專利名稱：一種用模鑄空心鋼錠鍛制合金無縫鋼管的方法
技術領域：
本發明涉及無縫鋼管制造技術，尤其涉及一種用模鑄空心鋼錠鍛制大口徑且厚壁的合金無縫鋼管的方法。
背景技術：
無縫鋼管通常采用周期軋管機、連軋管機、擠壓機進行軋制生產，一般碳鋼、低合金鋼和合金結構鋼采用軋管機直接軋管生產，但是高壓鍋爐用的鉻鉬高合金無縫鋼管如 P91、P92因合金含量高，軋機穿孔負荷高，鋼管內表面容易出現內折缺陷。通常采用鍛坯、 軋坯或電渣鋼錠鏜孔后再進行軋制生產，以降低穿孔機負荷，提高鋼管內表面質量，而采用該工藝，金屬收得率低，生產周期長，受軋管機組能力、管坯規格和壓縮比的影響，鋼管規格會受到很大限制。
目前，有采用徑向鍛造技術生產中大口徑合金鋼無縫管的方法，該方法是經過精煉的鋼水被離心鑄造成中大口徑空心管坯，中大口徑空心管坯的內外表面進行機加工，內表面的切削厚度不少于5毫米，外表面切削厚度不少于2毫米；并在空心管坯的一端或兩端固接碳素鋼“夾頭料”，“夾頭料”的長度為300 800毫米；加工完成的中大口徑空心管坯經過兩種加熱方式進行加熱；在空心管坯中插入芯棒，然后導入徑向鍛造機中進行鍛制成形， 制得壁厚、直徑和長度符合要求的管件。該方法存在如下缺陷中大口徑空心管坯為離心鑄造，需要進行內外表面機加工，在管坯兩端焊接“夾頭料”，管坯生產成本高，金屬收得率低， 而且受離心鑄造機和徑鍛機能力的限制，管坯的外徑、重量和長度都將受到限制，因此生產的中大口徑管件外徑和壁厚均會受到很大限制。
采用自由鍛的方式也可生產大口徑厚壁管，但是由于鋼管較長且內徑小，因此內孔直徑很難鍛出，只有鍛制成實心棒材，再機加工內孔，對于生產大口徑厚壁管，造成極大的材料浪費。另外，自由鍛必不可少的大加工余量也加劇了材料的浪費，同時極大地增加機加工成本，更為重要的是由于材料利用率極低而不得不使用大鋼錠和大噸位壓力機，這樣使得生產困難且產品性能難以保證。
此外，用于超臨界電站機組的大口徑、厚壁鉻鉬高合金(例如P91、P92)高壓鍋爐管要求鋼管長度大于5米，外徑大于Φ450πιπι，壁厚大于60mm，壓縮比大于3。而諸如P91、 P92的高合金鋼變形溫度范圍窄、塑性差、變形抗力大，導致加工困難，生產成本高和生產工序長，一直是高合金鋼管生產的難題，尤其是大口徑厚壁管長期依靠進口。由于鉻鉬高合金鋼穿孔負荷大，受軋機能力的限制，用鋼錠直接穿孔軋管，會出現穿不動或者鋼管內表面產生內折缺陷，而且受鋼錠重量的影響，軋管后壓縮比達不到規定要求。發明內容
為了解決現有技術中存在的上述一個或多個問題，本發明提供了一種用模鑄空心鋼錠鍛制合金無縫鋼管的方法，所述方法包括下述步驟將經過冶煉和精煉的合金鋼水模鑄成空心鋼錠；將空心鋼錠加熱至其變形溫度范圍，經過2-3道次鍛壓對空心鋼錠進行鍛制；在鍛壓時，空心鋼錠中設置有芯棒；用圓形砧模將鍛制后的空心鋼錠窺圓成形，再加工成期望的鋼管。
由鉻鉬高合金鋼水模鑄而成的空心鋼錠的變形溫度范圍可以為1150°C -1250°C。
在進行每道次鍛壓時，當空心鋼錠溫度達到870士20°C時停止鍛壓，并重新將空心鋼錠加熱至其變形溫度范圍，直到各道次鍛壓完成。
芯棒的直徑可以比空心鋼錠的內孔小IOmm至25mm，并且芯棒可以通水冷卻。
第一道次的壓下量可以為40mm至60mm，第二道次的壓下量可以為25mm至35mm， 第三道次的壓下量可以為5mm至20mm。
本發明的采用空心鋼錠鍛制鋼管的方法不受鋼錠錠型的限制，鋼管外徑和長度不會受到嚴格限制，而且鋼管壁厚越厚，金屬的收得率越高，成本越低。因此，本發明的采用空心鋼錠鍛造合金無縫鋼管的方法具有金屬收得率高、生產周期短、生產成本低等優點，并可鍛制出外徑在Φ450πιπι以上、壁厚在60mm以上的無縫鋼管，特別適合高合金鋼大口徑厚壁無縫鋼管生產。
具體實施方式
根據本發明的鍛制合金無縫鋼管的方法包括下述步驟將經過冶煉和精煉的合金鋼水(例如，鉻鉬高合金鋼水)模鑄成空心鋼錠；將空心鋼錠加熱至其變形溫度范圍，經過 2-3道次鍛壓對空心鋼錠進行鍛制；在鍛壓時，空心鋼錠中設置有芯棒；用圓形砧模將鍛制后的空心鋼錠窺圓成形，再加工成期望的鋼管。
由鉻鉬高合金鋼水模鑄而成的空心鋼錠的變形溫度范圍可以為1150°C -1250°C。
在進行每道次鍛壓時，當空心鋼錠溫度達到870士20°C時停止鍛壓，并重新將空心鋼錠加熱至其變形溫度范圍，直到各道次鍛壓完成。
芯棒的直徑可以比空心鋼錠的內孔小IOmm至25mm，并且芯棒可以通水冷卻。
第一道次的壓下量可以為40mm至60mm，第二道次的壓下量可以為25mm至35mm， 第三道次的壓下量可以為5mm至20mm。
下面結合具體實施例對本發明的鍛制合金無縫鋼管的方法進行詳細描述。
實施例1
在實施例1中，采用P91鋼來制造合金無縫鋼管。首先，對初煉鋼水進行電弧爐冶煉，鋼水中碳彡0. 03%、磷彡0. 004%、溫度彡1650 1680°C時出鋼，出鋼過程進行鋼水預脫氧和合金化。然后，使鋼水經過LF爐外精煉，在LF爐進行脫氧、脫硫、去除夾雜物、調整合金成分。當鋼水溫度達到1680°C 1700°C且化學成分滿足標準要求時吊出LF爐，使出 LF爐的鋼水進行VD真空處理，去除氣體和夾雜物。隨后，將經過電爐冶煉和爐外精煉、真空處理后的鋼水模鑄成內徑Φ330πιπι、外徑Φ930πιπι的空心鋼錠。
將澆鑄成的空心鋼錠送至燃氣加熱爐進行加熱，并將空心鋼錠加熱到變形溫度范圍，對于鉻鉬高合金鋼錠來說，變形溫度范圍為1150°C 1250°C。然后將加熱好的空心鋼錠放置在鍛壓機的砧上，送料機夾住外徑Φ310πιπι的芯棒插入空心鋼錠的內孔，同時芯棒內通水冷卻，鍛造機按60mm的壓下量對空心鋼錠進行第一道次的拔長，空心坯溫度達到870士20°C時停止鍛壓。然后，將空心坯料送回加熱爐進行第二次加熱，并使空心坯料達到變形溫度范圍，例如1150°C 1250°C，隨后將加熱好的鋼錠吊出進行第二道次鍛壓，按35mm的壓下量對空心鋼錠進行第二道次的拔長，當空心坯溫度達到870士20°C時停止鍛壓。經過在不同壓下量進行數道次的鍛造之后，形成外徑為M5mm、內徑為320mm和壁厚 112. 5mm的空心管坯。
最后，可以用內孔530 MOmm的圓形砧模將形成的空心管坯窺圓成形，減少鋼管表面的加工量，提高金屬收得率，降低生產成本。然后，將鍛制的鋼管送加熱爐進行退火，退火后的鋼管兩端切平，表面機加工成510mm(外徑)X85mm(厚度)的鋼管，經過熱處理后成合格管材。
實施例2
在實施例2中，采用P92鋼來制造合金無縫鋼管。對初煉鋼水進行電弧爐冶煉，鋼水中碳彡0. 03%、磷彡0. 003%、溫度彡1650 1680°C時出鋼，出鋼過程進行鋼水預脫氧和合金化。然后，使鋼水經過LF爐外精煉，在LF爐進行脫氧、脫硫、去除夾雜物、調整合金成分。當鋼水溫度達到1680°C 1700°C且化學成分滿足標準要求時吊出LF爐，使出LF爐的鋼水進行VD真空處理，去除氣體和夾雜物。隨后，將經過電弧爐冶煉和爐外精煉、真空處理后的鋼水模鑄成內徑Φ320πιπι和外徑Φ 1080mm的空心鋼錠。
將澆鑄成的空心鋼錠送至燃氣加熱爐進行加熱，并將空心鋼錠加熱到變形溫度范圍，對于鉻鉬高合金鋼錠來說，變形溫度范圍為1150°C 1250°C。然后將加熱好的空心鋼錠放置在鍛壓機的砧上，送料機夾住外徑Φ310πιπι的芯棒插入空心鋼錠的內孔，同時芯棒內通水冷卻，鍛造機按40mm的壓下量對空心鋼錠進行第一道次的拔長，空心坯溫度達到 870士20°C時停止鍛壓。然后，將空心坯料送回加熱爐進行第二次加熱，并使空心坯溫度達到變形溫度范圍，例如1150°C 1250°C，隨后將加熱好的空心坯吊出進行第二道次鍛造， 按25mm的壓下量對空心鋼錠進行第二道次的拔長，當空心坯溫度達到870士20°C時停止鍛壓，將空心坯送回加熱爐進行第三次加熱，加熱溫度達到1150 1250°C時吊出進行第三道次鍛造，先按20mm的壓下量對空心鋼錠進行鍛制，再將壓下量調到IOmm進行鍛制。經過在不同壓下量進行數道次的鍛造之后，形成外徑為577mm、內徑為349mm和壁厚114mm的空心管坯。
最后用內孔580 590mm的圓形砧模將空心管坯窺圓成形，減少鋼管表面的加工量，提高金屬收得率，降低生產成本。鍛制的鋼管送加熱爐進行退火，退火后的鋼管兩端切平，表面機加工成559mm(外徑)X95mm(厚度)的鋼管，經過熱處理后成合格管材。
實施例3
在實施例2中，采用91鋼來制造合金無縫鋼管。對初煉鋼水進行電弧爐冶煉，鋼水中碳彡0. 03%、磷彡0. 004%、溫度彡1650 1680°C時出鋼，出鋼過程進行鋼水預脫氧和合金化。然后，使鋼水經過LF爐外精煉，在LF爐進行脫氧、脫硫、去除夾雜物、調整合金成分。當鋼水溫度達到1680°C 1700°C且化學成分滿足標準要求時吊出LF爐，使出LF爐的鋼水進行VD真空處理，去除氣體和夾雜物。隨后，將經過電爐冶煉和爐外精煉的真空處理后的鋼水模鑄成內徑和外徑Φ880πιπι的空心鋼錠。
將澆鑄成的空心鋼錠送至燃氣加熱爐進行加熱，并將空心鋼錠加熱到變形溫度范圍，對于鉻鉬高合金鋼錠來說，變形溫度范圍為1150°C 1250°C。然后將加熱好的空心鋼錠放置在鍛壓機的砧上，送料機夾住外徑O^SOmm的芯棒插入空心鋼錠的內孔，同時芯棒內通水冷卻，鍛造機按50mm的壓下量對空心鋼錠進行第一道次的拔長，空心坯溫度達到870士20°C時停止鍛壓。然后，將空心坯料送回加熱爐進行第二次加熱，并使空心坯達到變形溫度范圍，例如1150°C 1250°C，隨后將加熱好的空心坯吊出進行第二道次鍛造， 按30mm的壓下量對空心鋼錠進行第二道次的拔長，當空心坯溫度達到870士20°C時停止鍛壓，將空心坯送回加熱爐進行第三次加熱，加熱溫度達到1150 1250°C時吊出進行第三道次鍛造，按18mm的壓下量對空心鋼錠進行鍛制。經過在不同壓下量進行數道次的鍛造之后，形成外徑為482mm、內徑為319mm和壁厚81. 5mm的空心管坯。
最后用內孔470 480mm的圓形砧模將空心管坯窺圓成形，減少鋼管表面的加工量，提高金屬收得率，降低生產成本。鍛制的鋼管送加熱爐進行退火，退火后的鋼管兩端切平，表面機加工成457mm(外徑)X60mm(厚度)的鋼管，經過熱處理后成合格管材。
在本發明的鍛制合金(例如鉻鉬高合金)無縫鋼管的方法中，空心鋼錠的內外表面不需要進行機加工，鋼錠直接送到加熱爐進行加熱，按照鉻鉬高合金鋼比如P91、P92的變形溫度范圍進行加熱，溫度達到要求后送水壓機進行鍛造，鍛造時將芯棒插入空心鋼錠內孔，優選地，芯棒尺寸比空心鋼錠內孔小10 25mm，芯棒通水冷卻，空心鋼錠不需要焊接 “夾頭料”，鋼錠經過2 3道次鍛造成需要的鋼管，其中，第一道次鍛造的壓下量為40 60mm，第二道次鍛造的壓下量為25 35mm，第三道次鍛造的壓下量為5 20mm，終鍛溫度控制在鋼種的Ac3以上。鍛造后的鋼管再進行退火處理，退火后的鋼管切除頭尾，進行內外表面機加工，加工后的鋼管熱處理成成品管。
此外，采用模鑄生產的高合金鋼空心鋼錠，經過水壓鍛機帶芯棒鍛造，克服了管坯料需要內外表面機加工、加工費增加和金屬收得率降低的問題；采用空心鋼錠鍛制鋼管不需要焊接“夾頭料”，減少了加工夾頭料工序和焊接工序；采用空心鋼錠鍛制鋼管不受鋼錠錠型的限制，鋼管外徑和長度不受特別限制，而且鋼管壁厚越厚，金屬的收得率越高，成本越低。因此，本發明的采用空心鋼錠鍛造無縫鋼管的方法具有金屬收得率高、生產周期短、生產成本低等優點，并且產品規格、長度不受限制，可鍛制外徑在Φ450πιπι以上、壁厚在 60mm以上的無縫鋼管，特別適合高合金鋼大口徑厚壁無縫鋼管生產。
權利要求
1.一種用模鑄空心鋼錠鍛制合金無縫鋼管的方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟將經過冶煉和精煉的合金鋼水模鑄成空心鋼錠；將空心鋼錠加熱至其變形溫度范圍，經過2-3道次鍛壓對空心鋼錠進行鍛制；在鍛壓時，空心鋼錠中設置有芯棒；用圓形砧模將鍛制后的空心鋼錠窺圓成形，再加工成期望的鋼管。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，空心鋼錠的變形溫度范圍為 1150°C -1250°C。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在進行每道次鍛壓時，當空心鋼錠溫度達到870士20°C時停止鍛壓，并重新將空心鋼錠加熱至其變形溫度范圍，直到各道次鍛壓完成。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，芯棒的直徑比空心鋼錠的內孔小IOmm至 25mm，芯棒通水冷卻。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，第一道次的壓下量為40mm至60mm。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，第二道次的壓下量為25mm至35mm。
7.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，第三道次的壓下量為5mm至20mm。
全文摘要
本發明提供了一種用模鑄空心鋼錠鍛制合金無縫鋼管的方法，所述方法包括下述步驟將經過冶煉和精煉的合金鋼水模鑄成空心鋼錠；將空心鋼錠加熱至其變形溫度范圍，經過2-3道次鍛壓對空心鋼錠進行鍛制；在鍛壓時，空心鋼錠中設置有芯棒；用圓形砧模將鍛制后的空心鋼錠窺圓成形，再加工成期望的鋼管。本發明的采用空心鋼錠鍛造合金無縫鋼管的方法具有金屬收得率高、生產周期短、生產成本低等優點，并且產品規格和長度不受限制，可鍛制出具有期望的外徑和壁厚的無縫鋼管。
文檔編號B21C37/06GK102513400SQ201110416940
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者劉志軍, 吳紅, 成海濤, 胡茂會, 邊華川, 郭元蓉 申請人:攀鋼集團成都鋼釩有限公司