Aplicación y ventajas de tubos de acero sin costura laminados de precisión en la fabricación de cilindros mineros

Resumen: Este documento compara las propiedades mecánicas, las técnicas de procesamiento y la viabilidad económica de las tuberías de acero sin costura laminadas con precisión con las de las tuberías de acero sin costura de precisión laminadas en caliente y estiradas en frío tradicionales. Los resultados de las pruebas indican que, bajo especificaciones idénticas, las tuberías de acero sin costura laminadas con precisión demuestran un rendimiento mecánico general superior. En comparación con las tuberías de acero sin costura laminadas en caliente tradicionales Tubos de acero sin costura, reducen significativamente el tiempo de procesamiento y los costos de producción en aproximadamente un 2%. En comparación con las tuberías de acero sin costura de precisión estiradas en frío, mantienen una eficiencia de procesamiento similar pero ofrecen una reducción de costos de aproximadamente un 13,6%. Estas ventajas resaltan el gran potencial de las tuberías de acero sin costura laminadas con precisión para una aplicación generalizada en la fabricación de cilindros hidráulicos mineros.

Las tuberías de acero sin costura laminadas en caliente se utilizan comúnmente como materia prima primaria en la fabricación de cilindros hidráulicos mineros. En los últimos años, el uso de tuberías de acero sin costura de precisión trefiladas en frío ha crecido constantemente, impulsado por su superior eficiencia de procesamiento. Sin embargo, su alto costo y su resistencia al impacto relativamente baja han limitado su aplicación en maquinaria de minería de carbón. Las tuberías de acero sin costura laminadas con precisión se fabrican utilizando unidades de laminado de tubos de precisión avanzada. A lo largo de las etapas de laminado en caliente y acabado, la precisión dimensional se controla estrictamente, produciendo tuberías con diámetros internos y externos de alta precisión, espesor de pared uniforme y excelente rectitud. Estas tuberías se entregan en condiciones templadas y templadas, siguiendo un proceso de producción que incluye fundición continua, calentamiento, perforación, laminación de precisión hasta el diámetro objetivo, enfriamiento, revenido, enderezamiento, pruebas no destructivas y acabado final. Con excelentes propiedades mecánicas, alta precisión dimensional y excepcional rentabilidad, los tubos de acero sin costura laminados con precisión muestran un potencial significativo para su uso en la fabricación de cilindros hidráulicos. Su uso puede facilitar la innovación tecnológica e impulsar la mejora industrial dentro del sector. Este documento analiza y compara el rendimiento de los tubos de acero sin costura laminados con precisión, los tubos de acero sin costura laminados en caliente y los tubos de acero sin costura de precisión estirados en frío en la fabricación de cilindros hidráulicos, centrándose en tres aspectos clave: propiedades mecánicas, tecnología de procesamiento y beneficios económicos.

27SiMn es el material más utilizado para la minería de cilindros hidráulicos. Su alta resistencia, excelente resistencia al desgaste, buena endurecimiento, bajo costo y composición química equilibrada lo hacen adecuado para una amplia gama de aplicaciones. Este artículo utiliza el tubo 27SiMn para un cilindro de gato con un diámetro de 160 mm como ejemplo para comparar y analizar las propiedades mecánicas de los tubos de acero sin costura laminados en caliente tradicionales, tubos de acero sin costura de precisión trefilados en frío y tubos de acero sin costura laminados con precisión. Según GB / T 25974,2-2010, Soportes hidráulicos para minas de carbón Parte 2: Condiciones técnicas para columnas y gatos, el requisito de energía de impacto para materiales utilizados en columnas de soporte hidráulico y gatos está claramente definido: la energía de impacto de la muesca debe ser de al menos 27 J a -20 ° C. En base a esto, se han establecido requisitos técnicos para tuberías de acero utilizadas en cilindros hidráulicos, y las acerías producen tuberías que cumplen con las mismas o similares especificaciones de acuerdo con con esta norma. Las tuberías tradicionales de acero sin costura laminadas en caliente seleccionadas tienen dimensiones de 194 mm de diámetro exterior × 22 mm de espesor de pared. Estas tuberías se entregan en estado de laminado en caliente y se someten a enfriamiento y revenido en un horno de caja después de cortar y aserrar. Se seleccionan tuberías de acero sin costura de precisión trefiladas en frío con con dimensiones de 194 mm de diámetro exterior × 157 mm de diámetro interior. Estas tuberías se fabrican por enfriamiento y revenido de tuberías de acero sin costura laminadas en caliente, seguidas de estirado, enderezamiento y recocido de alivio de tensión. Las tuberías de acero sin costura laminadas de precisión seleccionadas tienen dimensiones de 194 mm de diámetro exterior × 19 mm de espesor de pared y se entregan en estado de templado y templado por la acería. Se recolectaron muestras de los tres tipos de tuberías de acero sin costura de acuerdo con con las disposiciones relevantes de GB / T 2975-2018, Sampling Localización y Preparación de Muestras para Prueba de Propiedades Mecánicas de Productos de Acero y Acero. Luego se realizaron pruebas de tracción e impacto, con los resultados se presentan en la Tabla 1.

Tabla 1: Propiedades mecánicas de tres tuberías de acero sin costura

Como se muestra en la Tabla 1, los tres tipos de tuberías de acero sin costura demuestran una resistencia relativamente alta, cumpliendo con los requisitos para cilindros de gato con un diámetro de 160 mm. Sin embargo, en términos de plasticidad y dureza, la tubería de acero sin costura tradicional laminada en caliente y la tubería de acero sin costura laminada con precisión funcionan mejor que la tubería de acero sin costura de precisión trefilada en frío. Según GB / T 25974,2-2010, Soporte hidráulico para minas de carbón Parte 2: Condiciones técnicas para columnas y gatos, la energía de impacto de muesca de los materiales utilizados en gatos de columna de soporte hidráulico debe ser de al menos 27 J a -20 ° C.

La energía de impacto de la tubería de acero sin costura de precisión estirada en frío es de 31 J. Aunque cumple con el estándar, el margen es estrecho. En comparación, la energía de impacto de las tuberías de acero sin costura laminadas en caliente tradicionales y las tuberías de acero sin costura laminadas con precisión es de 68 J y 79 J, respectivamente, ambas superando el estándar por un margen significativo. La razón principal de la diferencia de tenacidad entre estas tuberías, a pesar de estar hechas del mismo material, radica en el método de procesamiento utilizado para la tubería de acero sin costura de precisión estirada en frío. Esta tubería primero se enfría y se templaba, luego se somete a estirado en frío. La deformación plástica introducida durante el estirado en frío induce un endurecimiento del trabajo dentro del material, lo que aumenta su resistencia y dureza pero reduce su tenacidad.

La estructura típica de un cuerpo de cilindro hidráulico minero se muestra en la Figura 1. El barril del cilindro generalmente se fabrica a partir de tuberías de acero sin costura laminadas en caliente tradicionales o tuberías de acero sin costura de precisión estiradas en frío.

(A) Fondo del cilindro (b) Barril del cilindro

Figura 1 Estructura típica de un cilindro hidráulico minero

Las dimensiones y los procesos de fabricación de los cilindros hidráulicos hechos de tuberías de acero sin costura laminadas en caliente tradicionales y tuberías de acero sin costura de precisión estiradas en frío se presentan en la Tabla 2.

Tabla 2. Dimensiones y procesos de fabricación de tuberías de acero sin costura comúnmente utilizadas en cilindros hidráulicos

Como se muestra en la Tabla 2, los tubos de acero sin costura laminados en caliente tradicionales generalmente exhiben poca rectitud debido a su margen de mecanizado de gran diámetro interior y la falta de tratamiento de enderezamiento después del enfriamiento y revenido. Por lo tanto, cuando se utilizan tubos de acero sin costura laminados en caliente tradicionales en la producción de cilindros hidráulicos, la tubería debe someterse a dos procesos de aplanamiento y el orificio interior requiere un mandrinado áspero. En contraste, los tubos de acero sin costura de precisión estirados en frío tienen un margen de mecanizado de diámetro interior de solo 2 a 4 mm y generalmente mantienen una tolerancia de rectitud dentro de los 0,3 mm / m. Como resultado, cuando se utilizan tubos de acero sin costura de precisión estirados en frío, solo se requiere una sola operación de aplanado y no se necesita un mandrinado áspero del orificio interior. El raspado y el laminado se pueden realizar directamente después del aplanado, lo que resulta en una eficiencia de procesamiento significativamente mayor en comparación con los tubos de acero sin costura laminados en caliente tradicionales. Los tubos de acero sin costura laminados con precisión tienen un margen de mecanizado de diámetro interior de 4-8 mm y, después del enderezamiento, logran una rectitud de no más de 1,5 mm / m. Su margen de mecanizado y rectitud se encuentran entre los de los tubos de acero sin costura de precisión estirados en frío y los tubos de acero sin costura laminados en caliente tradicionales. Para evaluar las características de procesamiento de los tubos de acero sin costura laminados con precisión, se realizaron ensayos siguiendo los mismos procedimientos utilizados para los tubos de acero sin costura de precisión estirados en frío. Los tubos de acero sin costura laminados con precisión utilizados en la prueba de procesamiento tenían un diámetro exterior de 194 mm y un espesor de pared de 19 mm, con un margen de mecanizado de diámetro interior medido de 5-6 mm. El equipo de procesamiento incluyó una sierra CNC, un torno CNC y una máquina raspadora, todos los cuales se utilizaron en los ensayos de procesamiento. Los resultados demostraron que los tubos de acero sin costura laminados con precisión eliminan la necesidad de mandrinar en bruto y los dos pasos de aplanamiento. Al raspar sin mandrinar en bruto, la velocidad de alimentación de raspado alcanzó los 400 mm / min, lo que coincide con la eficiencia de procesamiento de los tubos de acero sin costura de precisión estirados en frío. En general, se estima que la eficiencia de procesamiento integral del orificio interior es un 50% mayor que la de los tubos de acero sin costura laminados en caliente tradicionales. La prueba de procesamiento para el tubo de acero sin costura laminado con precisión de 194 mm × 19 mm se muestra en la Figura 2. Después de cortar, aplanar, soldar (para accesorios), raspar y enrollar, tapar y biselar, todos los parámetros medidos, incluidas las dimensiones del orificio interior y la rugosidad de la superficie, cumplieron con los estándares de calidad. Las condiciones de mecanizado fueron favorables, lo que demuestra una tecnología de procesamiento eficiente.

(A) Aplanamiento (b) Raspado y rodado (c) Agujero interior después de raspar y rodar (d) Estado del nido del marco

Figura 2 Prueba de procesamiento de tubería de acero sin costura laminada con precisión de 194 mm × 19 mm

Se realizó un análisis económico de los tres tipos de tuberías de acero sin costura mencionados anteriormente. Tomando como ejemplo un cilindro de gato con especificaciones de 160 mm de diámetro interior × 1.200 mm de longitud, se calculó el costo del material, el costo de procesamiento y la chatarra de hierro. Aquí, el costo de procesamiento se refiere al costo total desde el mecanizado inicial hasta el raspado y laminado. Los resultados estadísticos se presentan en la Tabla 3.

Tabla 3 Estadísticas de los beneficios económicos de tres tipos de tuberías de acero sin costura

De acuerdo con las estadísticas anteriores, los tubos de acero sin costura de precisión estirados en frío tienen la economía más pobre y los costos de producción más altos, mientras que los tubos de acero sin costura laminados con precisión ofrecen la mejor eficiencia económica. Para un cilindro de gato con las especificaciones de 160 mm × 1.200 mm, el uso de tubos de acero sin costura laminados con precisión puede reducir los costos en aproximadamente un 2%.

• Los tubos de acero sin costura laminados con precisión exhiben excelentes propiedades mecánicas generales. Para tuberías de las mismas especificaciones, su resistencia y energía de impacto son comparables o superiores a las de los tubos de acero sin costura de precisión laminados en caliente y estirados en frío tradicionales.
• En comparación con las tuberías de acero sin costura laminadas en caliente tradicionales, las tuberías de acero sin costura laminadas con precisión eliminan la necesidad de perforación áspera del orificio interior y dos pasos de aplanamiento, lo que acorta significativamente el tiempo de procesamiento de la fábrica y reduce los costos en aproximadamente un 2%.
• La eficiencia de procesamiento de los tubos de acero sin costura laminados con precisión coincide con la de los tubos de acero sin costura de precisión estirados en frío, al tiempo que proporciona un ahorro de costos de aproximadamente el 13,6%, lo que los hace adecuados para una aplicación más amplia en la fabricación de cilindros mineros.