專利名稱：一種采用周期軋管機(jī)制造大口徑、高合金鋼無縫管材的新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無縫鋼管的制造技術(shù)，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(shù)。
背景技術(shù)：
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(fù)載和具有所需的使用壽命周期，且工藝性能良好，是國民經(jīng)濟(jì) 建設(shè)不可或缺的重要基礎(chǔ)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(jù)不同的劃分標(biāo) 準(zhǔn)，可以將鋼材劃分成不同的類別。按照鋼的化學(xué)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(jù)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(qiáng)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、釩 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(xiàn)為工藝塑性下降、變形溫 脆性增大、變形抗力加大，因此合金鋼成形件的加工難度明顯增加。這一點(diǎn)在合金鋼無縫管材，特別是合金鋼大口徑無縫管 材的生產(chǎn)過程，表現(xiàn)得尤為突出， 一直是業(yè)內(nèi)人士多年來關(guān)注的技術(shù) 難題之一。大口徑(口徑在①250mm以上)、中厚壁(徑壁比在25以下)的 合金鋼(例如304、 316、 P91/P92、 P22、 WB36、 10Cr9MolVNi等鋼種) 無縫鋼管，雖然不易加工成形，但卻日益廣泛地應(yīng)用于包括電力、石 化在內(nèi)的眾多重要工業(yè)領(lǐng)域。目前，周期軋管機(jī)仍然是用以生產(chǎn)大口 徑、中厚壁合金鋼高端專用管材的主要機(jī)組之一，它采用鋼錠或連鑄 坯，通過沖孔(擴(kuò)孔)和延伸獲得空心管坯，然后再通過周期軋管機(jī) 進(jìn)行往復(fù)軋制，用以制造大口徑、中厚壁的合金鋼專用無縫鋼管。其 基本工藝流程是鋼錠(或連鑄坯)一加熱一除鱗一水壓沖孔一再加熱一延伸軋制 空心管件一插入芯棒并定位一周期軋機(jī)上往復(fù)軋制一脫芯棒一切頭 尾一再加熱一定徑一精整一制得成品(如圖l所示)。從上述現(xiàn)有技術(shù)的工藝流程，可以看出1、 在進(jìn)入主變形軋機(jī)(即周期軋機(jī))之前，實(shí)心錠(或連鑄坯) 成孔的工序環(huán)節(jié)較多、裝備噸位較大、能耗也大；2、 在很大程度上，成品管的壁厚均勻性取決于沖孔、擴(kuò)孔坯的 精度和與主變形軋機(jī)配套的喂料機(jī)運(yùn)作的精準(zhǔn)度；3、 雖然在變形能力極強(qiáng)(延伸系數(shù)可達(dá)10以上)的周期軋管機(jī) 上往復(fù)軋制帶有鍛的變形特點(diǎn)，對破碎荒管的粗大晶粒組織是有利 的，但是仍然不能克服空心管坯自身尺寸精度、表面質(zhì)量較差等缺陷。長時(shí)間以來，周期軋管機(jī)的技術(shù)進(jìn)步一直是圍繞著提高尺寸精度 和有效作業(yè)率、喂料機(jī)的改進(jìn)、機(jī)外插入芯棒和線外切頭等設(shè)計(jì)措施 來進(jìn)行的。真正涉及工藝本質(zhì)的技術(shù)革新尚不多見，其中一大原由在 于未能在實(shí)心錠水壓沖 L、擴(kuò)孔環(huán)節(jié)有所突破。與之相聯(lián)系的是要在 周期軋管機(jī)上實(shí)現(xiàn)更多高合金鋼高級鋼種的制管也因此受到了限制， 因?yàn)椴簧俑吆辖痄摳呒変摲N水壓沖孔、擴(kuò)孔的成孔工藝性能較差，難 以確保其在沖孔(擴(kuò)孔)成形過程的表面質(zhì)量和尺寸精度。因此， 一些傳統(tǒng)的工藝方法(包括傳統(tǒng)的周期軋管機(jī)在內(nèi))已經(jīng) 難以生產(chǎn)出符合要求的大口徑、中厚壁高合金鋼高端無縫管材，以滿 足新的市場需求。為此，各國先后開發(fā)出了多種生產(chǎn)大口徑中厚壁高 合金鋼無縫鋼管的工藝方法，并在美國、日本、意大利、法國、英國 以及委內(nèi)瑞拉、捷克、印度等國家得到了推廣應(yīng)用。據(jù)目前粗略統(tǒng)計(jì)， 世界上已經(jīng)建有包括大型擠壓機(jī)、新型擴(kuò)管機(jī)在內(nèi)的多臺套機(jī)組專門 用來生產(chǎn)大口徑、中厚壁高端無縫鋼管。為了滿足能源、燃?xì)?、核電、火電、國防等急需，國?nèi)業(yè)內(nèi)人士 一直在研究和探索用以生產(chǎn)高質(zhì)量的不銹鋼或特種合金鋼無縫管材更好的加工方法，其中ZL00112551.6號中國發(fā)明專利就公開了一種利 用"離心鑄造+冷拔"的方法來生產(chǎn)"超低碳雙相不銹鋼無縫鋼管" 的方法。該方法雖然可以生產(chǎn)含有Cr、 Ni、 Mo、 N等元素的特種鋼管， 但需要多次循環(huán)冷拔，且每次冷拔后還要進(jìn)行軟化處理、酸洗處理和 潤滑處理，流程較長，效率較低，成本較昂貴，更適合用來生產(chǎn)小批 量、中小口徑的精密管材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是在上述技術(shù)背景條件下，經(jīng)過潛心研發(fā)和試驗(yàn)獲得的 成果，屬于一種生產(chǎn)大口徑、中厚壁、高合金鋼無縫鋼管的新工藝， 其工藝步驟具體為第一步，經(jīng)爐外精煉的高合金鋼鋼水通過離心鑄造機(jī)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"，并對所空心管坯的內(nèi)外表面和所述前端的"咬入頭"進(jìn)行機(jī)加 工和質(zhì)量檢査；第三步，在所述空心管坯的尾端焊接一個(gè)碳素鋼環(huán)狀部件，以替 代在周期軋管機(jī)上軋制后必須切除的端頭部分，即通常所述的"皮爾 格頭"；第四步，對第三步處理后的所述空心管坯進(jìn)行加熱、除鱗；第五步，向加熱、除磷后的所述空心管坯內(nèi)插入芯棒并定位，然 后通過喂料系統(tǒng)送入周期軋管機(jī)進(jìn)行往復(fù)軋制，制得壁厚、直徑和長度符合要求的管件；第六步，對所述管件脫芯棒、切頭、切尾；第七步，對切頭、切尾后的所述管件再經(jīng)加熱、定徑、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(zhuǎn)軸線與水平夾角為 O度的臥式離心鑄造機(jī)上進(jìn)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，將所述空心管坯的前端250mm長度外表面加工 成錐度為l: (1500 2000)/D的"咬入頭"，D為以毫米為單位的所述 管坯的直徑；所述的機(jī)加工是對所述空心管坯內(nèi)外表面和所述前端 "咬入頭"進(jìn)行的切削加工；進(jìn)一步，對所述空心管坯內(nèi)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。所述第三步中，在所述空心管坯的尾端焊接長度為600mm的環(huán)狀 部件，所述的焊接為氣體保護(hù)自動焊。第四步中所述的加熱，采用聯(lián)合加熱法，即80(TC以下采用爐內(nèi) 燃?xì)饧訜幔?0(TC以上采用感應(yīng)加熱。第五步中所述周期軋管機(jī)進(jìn)行往復(fù)軋制時(shí)，送進(jìn)量為軋制碳素鋼 和低合金鋼時(shí)的60-85%;軋輥?zhàn)冃味慰仔偷膶捀弑葹檐堉铺妓劁摵偷?合金鋼時(shí)的1.01-1.02倍。第六步中所述脫芯棒就是將周期軋管機(jī)軋出的管件連同所述芯 棒一起，送入松棒機(jī)進(jìn)行松棒，再將所述管件連同芯棒運(yùn)送到抽棒機(jī) 上，將所述芯棒從所述管件中抽出，所述切尾是采用切頭機(jī)切去所述 管件尾端焊接的所述環(huán)狀部件。采用本發(fā)明上述的加工方法，首次將高質(zhì)量的離心鑄造與變形條 件比較理想的周期軋管機(jī)之間建立起了工藝上的聯(lián)系，尤其適用于生 產(chǎn)大口徑、中厚壁、難加工的高合金鋼高端無縫鋼管，克服了現(xiàn)有技術(shù)的固有缺陷，形成了一種節(jié)能、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)而有別于傳統(tǒng)軋管方法 的大口徑、中厚壁高端無縫鋼管的短流程生產(chǎn)新工藝。本發(fā)明的上述方法，相對于現(xiàn)有技術(shù)的加工工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)(1) 本專利方法無須采用水壓沖孔、擴(kuò)孔和之后的延伸加工來 制造空心管坯，而是通過離心鑄造的方法來獲得空心管坯，可以減少 多個(gè)工藝環(huán)節(jié)，且不需要價(jià)格昂貴的大噸位的水壓機(jī)，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(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用 以及占地面積；(2) 采用本專利方法可以減少至少一次再加熱環(huán)節(jié)，且可明顯 縮短加熱時(shí)間，可節(jié)約能源10%左右；(3) 本專利方法還可以在往復(fù)軋制之前能對空心坯的質(zhì)量進(jìn)行檢査，合格后方進(jìn)入下道工序，便于成品質(zhì)量的控制。而現(xiàn)有技術(shù)不 能在沖孔、擴(kuò)孔后，進(jìn)入下道工序前對工件的質(zhì)量進(jìn)行檢查，從而造成質(zhì)量參差不齊的工件均進(jìn)入后續(xù)工序，產(chǎn)品質(zhì)量難以控制；(4) 本專利方法由于采用組織致密、機(jī)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(zhì)量和綜合性能更為優(yōu)良的管材；(5) 本專利方法采用的管坯經(jīng)機(jī)加工后，壁厚均勻性和尺寸精 度遠(yuǎn)高于沖孔擴(kuò)孔的空心坯，有利于提高成品的尺寸精度和產(chǎn)品合格 率，降低后續(xù)精整工序的工作量；(6) 本專利方法通過在離心鑄造的空心管坯的尾端焊接碳素鋼 環(huán)狀部件以替代通常的"皮爾格頭"，可以降低貴重的高合金鋼的料 耗、大幅提高收得率。(7)本專利方法通過在所述離心鑄造的空心管坯的前端事先加 工出一段小錐度的"咬入頭"，便于軋制的咬入、能快速進(jìn)入穩(wěn)定軋 制過程，可以省略在線專門"打頭"的工序，有助于提高周期軋管機(jī) 的有效作業(yè)率，減少事故的發(fā)生率和切頭量，改善軋件變形的溫度條 件。


圖l為現(xiàn)有技術(shù)的工藝流程框圖； 圖2為本發(fā)明的工藝流程框圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的工藝流程框圖。 .
具體實(shí)施例方式如圖3所示，為本發(fā)明一實(shí)施例的工藝流程框圖，具體包括以下工藝步驟第一步，經(jīng)爐外精煉的高壓鍋爐管用P22鋼水通過離心鑄造機(jī)離 心鑄造成①871xl28mm的空心管坯。該步驟中，所述爐外精煉鋼水與 現(xiàn)有技術(shù)相同，這里不再贅述；所述離心鑄造是在鑄型的旋轉(zhuǎn)軸線與 水平夾角為O度的臥式離心鑄造機(jī)上進(jìn)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(jī)可以方便地、高質(zhì)量 地加工出用于后步驟使用的空心管坯，而不需要現(xiàn)有技術(shù)對連鑄鋼錠 的加熱和穿孔、擴(kuò)孔等，不但縮短了整個(gè)加工過程的工藝流程，而且 真正實(shí)現(xiàn)了 "零沖孔、零擴(kuò)孔缺陷"；另外，通過離心鑄造獲得的管 坯，內(nèi)部晶粒結(jié)構(gòu)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(chǎn)成品的質(zhì)量。至于離心鑄造機(jī)，已經(jīng) 在鑄鐵管等生產(chǎn)領(lǐng)域得到了推廣和應(yīng)用，可以直接用于本專利，故對 離心鑄造機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理這里不再贅述。第二步，將所述空心管坯前端250mm長度的外表面加工成錐度為 1: 2.06的"咬入頭"，此時(shí)所述"咬入頭"的錐度范圍在l: 1500/D 2000/D之間選取，對于本實(shí)施例0869咖的管坯來說即可以在1: 1.73 2.30之間選取，本實(shí)施例優(yōu)選為l: 2.06;并對所述空心管坯 的內(nèi)外表面和所述前端的"咬入頭"進(jìn)行機(jī)加工和質(zhì)量檢査。所述的 機(jī)加工是對所述空心管坯內(nèi)外表面和所述"咬入頭"進(jìn)行的切削加工， 對所述空心管坯內(nèi)表面的切削厚度為5毫米，外表面的切削厚度為2 毫米；加工后前端帶有一段"咬入頭"的管坯尺寸為①869xl21x 1890。 此機(jī)加工步驟可以清除空心管坯粗糙的內(nèi)外表層和其它缺陷，保證空心管坯內(nèi)外表面的光潔度，提高加工后成品的質(zhì)量。所述質(zhì)量檢查， 就是將存在缺陷進(jìn)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(jié)約成本，減少廢品率、并提高產(chǎn)成品質(zhì)量。第三步，在所述空心管坯的尾端焊接長度為600mm的cD700x40^ 的碳素鋼環(huán)狀部件，且所述焊接為氣體保護(hù)自動焊。第四步，對上述處理后的所述空心管坯進(jìn)行加熱、除磷。加熱采 用聯(lián)合加熱法，即80(TC以下采用爐內(nèi)燃?xì)饧訜幔?0(TC以上采用感應(yīng) 加熱。第五步，向加熱、除磷后的所述空心管坯內(nèi)插入芯棒并定位，然 后通過喂料系統(tǒng)送入周期軋管機(jī)進(jìn)行往復(fù)軋制，軋成尺寸為① 679x31x8500mm的管件。在周期軋制過程中，送進(jìn)量為軋制碳素鋼和 低合金鋼時(shí)的70%;軋輥?zhàn)冃味慰仔偷膶捀弑葹檐堉铺妓劁摵偷秃辖?鋼時(shí)的1.01倍。且所述周期軋管機(jī)延伸率設(shè)定為4.5。第六步，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(jī)軋出的管件連同所述芯棒一起，送入松棒機(jī)進(jìn)行松棒，再將 所述管件連同芯棒運(yùn)送到抽棒機(jī)上，將所述芯棒從所述管件中抽出。 所述松棒機(jī)和所述抽棒機(jī)均為現(xiàn)有設(shè)備，可從市場上購得，這里不再 贅述。所述切頭，就是采用切頭機(jī)將所述管件尾端焊接的所述碳素鋼環(huán) 狀部件和前端部分"咬入頭"切除掉。第七步，對切頭、切尾后的所述管件再經(jīng)加熱、定徑、精整，制 得合格的、尺寸為O679x31x8000mm的成品管材。所述精整包括根據(jù) 需要對所述管件進(jìn)行的加工和矯直，以滿足不同使用環(huán)境下的要求。本發(fā)明首先創(chuàng)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25以下的大口徑、中厚壁、高合 金鋼高端無縫管材。采用本發(fā)明生產(chǎn)100毫米以下管材，則不能充分10體現(xiàn)離心鑄造管坯的優(yōu)勢；其次，如果將本發(fā)明用于高徑壁比的薄壁 管材的生產(chǎn)，則由于過大的溫降會危及周期軋制過程的穩(wěn)定性。本發(fā)明上述實(shí)施例的詳細(xì)說明及附圖，目的是通過文字和圖示來 進(jìn)行解釋，而不在于限定權(quán)利要求的保護(hù)范圍。在本申請說明書所述具體實(shí)施方式
上的各種變化，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易 見的，并處于權(quán)利要求及其等同技術(shù)的保護(hù)范圍內(nèi)，任何不脫離本發(fā) 明權(quán)利要求的變更、修改均屬于本發(fā)明保護(hù)的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1、一種采用周期軋管機(jī)制造高合金鋼無縫管材的新工藝，包括以下工藝步驟第一步，經(jīng)爐外精煉的高合金鋼鋼水通過離心鑄造機(jī)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”，并對所述空心管坯的內(nèi)外表面和所述前端的“咬入頭”進(jìn)行機(jī)加工和質(zhì)量檢查；第三步，在所述空心管坯的尾端焊接一個(gè)碳素鋼環(huán)狀部件，以替代在周期軋管機(jī)上軋制后必須切除掉的端頭部分；第四步，對第三步處理后的所述空心管坯進(jìn)行加熱、除鱗；第五步，向加熱、除磷后的所述空心管坯內(nèi)插入芯棒并定位，然后通過喂料系統(tǒng)送入周期軋管機(jī)進(jìn)行往復(fù)軋制，制得壁厚、直徑和長度符合要求的管件；第六步，對所述管件脫芯棒、切頭、切尾；第七步，對切頭、切尾后的所述管件再經(jīng)加熱、定徑、精整，制得合格的成品管材。
2、 根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)軸線與水平夾角為O度的臥式離心鑄造機(jī)上進(jìn) 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(jù)權(quán)利要求l所述的新工藝，其特征在于在所述第二步中， 將所述空心管坯的前端250mm長度外表面加工成錐度為1: (1500 2000)/D的"咬入頭"，D為以毫米為單位的所述管坯的直徑；所述的 機(jī)加工是對所述空心管坯內(nèi)外表面和所述前端"咬入頭"進(jìn)行的切削 加工。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的新工藝，其特征在于對所述空心管坯 內(nèi)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(jù)權(quán)利要求l所述的新工藝，其特征在于所述第三步中，在所述空心管坯的尾端焊接長度為600mm的環(huán)狀部件。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的新工藝，其特征在于所述的焊接為氣 體保護(hù)自動焊。 .
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的新工藝，其特征在于第四步中所述的 加熱，采用聯(lián)合加熱法，即80(TC以下采用爐內(nèi)燃?xì)饧訜幔?0(TC以上 采用感應(yīng)加熱。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的新工藝，其特征在于第五步中所述周期軋管機(jī)進(jìn)行往復(fù)軋制時(shí)，送進(jìn)量為軋制碳素鋼和低合金鋼時(shí)的60 85%;軋輥?zhàn)冃味慰仔偷膶捀弑葹檐堉铺妓劁摵偷秃辖痄摃r(shí)的l. 01 1.02倍。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的新工藝，其特征在于所述周期軋管機(jī) 的延伸率為4.5。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的新工藝，其特征在于第六步中所述脫芯棒就是將周期軋管機(jī)軋出的管件連同所述芯棒一起，送入松棒機(jī) 進(jìn)行松棒，再將所述管件連同芯棒運(yùn)送到抽棒機(jī)上，將所述芯棒從所 述管件中抽出，所述切尾是采用切頭機(jī)切去所述管件尾端焊接的所述 環(huán)狀部件。
全文摘要
一種采用周期軋管機(jī)制造大口徑、高合金鋼無縫管材的新工藝，包括離心鑄造空心管坯；將管坯的前端外表面加工成帶錐度的“咬入頭”，并對其內(nèi)外表面和所述“咬入頭”進(jìn)行機(jī)加工和質(zhì)量檢查；在坯的尾端焊接一個(gè)碳素鋼環(huán)狀部件；加熱、除鱗；向加熱、除磷后的所述空心管坯內(nèi)插入芯棒并定位，然后送入周期軋管機(jī)進(jìn)行往復(fù)軋制，制得符合要求的管件；對所述管件脫芯棒、切頭、切尾；再經(jīng)加熱、定徑、精整，制得合格的成品管材。因?qū)＠椒o須沖孔、擴(kuò)孔，較短了工藝流程、降低了運(yùn)行費(fèi)用和成本；減少了再加熱環(huán)節(jié)，可節(jié)約能源；采用離心鑄造獲得管坯并進(jìn)行機(jī)加工，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；又因在管坯尾端焊接了碳素鋼環(huán)狀部件，可以降低貴重金屬的料耗、大幅提高收得率；且前端事先加工出一段小錐度的“咬入頭”，便于軋制的咬入、提高了作業(yè)效率和軋制的穩(wěn)定性。
文檔編號B21C37/06GK101579703SQ20091008730
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者劉懷文, 馬曉梅 申請人:劉懷文;馬曉梅