D57泵管工藝研究及原材料選定

金云龍

（咸陽寶石鋼管鋼繩有限公司，陜西 咸陽 712000）

1 概述

1.1 D57泵管生產現狀 。D57泵管是油田上常用的抽油泵用管。我公司D57泵管自上世紀九十年代初期以來一直采用冷拔與冷軋相結合的工藝方式進行生產，該模式下需通過多道次冷拔拔制將毛坯管進行減徑、減壁處理，再通過多輥軋機軋制來保證產品的尺寸精度和機械性能。然而這種工藝方法的缺點是需經過壓頭及重復多次的退火、冷拔、酸洗等工序，工序道次多，生產周期長，生產成本高。2007年我車間引進了一臺先進LG90兩輥軋機，我們對該軋機的軋制速度、變形量、鋼管內孔反彈量以及產品機械性能進行研究，結合大量現場工藝實驗，以期實現D57泵管能夠在該軋機上使用原材料直接軋制產出合格產品。

1.2 D57泵管技術要求。D57泵管技術要求：1）內外徑幾何尺寸符合用戶具體要求。2）直線度≤0.8mm/m。3）抗拉強度≥450Mpa ，屈服強度≥380Mpa，延伸率≥7% 。4）基體硬度要求通常為布氏硬度HB170-255，具體要求因用戶不同有所差異。5）內表面粗糙度Ra≤1.6μm。其中幾何尺寸、直線度主要依靠工裝模具來保證；由于45鋼的特性，其抗拉強度、屈服強度及斷面延伸率一般都能達到泵管技術要求。由于冷加工變形對泵管硬度及表面粗糙度影響較大，因此如何確保產品的這兩項技術要求是本次試驗的工作重點。

2 D57泵管試驗設計

2.1 試驗思路。為保證產品的布氏硬度指標，選擇在不同延伸系數（C）下進行條件試驗，因為不知道在相同延伸系數下不同規格的軋前料對硬度是否有影響，故將軋前料的外徑（A）及壁厚（B）考慮進去，并確定了它們的試驗范圍：A：85-95（mm）。B：7-9（mm）。C：1.3-2

說明：由于試驗使用的軋機輥環為Φ95～Φ70，換言之軋前料外徑最大只能選取D95。

2.2 試驗目的。試驗目的是確定滿足硬度指標D57泵管的變形量及具體的軋前料規格。

2.3 試驗設計 。試驗主要分析不同變形量下，對比外徑和壁厚因素找出影響產品硬度的規律。

2.4 實驗步驟。a用Ф127×10的寶鋼原材料分別拔制得到所需要的軋前料規格，并編序號1、2、3……9。b用退火爐分別對9組軋前料進行完全退火處理，保證其應力狀態基本一致。c在LG90軋機上分別進行9組試驗，取樣做機械性能并檢測內表面粗糙度情況。

2.5 實驗結果分析。1）大港新世紀公司、勝利機械廠和華北華豐公司是我車間的主要用戶，他們對產品硬度要求略有差異。大港硬度要求HB170-240，勝利HB207-240，華北HB210-255。綜合考慮，硬度如能控制在HB210-240的范圍內，D57泵管就可以實現使用一種工藝軋制出的成品同時滿足三家用戶的需求。從表1可以看出，編號為3、5、8項的硬度范圍均在HB210-240之內，但編號3和8的硬度指標均接近了HB240的上限，故選軋前料為Ф90×8變形量是1.59的第5項為最佳方案。2）對比1、2、3組，發現相同外徑下，壁厚越大，內表面粗糙度越小；同理固定壁厚，發現外徑越大，內表面粗糙度越小。到底是外徑對表面粗糙度的影響大還是壁厚對表面粗糙度的影響大？我們比較2、7兩組，在相同的延伸系數下，Ф85×8的內表面粗糙度小于Ф95×7的，這說明減壁量是影響產品表面質量的主要因素，減壁量越大，表面越光潔。

表1 實驗數據

2.6 確定原材料規格。通過查詢寶山鋼鐵股份有限公司產品手冊結構用無縫鋼管標準組距，與第5項Ф90×8相接近的規格是Ф89×8。

3 工藝驗證

工藝試驗最佳方案的Φ90×8軋前料是由寶鋼Φ127×10的原材料拔制而來，它與寶鋼Φ89×8原材料生產出來的D57泵管有沒有差異，我們接下來要進行工藝驗證。我們買來寶鋼Φ89×8原材料進行小批量實驗，經過退火后在LG90軋機上直接軋制產出成品。產品交驗后其產品的幾何尺寸、直線度、機械性能、表面粗糙度等指標均達到技術要求，產品檢驗合格。

4 效果檢查

優化后的生產工藝：坯料定尺→退火→矯直→酸洗→冷軋→矯直→成品定尺→檢驗包裝

通過工藝優化前后對比可知，優化后的工藝省去了壓頭、冷拔和軋前定尺等工序，減少了退火、酸洗工序，生產流程大大縮短，生產成本顯著降低。據統計，每年僅優化工藝一項可節約生產成本約40萬元。

5 結論。1）變形量是影響產品硬度指標的主要因素，延伸系數越大產品的硬度越高。2）減壁量是影響產品表面粗糙度的主要因素，在相同變形量下，減壁量越大產品的表面質量越好。3）D57泵管生產從經濟性和產品技術方面綜合考慮，原材料規格選擇為Φ89×8為最佳；在LG90軋機上D57泵管的延伸系數控制在1.6左右可得到較理想的硬度值。

[1]李靖.扣件式鋼管模板支架極限承載力研究[D].北京交通大學，2009.