專利名稱：溫加工制造碳鋼管和合金鋼管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬管材軋制技術(shù)。具體說的是一種運(yùn)用溫加工和形變熱處理原理，由水平連鑄碳鋼管和合金鋼空心管坯，經(jīng)表面機(jī)加工凈化處理和預(yù)加熱，繼爾在超過再結(jié)晶溫度條件下的高延伸系數(shù)和高變形速率的軋制中，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后，進(jìn)行在線快速冷卻，而加工制造碳鋼管和合金鋼管的方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的技術(shù)構(gòu)想，主要基于運(yùn)用溫加工和形變熱處理原理，在先對(duì)連鑄空心管坯作表面機(jī)加工除雜處理，然后賦予管坯一定的初始溫度，緊接著將管坯導(dǎo)入變形軋制設(shè)備，使管坯在預(yù)加熱溫度，和高變形速率軋制過程中產(chǎn)生的變形熱，兩者疊加而升溫至再結(jié)晶溫度之上的溫度條件下軋制成形。隨即在均溫條件下，適速冷卻而制成成品。而本發(fā)明所說的溫加工，是與熱軋加工和冷軋加工的根本區(qū)別所在。具體地說，本發(fā)明的在先對(duì)經(jīng)表面機(jī)加工除雜處理的空心管坯的預(yù)加熱，僅是加熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間。本發(fā)明這種對(duì)管坯預(yù)加熱的技術(shù)措施，能夠有效降低能耗，節(jié)減制造成本，而且又能夠使管坯的變形軋制溫度，上升至再結(jié)晶溫度之上，提高了鑄態(tài)管坯的可塑性，且具有足夠的過熱度，而提高了管坯變形的延伸系數(shù)，延長了管坯變形區(qū)域范圍和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的過程，而使碳鋼管和合金鋼管具有足夠的條件，實(shí)現(xiàn)完全再結(jié)晶，從而達(dá)到提高軋制效率和制成品管材質(zhì)量之本發(fā)明的初衷。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的的具體技術(shù)方案是，它包括管坯預(yù)熱、管坯軋制和軋制件冷卻步驟，而它以連鑄空心管坯為基料，且依次按照以下步驟進(jìn)行管坯表面機(jī)加工；管坯預(yù)熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間，管坯在再結(jié)晶溫度以上以高變形速率進(jìn)行軋制；軋制件適速冷卻，且管坯預(yù)熱和管坯軋制步驟，是在保護(hù)氣氛中進(jìn)行的。
本發(fā)明根據(jù)各種材質(zhì)碳鋼管和合金鋼管的不同的再結(jié)晶溫度，上述各步驟可以有多種具體的技術(shù)措施。但本發(fā)明經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)而優(yōu)選的各個(gè)步驟的具體技術(shù)措施是在管坯表面機(jī)加工步驟，采取的是車或銑或磨的機(jī)械加工方法，且其機(jī)加工切削深度，控制在能夠去掉管坯表面鑄造缺陷的范圍內(nèi)。通過管坯表面機(jī)加工，使管坯表面呈無氧化光亮態(tài)。而對(duì)連鑄碳鋼和合金鋼空心管坯而言，切削深度一般控制在0.3mm～0.5mm范圍內(nèi)。且由于銑加工工效高于車加工，故本發(fā)明推薦的是銑加工。經(jīng)銑加工切削后所形成的廢料，可以隨即收集后回用。
在管坯預(yù)熱步驟，是在保護(hù)氣氛條件下，將經(jīng)第一步驟表面機(jī)加工的管坯，預(yù)加熱至500℃～600℃。由于空心管坯的鑄態(tài)組織在常溫下可塑性低，尤其是在管坯變形熱傳導(dǎo)尚未形成之前，建立穩(wěn)定軋制狀態(tài)比較困難，而本發(fā)明在管坯預(yù)加熱步驟，特地對(duì)管坯頭部的局部長度(約300mm)范圍內(nèi)，加熱至800℃～1000℃。而其以后的預(yù)加熱溫度仍然是500℃～600℃。本發(fā)明采取的預(yù)加熱技術(shù)措施，是在線可燃?xì)怏w火焰加熱，或者是卡電電阻加熱，或者是感應(yīng)線圈加熱。
在管坯軋制步驟，是在保護(hù)氣氛條件下，將第二步驟的頭部加熱至800℃～1000℃的管坯，緊接著導(dǎo)入變形軋制設(shè)備。事實(shí)上本發(fā)明是在一道次的連續(xù)生產(chǎn)流水線上，依次進(jìn)行本發(fā)明的4個(gè)步驟。因而正確地說，是將預(yù)加熱管坯，緊接著導(dǎo)入變形軋制區(qū)。而管坯是在其預(yù)加熱溫度和其在高變形速率軋制過程產(chǎn)生的形變熱，兩者疊加在一起而升溫至900℃～1200℃的軋制溫度條件下，軋制成形的。由于管坯是在再結(jié)晶溫度以上且在一定的過熱度狀態(tài)下發(fā)生形變的，無疑管坯的可塑性大，延伸系數(shù)大，變形區(qū)長，所發(fā)生的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的過程長，且在多輥行星軋機(jī)的多個(gè)軋輥的反復(fù)輾軋下，而有效保證了本發(fā)明制取高質(zhì)量制成品管材的成功。
在軋制件冷卻步驟，是緊接著第三步驟將軋制成形的軋制件，在均溫條件下以適當(dāng)冷卻速度冷卻至環(huán)境溫度。所謂均溫，也可稱之為恒溫。而均溫的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵是，在已經(jīng)完成變形軋制程序后，且運(yùn)行離開變形軋制區(qū)的軋制件的外圍，采用電感應(yīng)線圈對(duì)軋制件再加熱，使其溫度在變形軋制溫度900℃～1200℃的基礎(chǔ)上，再升高30℃～80℃，且讓此溫度均衡地保持一定時(shí)間。而后，再讓均熱的管坯軋制件導(dǎo)入水浴或噴淋冷卻至環(huán)境溫度。而本發(fā)明水浴冷卻的目的，是令管材軋制件以10m/min～20m/min的軋出速度，通過長約1～1.5m的乳化液浴槽內(nèi)而實(shí)現(xiàn)的。適速冷卻實(shí)質(zhì)是一種形變熱處理，其目的主要在于細(xì)化晶粒，使本發(fā)明的制成品管材，在后續(xù)深加工過程中乃至后續(xù)產(chǎn)品的工作狀況下長期處于優(yōu)良的力學(xué)性能狀態(tài)。對(duì)于冷卻硬化嚴(yán)重的鋼種，則用控制噴淋冷卻強(qiáng)度的方式使其緩冷到環(huán)境溫度。
正如在先描述的那樣，管坯變形軋制的溫度，是決定管坯延伸系數(shù)的主要因素，特別是所加工軋制的合金鋼管材，系多元合金，其組分含量的差異很大。鑒于上述考慮，本發(fā)明特別注重變形軋制設(shè)備的選用。其變形軋制設(shè)備至少應(yīng)當(dāng)滿足可調(diào)控管坯變形溫度，具有保護(hù)氣氛裝置，對(duì)管坯能夠反復(fù)輾軋且輾軋面積較大等要求。本發(fā)明優(yōu)選的變形軋制設(shè)備，是2～6輥行星軋管機(jī)。
本發(fā)明對(duì)于管坯軋制溫度，在預(yù)加熱、軋制和冷卻三個(gè)步驟連續(xù)作業(yè)線上的在線調(diào)節(jié)和控制，是通過以下三種技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的第一種是應(yīng)用在相關(guān)工序上的調(diào)控技術(shù)措施。它是通過調(diào)整管坯送進(jìn)力、管坯預(yù)熱溫度和管坯延伸系數(shù)和變形軋制區(qū)冷卻液流量來實(shí)現(xiàn)調(diào)控管坯軋制溫度的。
而第二種是應(yīng)用在軋制設(shè)備的相關(guān)速度的調(diào)控技術(shù)措施。它是通過所說行星軋管機(jī)回轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速及軋出速度所實(shí)現(xiàn)的變形速率的高低而調(diào)控管坯軋制溫度的。本發(fā)明優(yōu)選的調(diào)整行星軋管機(jī)回轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速范圍，控制在280rpm～500rpm之內(nèi)，而調(diào)整軋出速度的范圍，控制在10m/min～20m/min之內(nèi)。
而第三種是應(yīng)用在軋制設(shè)備的相關(guān)結(jié)構(gòu)上的調(diào)控技術(shù)措施。它是通過調(diào)整所說行星軋管機(jī)的軋輥送進(jìn)角度，而調(diào)控管坯軋制溫度的。本發(fā)明優(yōu)選的調(diào)整所說軋輥送進(jìn)角度的范圍，控制在6°～8°之間。
本發(fā)明的典型實(shí)施方式之一，軋制的是10#低碳鋼連鑄空心管坯。軋制是在改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋管機(jī)上進(jìn)行的。管坯為垂直連鑄方法生產(chǎn)的，初始尺寸為φ90×25mm，軋前管坯經(jīng)由3個(gè)銑頭的銑加工設(shè)備，進(jìn)行表面處理，其切削深度為0.5mm，使管坯表面呈無氧化光亮態(tài)，然后在線預(yù)加熱。采用感應(yīng)線圈加熱，使管坯頭部300mm預(yù)熱至800℃，其他部分加熱到500℃。然后進(jìn)行由改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋機(jī)的軋制加工。管坯在預(yù)熱溫度和變形熱溫度兩者疊加后，很快升溫至1100℃～1150℃。軋管機(jī)以軋出速度為15m/min進(jìn)行工作，并持續(xù)不斷將其所軋制的管件向前送進(jìn)。在緊挨軋制區(qū)的所輸送出來的管件的外圍，安裝有電感應(yīng)加熱器，使軋制件繼續(xù)升溫至1180℃，并將此1180℃的溫升持續(xù)保持5～10秒鐘時(shí)間，隨即使軋制管件進(jìn)入長2.5m的乳化液噴淋槽內(nèi)，軋制管件大約在10秒鐘的時(shí)間內(nèi)通過噴淋槽，而冷卻至環(huán)境溫度。軋制后的10#鋼管規(guī)格為φ48×3mm。延伸系數(shù)為12。管材表面無任何折疊紋和其它缺陷存在，軋后管體金相組織呈很細(xì)的等軸晶粒狀態(tài)(完全再結(jié)晶態(tài))。其抗拉強(qiáng)度≥430MPa，延伸率為25％～30％。渦流探傷檢驗(yàn)結(jié)果反映，成品的缺陷點(diǎn)很少。軋制后管材品質(zhì)優(yōu)良，軋制是成功的。由空心管坯到三輥行星軋管機(jī)軋出的低碳鋼管的成材率為94％左右。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
之二。溫軋連鑄的GCr15軸承鋼空心管坯。軋制是在改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋管機(jī)上進(jìn)行的。管坯初始尺寸為φ90×25mm。經(jīng)銑加工對(duì)管坯表面進(jìn)行切削處理，切削深度為1mm，使管坯表面呈無氧化光亮狀態(tài)，然后采用感應(yīng)線圈預(yù)加熱，使管坯頭部升溫至800℃，然后進(jìn)入改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋管機(jī)，先將管頭建立穩(wěn)定軋制狀態(tài)，等待管頭軋制成型之后，將管坯預(yù)熱溫度下降為500℃，以后管坯進(jìn)入軋制程序。其后軋制程序如同具體實(shí)施方式
之一。而其軋制溫度為1120℃～1160℃，軋出速度為12m/min，管件冷卻前的均溫溫度為1160℃。軋制后的管材規(guī)格為φ47×3mm，其延伸系數(shù)為11。軋后鋼管表面無任何折疊紋和其它缺陷。其抗拉強(qiáng)度為595MPa～675MPa，延伸率20.5％～27％。軋制是成功的。這種軸承鋼管在后續(xù)的拉伸中，幾乎無因管體本身的缺陷而發(fā)生斷管現(xiàn)象。由空心管坯到三輥行星軋管機(jī)軋出的軸承鋼管的成材率為94％左右。
綜上所述，本發(fā)明所具有的在線連續(xù)作業(yè)工序少，自動(dòng)化程度高，且成材率高，管材制造成本低，管材品質(zhì)好等特點(diǎn)，是顯而易見的。與已有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有明顯的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。
權(quán)利要求
1.一種溫加工制造碳鋼管和合金鋼管的方法，它包括連鑄空心管坯的預(yù)熱、管坯軋制和軋制件冷卻步驟，其特征在于，它依次按照以下步驟進(jìn)行管坯表面機(jī)加工；管坯預(yù)熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間；管坯在再結(jié)晶溫度以上以高變形速率進(jìn)行軋制；軋制件冷卻，且管坯預(yù)熱和管坯軋制步驟，是在保護(hù)氣氛中進(jìn)行的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫加工制造碳鋼管和合金鋼管的方法，其特征在于，它的各個(gè)步驟的技術(shù)措施是
a、在管坯表面機(jī)加工步驟，采取的是車或銑或磨等機(jī)械加工方法，且其機(jī)加工切削深度，控制在能夠去掉管坯表面鑄造缺陷的范圍內(nèi)；b、在管坯預(yù)熱步驟，是在保護(hù)氣氛的條件下，將經(jīng)第一步驟機(jī)加工的管坯預(yù)加熱到500℃～600℃；c、在管坯軋制步驟，是在保護(hù)氣氛條件下，將第二步驟預(yù)加熱的管坯，導(dǎo)入變形軋制設(shè)備，而管坯是在其預(yù)加熱溫度和變形軋制過程產(chǎn)生的變形熱兩者疊加而升溫至900℃～1200℃的軋制溫度條件下，以高變形速率進(jìn)行軋制而成形的；d、在軋制件冷卻步驟，是緊接著第三步驟將軋制成形的軋制件，在均溫條件下，以10℃/秒～100℃/秒的降溫速率冷卻至環(huán)境溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫加工制造碳鋼管和合金鋼管的方法，其特征在于，所說的高變形速率，是通過行星軋管機(jī)回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速在280～500RPM范圍，及軋出速度在10～20m/mim范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)而調(diào)控的，且通過高變形速率的調(diào)控，而調(diào)控管坯軋制溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造碳鋼管和合金鋼管的方法，其特征在于，碳鋼管坯和合金鋼管坯的預(yù)加熱，它在管坯頭部的局部長度范圍內(nèi)的預(yù)加熱溫度為800℃～1000℃，而其其余部分的預(yù)加熱溫度則為500℃～600℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造碳鋼管和合金鋼管的方法，其特征在于，所說的均溫條件下快速冷卻的均溫溫度，為軋制溫度以上30℃～80℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造碳鋼管和合金鋼管的方法，其特征在于，所說的變形軋制設(shè)備，是可調(diào)控管坯變形溫度的且具有保護(hù)氣氛裝置的2～6輥行星軋管機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造碳鋼管和合金鋼管的方法，其特征在于，所說的管坯軋制溫度，是通過調(diào)節(jié)管坯送進(jìn)力、管坯預(yù)熱溫度、管坯變形區(qū)冷卻液流量和延伸系數(shù)來調(diào)控的。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造碳鋼管和合金鋼管的方法，其特征在于，所說的管坯軋制溫度，是通過行星軋管機(jī)軋輥送進(jìn)角度在6°～8°范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)而調(diào)控的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫加工制造碳鋼管和合金鋼管的方法，屬于金屬管材軋制技術(shù)。它依次包括，連鑄空心管坯表面機(jī)加工處理；管坯預(yù)熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間；管坯在再結(jié)晶溫度以上高變形速率軋制；軋制件冷卻等4個(gè)步驟。本發(fā)明克服了已有技術(shù)的工序多、成材率低、制造成本高、制成品質(zhì)量不穩(wěn)定等不足。本發(fā)明的延伸系數(shù)在10～16之間，軋制速度在10m/min～20m/min之間，是目前一種區(qū)別于熱軋加工和冷軋加工，而采用溫加工制造碳鋼管和合金鋼管的先進(jìn)方法。
文檔編號(hào)B21B23/00GK1390655SQ02138020
公開日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2002年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月24日
發(fā)明者肖克建, 田福生, 祁威 申請(qǐng)人:江蘇興榮高新科技股份有限公司