阅读说明：本技术 制备厚壁钢管的新型顶管方法 (Novel pipe jacking method for preparing thick-wall steel pipe ) 是由 曹玉鑫 何新田 吴虎 张万超 夏世刚 周维华 伍伟 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种制备厚壁钢管的新型顶管方法,所述顶管方法包括：将直径为230mm–270mm的连铸坯,采用直径为145mm–180mm的芯棒进行顶管处理、减定径处理,得到外径为133mm–219mm、壁厚为12mm–20mm的厚壁钢管。该顶管方法使用比芯棒大很多的管坯,穿孔机得到较大较厚的穿孔毛管,顶管前面多加3架孔型以实现较大较厚的穿孔毛管的变形,顶管达到增加厚壁钢管的大的总变形的目的,从而实现厚壁钢管的顶管长度与薄壁钢管的顶管长度相当。该发明能够有效地增加厚壁钢管的顶管长度,从而达到厚壁钢管与薄壁钢管一样长的目的,提高厚壁钢管成材率、提高生产效率。(The invention provides a novel pipe jacking method for preparing a thick-wall steel pipe, which comprises the following steps: and (3) carrying out pipe jacking and reducing sizing on the continuous casting billet with the diameter of 230-270 mm by adopting a core rod with the diameter of 145-180 mm to obtain the thick-wall steel pipe with the outer diameter of 133-219 mm and the wall thickness of 12-20 mm. The pipe jacking method uses pipe blanks which are much larger than a core rod, a puncher obtains larger and thicker perforated capillary pipes, 3 additional hole patterns are added in front of the pipe jacking to realize the deformation of the larger and thicker perforated capillary pipes, and the pipe jacking achieves the purpose of increasing the large total deformation of the thick-wall steel pipe, so that the length of the pipe jacking of the thick-wall steel pipe is equivalent to that of the thin-wall steel pipe. The invention can effectively increase the length of the jacking pipe of the thick-wall steel pipe, thereby achieving the purpose that the thick-wall steel pipe is as long as the thin-wall steel pipe, improving the yield of the thick-wall steel pipe and improving the production efficiency.)

制备厚壁钢管的新型顶管方法

技术领域

本发明涉及特殊钢装备制备领域，特别涉及一种制备厚壁钢管的新型顶管方法。

背景技术

顶管机，主要用来生产薄壁钢管，壁厚一般在8mm以下。与顶管机配套的穿孔机后台不长，一般穿孔毛管较短、通常在6m以下。随着市场品规多元化，顶管机也需要承接一些厚壁如12mm–20mm壁厚的钢管，因厚壁钢管顶管延伸小，顶管长度短，顶管机长度得不到有效利用，产量低成材率低。因此如何有效解决厚管生产中顶管长度短的问题，从而提高产量和成材率非常重要。

传统的顶管工艺采用顶管机大延伸大变形。顶管机组，顶管延伸4.7–16.5在辊式轧管机中是最大的(参见：《轧管工艺学》，东北工学院王廷溥主编，冶金工业出版社，1980年7月，368页)。传统的顶管机组不能很好地满足厚壁钢管的顶管。原因为：传统的顶管机大延伸大变形的工艺决定了：只能使用比芯棒大50mm左右的坯型管坯；穿孔的毛管规格：外径比芯棒大55mm左右；毛管的壁厚为25mm左右；穿孔的毛管长度为5.5m左右。所以，在利用顶管机组顶制厚管时，顶管延伸小，顶管长度短，顶管的芯棒长度不能得到有效利用。

因此，生产厚壁钢管，为了提高顶管长度，提高顶管芯棒长度的利用率，需要一种新型的顶管方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备厚壁钢管的新型顶管方法，提高了顶管芯棒长度的利用率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种制备厚壁钢管的新型顶管方法，所述顶管方法包括：将连铸坯采用直径为145mm–180mm的芯棒进行顶管处理、减定径处理，得到外径为133mm–219mm、壁厚为12mm–20mm的厚壁钢管。

进一步地，在上述的制备厚壁钢管的新型顶管方法中，所述芯棒的直径比所述芯棒所配套的连铸坯的直径小85mm–90mm。

进一步地，在上述的制备厚壁钢管的新型顶管方法中，所述连铸坯的直径为230mm–270mm。

进一步地，在上述的制备厚壁钢管的新型顶管方法中，当所述芯棒的直径为145mm时，制备的所述厚壁钢管的外径为133mm–180mm，壁厚为12mm–20mm；

当所述芯棒的直径为180mm时，制备的所述厚壁钢管的外径为178mm–219mm，壁厚为12mm–20mm。

进一步地，在上述的制备厚壁钢管的新型顶管方法中，在所述顶管处理中，当所述芯棒的直径为145mm时，顶管的延伸系数为4.0–5.3；

当所述芯棒的直径为180mm时，顶管的延伸系数为4.0–5.4。

进一步地，在上述的制备厚壁钢管的新型顶管方法中，在所述顶管处理中，采用的顶管机的数量为6–9架；

优选地，当所述芯棒的直径为145mm时，顶管的最小壁厚壁厚为11mm、最大壁厚为20mm；

当所述芯棒的直径为180mm时，顶管的最小壁厚为11.5mm，最大壁厚为20mm。

进一步地，在上述的制备厚壁钢管的新型顶管方法中，在所述顶管处理中，所述连铸坯的长度为3m–4m。

进一步地，在上述的制备厚壁钢管的新型顶管方法中，在所述顶管处理中，顶管速度为2m/S～5m/S，优选为3m/S，总时间为5S～7S，顶管过程中钢管的温度为950℃～1050℃。

进一步地，在上述的制备厚壁钢管的新型顶管方法中，在所述顶管处理之前，还包括：将所述连铸坯进行穿孔处理，得到穿孔毛管。

进一步地，在上述的制备厚壁钢管的新型顶管方法中，所述穿孔毛管的外径比所述连铸坯的外径大2mm；

所述穿孔毛管的内径比所述穿孔毛管所配套的芯棒的外径大9mm；

所述连铸坯经所述穿孔处理后得到的所述穿孔毛管的长度为5.6m。

分析可知，本发明公开的一种制备厚壁钢管的新型顶管方法，使用比芯棒大的管坯，穿孔机得到较大较厚的穿孔毛管，顶管时，以现有顶管孔型为基础，将现有顶管孔型的第1架孔型去掉，在现有顶管孔型中第2架孔型的前面多加3架孔型共6–9架孔型以实现较大较厚的穿孔毛管的变形(现有技术中，处理同样壁厚钢管时采用4–7架孔型)，提高了顶管长度，提高顶管芯棒长度的利用率。顶管达到增加厚壁钢管的大的总变形的目的，从而实现厚壁钢管的顶管长度与薄壁钢管的顶管长度相当。该发明能够有效地增加厚壁钢管的顶管长度，从而达到厚壁钢管与薄壁钢管一样长的目的，提高厚壁钢管成材率、提高生产效率。

具体实施方式

下面将结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

根据本发明的实施例，提供了一种制备厚壁钢管的新型顶管方法，该方法适用于壁厚大于等于12mm的厚壁钢管的顶管过程。

连铸坯尺寸有：直径为230mm、270mm；芯棒尺寸有：直径为145mm、180mm。

本发明是通过以下技术方案实现：

顶管方法包括：将直径为230mm–270mm的连铸坯(实心)进行穿孔处理，得到穿孔毛管，采用直径为145mm–180mm的芯棒对穿孔毛管进行顶管处理、减定径处理，得到外径为133mm–219mm、壁厚为12mm–20mm(比如12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm)的厚壁钢管。在顶管处理中，芯棒的直径比该芯棒所配套的连铸坯的直径小85mm–90mm(比如85mm、86mm、87mm、88mm、89mm、90mm)。

连铸坯尺寸有230mm、270mm直径；芯棒尺寸有145mm、180mm直径；对于厚壁钢管，根据连铸坯尺寸的组距，使用比常规坯型大一个等级的管坯，这一管坯较常规坯型大35mm–50mm，进一步优选为40mm。既145mm、180mm芯棒分别选用230mm、270mm的管坯(相比之下，非厚壁钢管的顶管处理中，145mm、180mm芯棒分别选用190mm、230mm的常规坯型)。连铸坯选用上述管坯，增加了来料的外径壁厚，能够增加最终成品的长度，减少切损并提高成材率。

直径为145mm的芯棒选用230mm的管坯，管坯230mm的外径比常规坯型190mm的外径大40mm；180mm芯棒选用270mm的管坯，管坯270mm的外径比常规坯型230mm的外径大40mm。

进一步地，当芯棒的直径为145mm时，制备的厚壁钢管的外径为133mm–180mm(比如根据钢管的标准外径系列有133mm、140mm、141.3mm、146mm、152mm、159mm、168mm、178mm、180mm)，壁厚为12mm–20mm(比如12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm)；

当芯棒的直径为180mm时，制备的厚壁钢管的外径为178mm–219mm(比如根据钢管的标准外径系列有178mm、180mm、185mm、191mm、194mm、203mm、210mm、216mm、219mm)，壁厚为12mm–20mm(比如12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm)。

进一步地，在顶管处理中，当芯棒的直径为145mm时，顶管的延伸系数为4.0–5.3；当芯棒的直径为180mm时，顶管的延伸系数为4.0–5.4。如此设置能够增加最终成品的长度，减少切损提高成材率。本发明中顶管延伸系数限制在大于4，为了穿出较大厚壁的毛管，在顶管处理中，芯棒的直径比该芯棒所配套的连铸坯的直径小85mm–90mm。

上述顶管方法包括：将直径为230mm–270mm的连铸坯(实心)，采用直径为145mm–180mm芯棒进行顶管处理，得到外径为得到外径为133mm–219mm、壁厚为12mm–20mm的厚壁钢管。

当上述芯棒的直径为145mm时，制备的厚壁钢管的外径为133mm–180mm，壁厚为12mm–20mm，顶管延伸系数为4.0–5.3；

当上述芯棒的直径为180mm时，制备的厚壁钢管的外径为178mm–219mm，壁厚为12mm–20mm，顶管延伸系数为4.0–5.4；

上述顶管延伸系数的计算方式为：穿孔毛管的横截面面积/顶管后钢管的横截面面积。

顶管机按惯例进行孔型和排列设计，孔型设计决定了不同壁厚的钢管所用孔型大小和数目，顶管机的数量通常小于等于11架，从而限制了钢管的最小壁厚，钢管的最大壁厚由机组的设计决定。顶管的排列设计主要验证当最小壁厚钢管进行顶管时顶管机的稳定性和负荷，必要时可限制投料长度来解决顶管机的稳定性和负荷问题。钢管的壁厚越厚，顶管时，后面所用孔型越大、顶管机的数量越少。

进一步地，在利用本发明的制备厚壁钢管的新型顶管方法进行顶管处理时，采用的顶管机的数量为6–9架现有技术中，处理同样壁厚钢管时采用4–7架孔型，以现有顶管孔型为基础，将现有顶管孔型的第1架孔型去掉，在现有顶管孔型中第2架孔型的前面多加3架孔型共6–9架孔型以实现较大较厚的穿孔毛管的变形，提高了顶管长度，提高顶管芯棒长度的利用率。

优选地，当芯棒的直径为145mm时，顶管的最小壁厚为11mm，最大壁厚为20mm；当芯棒的直径为180mm时，顶管的最小壁厚为11.5mm，最大壁厚为20mm。

进一步地，在顶管处理中，连铸坯的长度为3m–4m(比如3m、3.1m、3.2m、3.3m、3.4m、3.5m、3.6m、3.7m、3.8m、3.9m、4m、)。如此设置能够解决顶管稳定性和负荷问题。

进一步地，在顶管处理中，顶管速度为2m/S～5m/S(比如2m/S、2.2m/S、2.4m/S、2.6m/S、2.8m/S、3.0m/S、3.2m/S、3.4m/S、3.6m/S、3.8m/S、4.0m/S、4.2m/S、4.4m/S、4.6m/S、4.8m/S、5m/S)，优选为3m/S，总时间为5S～7S(比如5S、5.2S、5.4S、5.6S、5.8S、6S、6.2S、6.4S、6.6S、6.8S、7S)，顶管过程中钢管的温度为950℃～1050℃(比如950℃、960℃、970℃、980℃、990℃、1000℃、1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃)。

进一步地，穿孔毛管的外径比连铸坯的外径大2mm；根据穿孔机的特点，与连铸坯的外径相比，其经穿孔处理后得到的穿孔毛管的外径微扩，穿孔毛管的内径保证后步顶管工序能顺利穿棒，穿孔毛管的内径比该穿孔毛管所配套的芯棒的外径大9mm左右。如：穿孔毛管规格(外径×壁厚)232×39、272×41.5。

连铸坯经穿孔处理后得到的穿孔毛管的长度为5.6m。根据穿孔机的特点，长度为5.6是穿孔毛管的极限长。

上述制备厚壁钢管的新型顶管方法包括以下步骤：

穿孔处理步骤：将连铸坯进行穿孔处理，得到穿孔毛管。

芯棒准备步骤：先将芯棒温度加热到450℃–500℃，再将芯棒用喷环直接喷上磷酸润滑剂进行润滑处理。

顶管步骤：将准备好的芯棒***上述穿孔毛管进行头部锁口后，进入小于等于9个机架进行顶管处理，得到荒管。

该顶管处理中，顶管速度为2m/S～5m/S(如：2.0m/S、2.5m/S、3.0m/S、3.5m/S、4.0m/S、4.5m/S、5.0m/S)，优选为3m/S，总时间为5S～7S(如：5S、5.5S、6S、6.5S、7S)，顶管过程中钢管的温度为950℃～1050℃(如：950℃、980℃、1000℃、1020℃、1050℃)。

减定径步骤：将上述荒管进行减定径处理(调张力实现了等厚减径)，得到厚壁钢管的成品。

实施例1

使用连铸坯直径为230mm、芯棒直径为145mm生产厚壁钢管实施顶管的过程，预制得厚壁钢管的外径为180mm、壁厚为18.5mm。具体方法如下：

(1)穿孔处理步骤：连铸坯选用直径为230mm、长度为3.25m的管坯，将上述连铸坯进行穿孔处理，得到穿孔毛管，穿孔毛管的直径为232mm、壁厚为39mm、长度为5.6m，穿孔毛管的长度5.6m为穿孔最大长。

(2)顶管步骤：采用直径为145mm的芯棒对穿孔毛管进行顶管处理得到荒管，荒管的直径为182.6mm、壁厚为18.3mm、长度为13.8m，

将上述芯棒***穿孔毛管进行头部缩口后，进入9个机架进行顶管处理，

上述顶管处理中，顶管速度为3m/S，总时间为5S～7S，钢管的温度为950℃～1050℃。

(3)减定径：对荒管进行减定径处理得到减径管，减径管的直径为180mm、壁厚为18.5mm、长度为14m。

减径管的头尾切250mm得到钢管的成品，厚壁钢管的成品直径为180mm、壁厚为18.5mm、长度为13.5m。

采用本方法处理的钢管，成材率达到93.8％，较常规坯生产成材率91.8％提升了2.0％。成品管长度达到13.5m，较常规坯生产成品钢管的长度8.6m(对比例1中所得到的成品钢管的长度)提升了57％，生产效率提高57％。

实施例2

使用连铸坯直径为270mm、芯棒直径为180mm生产的厚壁钢管实施顶管过程，预制得厚壁钢管的外径为219mm，壁厚为20mm。具体方法如下：

(1)穿孔处理步骤：连铸坯选用直径为270mm、长度为3.00m的管坯，将上述连铸坯进行穿孔处理，得到穿孔毛管，穿孔毛管的直径为272mm、壁厚为41.5mm、长度为5.6m，穿孔毛管的长度5.6m为穿孔最大长。

(2)顶管步骤：采用直径为180mm的芯棒对穿孔毛管进行顶管处理得到荒管，荒管的直径为220.4mm、壁厚为19.8mm、长度为13.3m。

将上述芯棒***穿孔毛管进行头部缩口后，进入9个机架进行顶管处理，

上述顶管处理中，顶管速度为3m/S，总时间为5S～7S，钢管的温度为950℃～1050℃。

(3)减定径：对荒管进行减定径处理得到减径管，减径管的直径为219mm、壁厚为20mm、长度为13.4m。减径管的头尾切250mm得到钢管的成品，钢管的成品直径为219mm、壁厚为20mm、长度为12.9m。

采用本方法处理的钢管，成材率达到93.9％，较常规坯生产成材率91.1％提升了2.8％。成品管长度达到12.9m，较常规坯(连铸坯直径为230mm)生产成品管长度7.9m(对比例2中所得到的成品钢管的长度)提升了63％，生产效率提高63％。

对比例1

现有技术中使用190mm的常规坯对145mm芯棒生产的厚壁钢管实施顶管过程，其中钢管的外径为180mm，壁厚为18.5mm。具体方法如下：

(1)穿孔处理步骤：连铸坯选用直径为190mm、长度为3.10m的常规管坯，将上述连铸坯进行穿孔处理，得到穿孔毛管，穿孔毛管的直径为208mm、壁厚为27mm、长度为5.6m，穿孔毛管的长度5.6m为穿孔最大长，外径Φ208mm为穿孔最大外径。

(2)顶管步骤：采用直径为145mm的芯棒对穿孔毛管进行顶管处理得到荒管，荒管的直径为182.6mm、壁厚为18.3mm、长度为8.9m，顶管延伸系数为1.59，芯棒长度利用45％。

(3)减定径：对荒管进行减定径处理得到减径管，减径管的直径为180mm、壁厚为18.5mm、长度为9.1m。

减径管的头尾切250mm得到钢管的成品，钢管的成品直径为180mm、壁厚为18.5mm、长度为8.6m。

采用常规方法处理的钢管，成材率较低仅为91.8％，成品管长度仅为8.6m较短，生产效率低。

对比例2

现有技术中使用230mm的常规坯对180mm芯棒生产的厚壁钢管实施顶管过程，其中钢管的外径为219mm，壁厚为20mm。具体方法如下：

(1)穿孔处理步骤：连铸坯选用直径为190mm、长度为3.61m的常规管坯，将上述连铸坯进行穿孔处理，得到穿孔毛管，穿孔毛管的直径为245mm、壁厚为28mm、长度为5.6m，穿孔毛管的长度5.6m为穿孔最大长，外径Φ245mm为穿孔最大外径。

(2)顶管步骤：采用直径为180mm的芯棒对穿孔毛管进行顶管处理得到荒管，荒管的直径为220.4mm、壁厚为19.8mm、长度为8.4m，顶管延伸系数为1.5，芯棒长度利用42％。

(3)减定径：对荒管进行减定径处理得到减径管，减径管的直径为219mm、壁厚为20mm、长度为8.4m。

减径管的头尾切250mm得到钢管的成品，钢管的成品直径为219mm、壁厚为20mm、长度为7.9m。

采用常规方法处理的钢管，成材率较低仅为91.1％，成品管长度仅为7.9m较短，生产效率低。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明公开的一种制备厚壁钢管的新型顶管方法，使用比芯棒大的管坯，穿孔机得到较大较厚的穿孔毛管，顶管时，以现有顶管孔型为基础，将现有顶管孔型的第1架孔型去掉，在现有顶管孔型中第2架孔型的前面多加3架孔型共6–9架孔型以实现较大较厚的穿孔毛管的变形(现有技术中，处理同样壁厚钢管时采用4–7架孔型)，提高了顶管长度，提高顶管芯棒长度的利用率。

因顶管机架中第一个机架为过渡机架，所以厚壁钢管的外径大了之后需在现有的顶管机架前面加机架，原有的第一个过渡机架不适合了需要去掉，增加的第一个机架为新机架并作为过渡机架，增加的第一个机架的孔型椭圆度要大一些，第一个机架孔型的长轴即宽度要比穿孔毛管来料略大2mm左右，短轴即高度要满足要有一个较小的减壁量(穿孔毛管进入第一架壁厚的压下量)2mm左右，总的减面率较小——仅为5％左右(常规架15％左右)。减面率的计算方法：[(来料横截面积-出料横截面积)/来料横截面积)]×100％。增加的第一个过渡机架和去掉的原有第一个过渡机架的作用一样，增加的第一个过渡机架的孔型比去掉的原有第一个过渡机架的孔型大些。

6–9架孔型使顶管达到增加厚壁钢管的大的总变形的目的，从而实现厚壁钢管的顶管长度与薄壁钢管的顶管长度相当。该发明能够有效地增加厚壁钢管的顶管长度，从而达到厚壁钢管与薄壁钢管一样长的目的，提高厚壁钢管成材率、提高生产效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。