对产品的组织与性能也更为有利。但变形量不宜过大，否则对产品，轧辊都有不良影响。

2)速度规程：选择轧制速度或确定各道次的轧制速度是速度制度的主要内容。轧制速度高，轧机产量增大。每道次的速度变化由传动轧机的主电机速度确定。

3)温度规程：温度规程规定了轧制时的温度区间，即主要决定轧制时轧件的开轧温度和终轧温度。

本设计采用冷轧。冷轧的主要优点是：几乎没有金属损耗；当使用锥形芯棒（周期式冷轧）时可以得到很大的管壁压下量（到75—85%）和减径量（到65%），从而可以缩短生产周期；由于压下量大，所以管壁的壁厚不均和公差可以显著减小；用少数几种壁厚的管坯就可以得到很多规格的成品管；可生产外表面质量好的钢管，钢管表面不会产生冷拔时所出现的纵向裂纹。

3.2.7 打头、冷拔

为了便于拉拔机挟持，钢坯一端必须打实称为打头。冷拔管在拔制前需要将管料前端加热并锻打至小于拔模模孔的直径，以便拔管时打头部分先伸过模孔，让小车钳口夹紧管头以实现拔制。为减少打头次数，管体直径和打头部分直径尺寸差值应尽量大些，这样打头以拔制打2－3道次，打头形状多为s形成w形，现代的拔管生产以开始采用强迫喂入新技术，

省掉了专门的管打头工序。打头的长度一般为100－250mm。

冷拔包括实心材拉拔与空心材拉拔，钢管属于空心材拉拔，空心材拉拔又可分空拉、长芯棒拉拔、游动芯头拉拔、顶管法、扩径拉拔等。

拉拔的优缺点：

1)拔制制品的尺寸精确，表面光洁；

2)拉拔生产的工具与设备简单，维护方便，在一台设备上可以生产多种品种与规格的

制品；

3)拉拔道次变形量和两次退火间的总变形量受到拉拔应力的限制；

4)最适合于连续高速生产断面非常小的长制品。

本次设计中采用的是浮动芯头轧制。

3.2.8 中间热处理、成品热处理

在钢管生产中广泛使用热处理来提高钢管的塑性和机械性能，消除冷加工时所产生的内应力。去应力退火的热处理曲线如下：

热处理所用的炉子可以是直式和室式的，也可以用电炉加热，也可以用天然气加热。炉内的氛围是可以控制的，合金钢用真空热处理，以防止氧化损耗。

成品热处理的目的是使产品达到所要求的性能要求。

3.2.9 矫直

在冷轧冷拔后钢管有一定的弯曲度，需进行矫直。本设计所用的矫直机为多辊矫直机。多滚矫直机矫直速度快、效率高、效果好。

3.2.10 切断、切头

钢管矫直以后需要进行切断、切头或倒棱。在钢管以倍尺长度矫直或者钢管要求定尺交货的情况下，需要将钢管切断，否则就只要切头。在钢管已经用冷锯锯过的情况下，比如在张力减径机后面钢管已在冷状态下锯切成多段的情况下，钢管精度时就只要进行倒棱或铣头倒棱而无需切头。

对于冷轧管来说可以用摩擦锯或砂轮锯锯断。

3.2.11 无损探伤

考虑到钢管生产所产生的缺陷是多种多样的，同时，不同品种的钢管对质量要求也不一样，所以要采用适当的方法来进行无损探伤。

对于冷轧管一般用超声波、涡流、磁力等探伤方法进行产品检查，其主要特点和适用范围见表3－1。

表3－1 冷轧管缺陷探伤方法

生产方法缺陷名称特征

适用的无探伤方法

射

线

超声

波

磁

力

磁

粉

涡

流

斜轧穿孔无

缝管重皮

钢管内外表面上呈折叠状及

条状缺陷

√√√直道

由轧管机、均整机造成的筋

状缺陷

√√

折叠由减径机引起的粗糙表面延

伸形成的折叠

√

无损探伤具有以下优点：

1)可以做到不损坏钢材的完整性，可以100%地检验其表面与内部的质量，不会出现取样或抽查漏检的危险性。

2)无损探伤的准确性高。

3)无损探伤可实现在线检查，效率高，且便于实现机械化检验与自动化检验。

4)人们可以根据探伤后得知钢材缺陷情况，改进生产工艺，使钢质

3.2.12 表面涂层

为了保护用于锅炉等工业部门所用的钢管不受腐蚀，延长使用寿命，同时为了减小流体的压力损失需要在钢管表面涂敷各种涂层。

3 .2.13 包装、入库

经过检验合格后，按需方要求，包装入库。

4设备选择及分析论证

设备选择的主要内容是确定出车间设备的种类、形式、结构、规格、数量及能力。金属压力加工车间的生产设备可以分为：主要设备与辅助设备，对主要设备应该在预选的基础上进行必要的设备负荷计算，以及零部件强度校核计算。对于辅助设备，一般不进行验算，可在主设备确定后，再确定与之配套的辅助设备。设备选择一般考虑如下原则：

(1) 要满足产品方案(主要指规格、质量、年产量等)的要求，保证获得高质量的产品。

(2) 要满足产品方案及工艺流程的要求

每种产品方案都要求有与之相适应的设备。例如采用冷轧冷拔的方法生产钢管时，就必须选择二辊或多辊的冷轧管机和链式或液压式冷拔机，以及相应的辅助设备。

生产工艺流程中的每一个工序必选该工艺要求选择设备。比如，在冷拔管材时，钢管的退火要选用与热处理工艺相适应的退火炉，才能达到相对应的热处理工艺。

(1)要注意设备的先进性和经济上的合理性

在可能的条件下，尽可能选用机械化，自动化程度高的设备，以利于提高生产效率和设备利用系数。此外还应注意选择标注设备，力求投资少，而有较好的技术经济指标。

(2)要考虑设备之间的合理配置与平衡

设备选择时要注意主设备之间以及主设备与辅助设备之间的合理配置与平衡。

4.1 主要设备选择

根据生产方案和工艺流程的要求，结合国内外轧机拔机设备的先进技术并考虑到设备生产的经济效益，本设计冷轧机选择二辊式周期冷轧管机,冷拔机选择链式冷拔机。二辊式周期冷轧管机可以用来生产圆管和异形管，坯料由挤压或其他方法提供，冷轧后的管材再经拉拔，可以生产较高质量的小型管材。链式拉拔机通常以最大拉拔力表示它的能力大小，常用的链式拉拔机的拉力为30~750kN，最大可达1500kN。而且正向多线，高速和自动化方向发展。根据生产方案和工艺要求本设计选择二辊式周期冷轧管机作为粗加工设备，链式冷拔机作为精加工设备。所选用的二辊式周期冷轧管机机型如表4-1所示，链式冷拔机机型如表4-2所示。

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