專利名稱：采用斜軋延伸技術生產高合金鋼高端管材的新工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及無縫鋼管的制造技術，尤其涉及大口徑、中厚壁、高 合金鋼的高端無縫鋼管的制造技術。
背景技術：
鋼材具有良好的綜合使用性能，能夠在不同工況條件下承受所要 求的負載和具有所需的使用壽命周期，且工藝性能良好，是國民經濟 建設不可或缺的重要基礎材料。 一般來說，把含碳量0. 02%-2%的碳鐵 合金稱為鋼，含碳量大于2%的碳鐵合金稱為鑄鐵。根據不同的劃分標 準，可以將鋼材劃分成不同的類別。按照鋼的化學成分可以分為碳素 鋼和合金鋼碳素鋼中的成分除了鐵和碳外，還含有在冶煉中難以除凈的少量 硅、錳、磷、硫、氧和氮等。根據含碳量大小，將碳素鋼分為低碳鋼 (含碳小于0.25%)、中碳鋼(含碳0.25% 0.6%)和高碳鋼(含碳大于 0.6%)。合金鋼是特意加入或超過碳素鋼限量的合金元素的鋼，以便使其 具有一般碳素鋼不可能具備的強度、韌性、耐蝕性、耐磨性、耐熱性、 紅硬性等特殊性能。這些合金元素包括錳、硅、礬、鉻、鎳、鈦、銳 等。合金元素總含量小于5%為低合金鋼，5% 10%為中合金鋼，大于 10%為高合金鋼。總體上講，鋼具有好的加工性能，但是隨著合金元素含量的提高， 合金鋼特別是高合金鋼一般情況下都表現為工藝塑性下降、變形溫 度區間變窄、脆性增大、變形抗力加大、從而使得加工難度越來越大， 因此高合金鋼產品的加工難度就更大，不但耗材、耗時、成本高，而且質量也難以得到保證。尤其是高合金鋼無縫管材的加工成形， 一直 是困擾無縫鋼管制造業的難題之一。其中，采用斜軋延伸技術來生產鋼管是常用的、古老的方法之一。德國曼內斯曼兄弟ioo多年前發明無縫鋼管生產工藝技術的核心，即立足于斜軋成形的穿孔機，即曼氏穿孔機。經過一個世紀多的技術進 步，由最早的斜軋穿孔機演變出各種現代化的斜軋延伸軋管機，如二輥式的延伸機、狄塞爾軋機、ACCU-ROLL軋機、三輥式的阿塞爾軋機、 TRANSVAL軋機等。盡管它們所用的軋輥形狀、數目、布置方式、芯 棒的形狀和運動方式都不相同，但有兩點是共同的第一，變形過程, 管件在其中除了前進運動外，還在傾斜布置的軋輥的帶動下圍繞自己 的中心軸線旋轉，即做螺旋前進運動，同時實現軋件在各類心棒上完 成減徑減壁的延伸變形；第二，在這類軋機上都配備有穿孔機，其使 命就是將實心坯穿軋成空心的荒管，以備后續的斜軋延伸成形裝置將 其軋制成為各種管材產品。由于變換規格方便，尺寸精度和表面質量 較好，鋼管斜軋延伸工藝用以生產規格繁多、表面精度要求較高的機 械用管、軸承管、中厚壁結構管的優勢始終得到業內人士的公認。采 用現有各類斜軋延伸技術生產管材的基本工藝流程是管坯下料一加熱一熱定心一斜軋穿孔一帶有長芯棒或短芯棒的 鋼管斜軋延伸一退出芯棒一再加熱一除鱗一定減徑一成品熱處理一 后精整不難看出，由于斜軋穿孔也是現有鋼管斜軋生產工藝不可或缺的 技術環節，采用這一工藝生產高端管材，特別是生產工藝塑性差、可 變形溫度區間窄、變形抗力大的高合金鋼管材時，穿孔缺陷和過度的 溫降將會造成技術上的種種麻煩，從而使上述工藝在生產高合金鋼高 端鋼管品種方面的推廣應用受到了限制。
發明內容
本發明正是為了克服上述現有技術的缺陷，提供了一種采用無須 穿孔的斜軋延伸技術生產高合金鋼高端管材的新工藝，尤其適用于大 口徑、中厚壁、高合金鋼無縫鋼管的生產，其包括以下工藝步驟第一步,經爐外精煉的高合金鋼鋼水通過離心鑄造機離心鑄造成 空心管坯；第二步，將所述空心管坯的前端外表面加工成帶錐度的"咬入 頭"、后端外表面加工成帶錐度的"尾端頭"，并對所述空心管坯的 內外表面和所述"咬入頭"、"尾端頭"進行機加工和質量檢査；第三步，對第二步處理后的所述空心管坯進行加熱；第四步，向加熱后的所述空心管坯內插入芯棒，并送入斜軋延伸 軋管機進行斜軋，制得壁厚、直徑和長度符合要求的管件；第五步，對所述管件脫芯棒、切頭、切尾；第六步，對切頭、切尾后的所述管件再經定徑、成品熱處理、精 整，制得合格的成品管材。其中，第一步所述的離心鑄造是在鑄型的旋轉軸線與水平夾角為 O度的臥式離心鑄造機上進行的，離心鑄造出的空心管坯為等壁厚的 兩端通透的空心管坯。在所述第二步中，將所述空心管坯外表面的前端和后端各250mm 長度分別加工成帶有錐度為l: (1500-2000)/D的"咬入頭"和"尾端 頭"，D為以毫米為單位的所述管坯的直徑，所述的機加工是對所述 空心管坯進行內外表面和所述"咬入頭"及"尾端頭"的切削加工；進一步，對所述空心管坯內表面的切削厚度不少于5毫米，對所 述空心管坯外表面的切削厚度不少于2毫米。第三步中所述的加熱，采用聯合加熱法，即80(TC以下采用爐內 燃氣加熱；800"C以上采用感應加熱。第四步中所述斜軋延伸軋管機為二輥式延伸機、狄塞爾軋機、 ACCU-ROLL軋機、三輥式阿塞爾軋機或TRANSVAL軋機。迸一步，所述斜軋延伸軋管機在斜軋過程的總延伸率不低于3。第五步中所述脫芯棒就是將經所述斜軋延伸軋管機軋出的管件 連同所述芯棒一起，送入松棒機進行松棒，再將所述管件連同芯棒運 送到抽棒機上，將所述芯棒從所述管件中抽出。進一步，第五步所述的切頭、切尾，就是采用切頭機將所述管件 前端部分"咬入頭"和后端部分"尾端頭"切除。第六步所述的精整包括根據需要對所述管件進行的加工和矯直， 以滿足不同使用環境下的要求。采用本發明上述的加工方法,首次將高質量的離心鑄造與變形條 件比較理想的斜軋延伸技術之間建立起了工藝上的聯系，尤其適用于 生產大口徑、中厚壁、難加工的高合金鋼高端無縫鋼管，克服了現有 技術的固有缺陷，形成了一種節能、優質、經濟而有別于傳統斜軋延 伸制管方法的大口徑厚壁高端無縫鋼管的短流程生產新工藝。本發明的上述工藝，相對于現有技術的加工工藝具有以下優點 (1 )本專利方法無須采用斜軋穿孔工藝步驟來制造空心管坯， 而是通過離心鑄造的方法來獲得空心管坯，可以節省多道工序，從而 使得本專利的工藝方法流程較短，可明顯降低制管車間的設備投資和 運行費用以及占地面積，具有節能降耗的優勢；(2)在保持原有工藝變動軋件規格靈活的優點的同時，因采用 了高質量的離心鑄造管坯和機加工，可以確保更高的尺寸精度和表面 質量，從而提高了產成品的質量；(3 )本專利方法還可以在斜軋延伸之前能對空心坯的質量進行 檢查，合格后方進入下道工序，便于成品質量的控制。而現有的技術 不能對斜軋穿孔后在進入下道工序前對工件的質量進行檢查，從而造 成質量參差不齊的工件均進入后續工序，產品質量難以控制；(4)本專利方法由于采用組織致密、機械性能更好，氣孔、縮 孔、夾渣、粗大晶粒等缺陷更少的離心鑄造管坯，在變形條件相同的 情況下，本專利方法可以獲得表面質量和綜合性能更為優良的管材；(5) 本專利的管坯經過機加工后，壁厚均勻性和尺寸精度遠高 于斜軋穿孔的空心坯，有利于提高成品的尺寸精度和產品合格率，降 低了后續精整工序的工作量；(6) 本專利方法通過兩頭管端軋前的"小錐度化"處理，可以 在生產徑壁比大于10的管材時避免"尾三角"缺陷的出現，并可防止 軋制過程中進入軋輥臺階變形區段二次咬入受阻現象的發生，可避免 造成軋制過程的中斷；(7)本專利方法，因工藝過程合理，能確保所生產出的高端管 材實現"零內折"、"零尾三角"，從而更具質量優勢和效率優勢。
圖l為現有技術的工藝流程框圖；圖2為本發明的工藝流程框圖；圖3為本發明一實施例的工藝流程框圖。
具體實施例方式如圖3所示，為本發明一實施例的工藝流程框圖，包括以下工藝第一步，經爐外精煉的P22鋼水通過離心鑄造機離心鑄造成0 341x74. 5mm空心管坯。該步驟中，所述爐外精煉鋼水與現有技術相同， 這里不再贅述；所述離心鑄造是在鑄型的旋轉軸線與水平夾角為O度 的臥式離心鑄造機上進行，離心鑄造出的空心管坯為等壁厚的兩端通 透的空心管坯。采用離心鑄造機可以方便地、高質量地加工出用于后 步驟使用的空心管坯，而不需要現有技術對連鑄鋼錠或圓坯的加熱和 斜軋穿孔，不但簡化了整個加工過程的工藝流程，且可真正實現"零 穿孔"，因而也就實現了 "零穿孔缺陷"；而且，通過離心鑄造并經 機加工后獲得的管坯，內部晶粒結構更加合理、尺寸精度更高，更有 利于后步驟的軋制，可有效保證后面的加工工序和產成品的質量。至于離心鑄造機，已經在鑄鐵管生產領域得到了推廣和應用，可以直接 用于本專利，對其結構和原理這里不再贅述。第二步，將所述空心管坯的前、后端各250mm長度的外表面均加 工成帶有錐度為l: 4.59的"咬入頭"和"尾端頭"，此時所述"咬 入頭"和"尾端頭"的錐度范圍可在l: 1500/D 2000/D之間選取， 對于本實施例①339咖的管坯來說即可以在1: 4. 42 5. 90之間選取，本實施例優選為l: 4.59;并對所述空心管坯的內外表面和所述前端的"咬入頭"和后端的"尾端頭"進行機加工和質量檢査。 所述的機加工是對所述空心管坯進行內外表面和所述"咬入頭"及"尾端頭"的切削加工，對所述空心管坯內表面的切削厚度為5毫米，外表面的切削厚度為2毫米；加工后前、后端分別經過"小錐度 化"處理的所述管坯的尺寸為O339x67.5x3000mm。該機加工步驟可 以清除空心管坯粗糙的內外表層和其它缺陷，保證空心管坯內外表面 的光潔度，提高加工后成品的質量；同時經機加工后"小錐度"的前 后端，有助于在生產徑壁比大于10的管材時避免"尾三角"缺陷的出 現，并防止在進入軋輥臺階變形區段出現二次咬入受阻的現象，不致 造成軋制過程的中斷。所述質量檢查，就是將存在缺陷進行清理后仍不符合要求的空心 管坯排除出所述工藝步驟。這樣可以保證用于后期加工的空心管坯均 為合格的坯料，可大大的節約成本，減少廢品率、并提高產成品質量。第三步，對上述處理后的所述空心管坯進行加熱。加熱采用聯合加熱法，即在8ocrc以下采用爐內燃氣加熱、80(rc以上采用感應加熱。第四步，向加熱后的所述空心管坯內插入外徑為O190ram的芯棒 后，導入三輥式阿塞爾斜軋機進行斜軋，軋成尺寸為O250x28x9000mm 的管件，軋制過程的總延伸率為3。第五步，對所述管件脫芯棒、切頭、切尾。所述脫芯棒就是將周 期軋管機軋出的管材連同所述芯棒一起，送入松棒機進行松棒，再將 所述管件連同芯棒運送到抽棒機上，將所述芯棒從所述管件中抽出。所述松棒機和所述抽棒機均為現有設備，可從市場上購得，這里不再 贅述。所述切頭、切尾，就是采用切頭機將所述管件前端部分"咬入頭" 和后端部分"尾端頭"切除。第六步、對切頭、切尾后的所述管件再經定徑、成品熱處理、精整，制得O250x28x8000mm的合格成品管材。所述精整包括根據需要 對所述管件進行的加工和矯直，以滿足不同使用環境下的要求。本發明首先創造性地采用離心鑄造來制備空心管坯，特別適合于 制造口徑在250毫米以上、徑壁比在13以下的大口徑、中厚壁高合金 鋼高端無縫管材。采用本發明生產100毫米以下管材，則不能充分體 現離心鑄造管坯的優勢；其次，如果將本發明用于高徑壁比的薄壁高 合金鋼管材的生產，則由于易于產生"尾三角"而危及斜軋延伸過程 的穩定性。本發明上述實施例的詳細說明及附圖，目的是通過文字和圖示來 進行解釋，而不在于限定權利要求的保護范圍。在本申請說明書所述具體實施方式
上的各種變化，對于本領域普通技術人員來說是顯而易 見的，并處于權利要求及其等同技術的保護范圍內，任何不脫離本發 明權利要求的變更、修改均屬于本發明保護的內容。
權利要求
1、采用斜軋延伸技術生產高合金鋼無縫管材的新工藝，包括以下工藝步驟第一步，經爐外精煉的高合金鋼鋼水通過離心鑄造機離心鑄造成空心管坯；第二步，將所述空心管坯的前端外表面加工成帶錐度的“咬入頭”、后端外表面加工成帶錐度的“尾端頭”，并對所述空心管坯的內外表面和所述“咬入頭”、“尾端頭”進行機加工和質量檢查；第三步，對第二步處理后的所述空心管坯進行加熱；第四步，向加熱后的所述空心管坯內插入芯棒，并送入斜軋延伸軋管機進行斜軋，制得壁厚、直徑和長度符合要求的管件；第五步，對所述管件脫芯棒、切頭、切尾；第六步，對切頭、切尾后的所述管件再經定徑、成品熱處理、精整，制得合格的成品管材。
2、 根據權利要求l所述的新工藝，其特征在于第一步所述的離 心鑄造是在鑄型的旋轉軸線與水平夾角為O度的臥式離心鑄造機上進 行的，離心鑄造出的空心管坯為等壁厚的兩端通透的空心管坯。
3、 根據權利要求l所述的新工藝，其特征在于在所述第二步中， 將所述空心管坯外表面的前端和后端各250mm長度分別加工成帶有錐 度為l: (1500-2000)/D的"咬入頭"和"尾端頭"，D為以毫米為單 位的所述管坯的直徑，所述的機加工是對所述空心管坯進行內外表面 和所述"咬入頭"及"尾端頭"的切削加工。
4、 根據權利要求3所述的新工藝，其特征在于對所述空心管坯 內表面的切削厚度不少于5毫米，對所述空心管坯外表面的切削厚度 不少于2毫米。
5、 根據權利要求l所述的新工藝，其特征在于第三步中所述的 加熱，采用聯合加熱法，即在80(TC以下采用爐內燃氣加熱，80(TC以 上采用感應加熱。
6、 根據權利要求l所述的新工藝，其特征在于第四步中所述斜軋延伸軋管機為二輥式延伸機、狄塞爾軋機、ACCU-ROLL軋機、三 輥式阿塞爾軋機或TRANSVAL軋機。
7、 根據權利要求6所述的新工藝，其特征在于所述斜軋延伸軋 管機在斜軋過程的總延伸率不低于3。
8、 根據權利要求l所述的新工藝，其特征在于第五步中所述脫 芯棒就是將經所述斜軋延伸軋管機軋出的管件連同所述芯棒一起，送 入松棒機進行松棒，再將所述管件連同芯棒運送到抽棒機上，將所述 芯棒從所述管件中抽出。
9、 根據權利要求l所述的新工藝，其特征在于第五步所述的切頭、切尾，就是采用切頭機將所述管件前端部分"咬入頭"和后端部 分"尾端頭"切除。
10、 根據權利要求l所述的新工藝，其特征在于第六步所述的精整包括根據需要對所述管件進行的加工和矯直，以滿足不同使用環 境下的要求。
全文摘要
一種采用無須穿孔的斜軋延伸技術生產高合金鋼高端無縫管材的新工藝，包括爐外精煉的高合金鋼鋼水離心鑄造成空心管坯；將所述空心管坯的前、后端外表面各加工成帶錐度的“咬入頭”和“尾端頭”，并對其內外表面和所述“咬入頭”、“尾端頭”進行機加工和質量檢查；加熱；向加熱后的所述空心管坯內插入芯棒，并送入斜軋延伸軋管機進行斜軋，制得壁厚、直徑和長度符合要求的管件；脫芯棒、切頭、切尾；再經定徑、成品熱處理、精整，制得合格的成品管材。本工藝方法流程短、無須斜軋穿孔，從而成本低、提高質量；前后端小錐度化處理，在生產中厚壁管材時可避免“尾三角”的產生，并改善二次咬入性能，從而提高了產品質量和生產效率。
文檔編號B21C45/00GK101579702SQ200910087300
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月17日 優先權日2009年6月17日
發明者劉懷文, 朱玉寶, 馬曉梅 申請人:北京首宏鋼科技開發有限公司