專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用模鑄空心鋼錠鍛制合金無(wú)縫鋼管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)縫鋼管制造技術(shù)，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(wú)縫鋼管的方法。
背景技術(shù)：
無(wú)縫鋼管通常采用周期軋管機(jī)、連軋管機(jī)、擠壓機(jī)進(jìn)行軋制生產(chǎn)，一般碳鋼、低合金鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼采用軋管機(jī)直接軋管生產(chǎn)，但是高壓鍋爐用的鉻鉬高合金無(wú)縫鋼管如 P91、P92因合金含量高，軋機(jī)穿孔負(fù)荷高，鋼管內(nèi)表面容易出現(xiàn)內(nèi)折缺陷。通常采用鍛坯、 軋坯或電渣鋼錠鏜孔后再進(jìn)行軋制生產(chǎn)，以降低穿孔機(jī)負(fù)荷，提高鋼管內(nèi)表面質(zhì)量，而采用該工藝，金屬收得率低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，受軋管機(jī)組能力、管坯規(guī)格和壓縮比的影響，鋼管規(guī)格會(huì)受到很大限制。
目前，有采用徑向鍛造技術(shù)生產(chǎn)中大口徑合金鋼無(wú)縫管的方法，該方法是經(jīng)過(guò)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(nèi)外表面進(jìn)行機(jī)加工，內(nèi)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(zhǎng)度為300 800毫米；加工完成的中大口徑空心管坯經(jīng)過(guò)兩種加熱方式進(jìn)行加熱；在空心管坯中插入芯棒，然后導(dǎo)入徑向鍛造機(jī)中進(jìn)行鍛制成形， 制得壁厚、直徑和長(zhǎng)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(jìn)行內(nèi)外表面機(jī)加工，在管坯兩端焊接“夾頭料”，管坯生產(chǎn)成本高，金屬收得率低， 而且受離心鑄造機(jī)和徑鍛機(jī)能力的限制，管坯的外徑、重量和長(zhǎng)度都將受到限制，因此生產(chǎn)的中大口徑管件外徑和壁厚均會(huì)受到很大限制。
采用自由鍛的方式也可生產(chǎn)大口徑厚壁管，但是由于鋼管較長(zhǎng)且內(nèi)徑小，因此內(nèi)孔直徑很難鍛出，只有鍛制成實(shí)心棒材，再機(jī)加工內(nèi)孔，對(duì)于生產(chǎn)大口徑厚壁管，造成極大的材料浪費(fèi)。另外，自由鍛必不可少的大加工余量也加劇了材料的浪費(fèi)，同時(shí)極大地增加機(jī)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(jī)，這樣使得生產(chǎn)困難且產(chǎn)品性能難以保證。
此外，用于超臨界電站機(jī)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(zhǎng)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(dǎo)致加工困難，生產(chǎn)成本高和生產(chǎn)工序長(zhǎng)，一直是高合金鋼管生產(chǎn)的難題，尤其是大口徑厚壁管長(zhǎng)期依靠進(jìn)口。由于鉻鉬高合金鋼穿孔負(fù)荷大，受軋機(jī)能力的限制，用鋼錠直接穿孔軋管，會(huì)出現(xiàn)穿不動(dòng)或者鋼管內(nèi)表面產(chǎn)生內(nèi)折缺陷，而且受鋼錠重量的影響，軋管后壓縮比達(dá)不到規(guī)定要求。發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用模鑄空心鋼錠鍛制合金無(wú)縫鋼管的方法，所述方法包括下述步驟將經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)2-3道次鍛壓對(duì)空心鋼錠進(jìn)行鍛制；在鍛壓時(shí)，空心鋼錠中設(shè)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(jìn)行每道次鍛壓時(shí)，當(dāng)空心鋼錠溫度達(dá)到870士20°C時(shí)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(nèi)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(fā)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(zhǎng)度不會(huì)受到嚴(yán)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(fā)明的采用空心鋼錠鍛造合金無(wú)縫鋼管的方法具有金屬收得率高、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，并可鍛制出外徑在Φ450πιπι以上、壁厚在60mm以上的無(wú)縫鋼管，特別適合高合金鋼大口徑厚壁無(wú)縫鋼管生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的鍛制合金無(wú)縫鋼管的方法包括下述步驟將經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò) 2-3道次鍛壓對(duì)空心鋼錠進(jìn)行鍛制；在鍛壓時(shí)，空心鋼錠中設(shè)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(jìn)行每道次鍛壓時(shí)，當(dāng)空心鋼錠溫度達(dá)到870士20°C時(shí)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(nèi)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(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的鍛制合金無(wú)縫鋼管的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
在實(shí)施例1中，采用P91鋼來(lái)制造合金無(wú)縫鋼管。首先，對(duì)初煉鋼水進(jìn)行電弧爐冶煉，鋼水中碳彡0. 03%、磷彡0. 004%、溫度彡1650 1680°C時(shí)出鋼，出鋼過(guò)程進(jìn)行鋼水預(yù)脫氧和合金化。然后，使鋼水經(jīng)過(guò)LF爐外精煉，在LF爐進(jìn)行脫氧、脫硫、去除夾雜物、調(diào)整合金成分。當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1680°C 1700°C且化學(xué)成分滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)吊出LF爐，使出 LF爐的鋼水進(jìn)行VD真空處理，去除氣體和夾雜物。隨后，將經(jīng)過(guò)電爐冶煉和爐外精煉、真空處理后的鋼水模鑄成內(nèi)徑Φ330πιπι、外徑Φ930πιπι的空心鋼錠。
將澆鑄成的空心鋼錠送至燃?xì)饧訜釥t進(jìn)行加熱，并將空心鋼錠加熱到變形溫度范圍，對(duì)于鉻鉬高合金鋼錠來(lái)說(shuō)，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(jī)的砧上，送料機(jī)夾住外徑Φ310πιπι的芯棒插入空心鋼錠的內(nèi)孔，同時(shí)芯棒內(nèi)通水冷卻，鍛造機(jī)按60mm的壓下量對(duì)空心鋼錠進(jìn)行第一道次的拔長(zhǎng)，空心坯溫度達(dá)到870士20°C時(shí)停止鍛壓。然后，將空心坯料送回加熱爐進(jìn)行第二次加熱，并使空心坯料達(dá)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(jìn)行第二道次鍛壓，按35mm的壓下量對(duì)空心鋼錠進(jìn)行第二道次的拔長(zhǎng)，當(dāng)空心坯溫度達(dá)到870士20°C時(shí)停止鍛壓。經(jīng)過(guò)在不同壓下量進(jìn)行數(shù)道次的鍛造之后，形成外徑為M5mm、內(nèi)徑為320mm和壁厚 112. 5mm的空心管坯。
最后，可以用內(nèi)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(chǎn)成本。然后，將鍛制的鋼管送加熱爐進(jìn)行退火，退火后的鋼管兩端切平，表面機(jī)加工成510mm(外徑)X85mm(厚度)的鋼管，經(jīng)過(guò)熱處理后成合格管材。
實(shí)施例2
在實(shí)施例2中，采用P92鋼來(lái)制造合金無(wú)縫鋼管。對(duì)初煉鋼水進(jìn)行電弧爐冶煉，鋼水中碳彡0. 03%、磷彡0. 003%、溫度彡1650 1680°C時(shí)出鋼，出鋼過(guò)程進(jìn)行鋼水預(yù)脫氧和合金化。然后，使鋼水經(jīng)過(guò)LF爐外精煉，在LF爐進(jìn)行脫氧、脫硫、去除夾雜物、調(diào)整合金成分。當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1680°C 1700°C且化學(xué)成分滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)吊出LF爐，使出LF爐的鋼水進(jìn)行VD真空處理，去除氣體和夾雜物。隨后，將經(jīng)過(guò)電弧爐冶煉和爐外精煉、真空處理后的鋼水模鑄成內(nèi)徑Φ320πιπι和外徑Φ 1080mm的空心鋼錠。
將澆鑄成的空心鋼錠送至燃?xì)饧訜釥t進(jìn)行加熱，并將空心鋼錠加熱到變形溫度范圍，對(duì)于鉻鉬高合金鋼錠來(lái)說(shuō)，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(jī)的砧上，送料機(jī)夾住外徑Φ310πιπι的芯棒插入空心鋼錠的內(nèi)孔，同時(shí)芯棒內(nèi)通水冷卻，鍛造機(jī)按40mm的壓下量對(duì)空心鋼錠進(jìn)行第一道次的拔長(zhǎng)，空心坯溫度達(dá)到 870士20°C時(shí)停止鍛壓。然后，將空心坯料送回加熱爐進(jìn)行第二次加熱，并使空心坯溫度達(dá)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(jìn)行第二道次鍛造， 按25mm的壓下量對(duì)空心鋼錠進(jìn)行第二道次的拔長(zhǎng)，當(dāng)空心坯溫度達(dá)到870士20°C時(shí)停止鍛壓，將空心坯送回加熱爐進(jìn)行第三次加熱，加熱溫度達(dá)到1150 1250°C時(shí)吊出進(jìn)行第三道次鍛造，先按20mm的壓下量對(duì)空心鋼錠進(jìn)行鍛制，再將壓下量調(diào)到IOmm進(jìn)行鍛制。經(jīng)過(guò)在不同壓下量進(jìn)行數(shù)道次的鍛造之后，形成外徑為577mm、內(nèi)徑為349mm和壁厚114mm的空心管坯。
最后用內(nèi)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(chǎn)成本。鍛制的鋼管送加熱爐進(jìn)行退火，退火后的鋼管兩端切平，表面機(jī)加工成559mm(外徑)X95mm(厚度)的鋼管，經(jīng)過(guò)熱處理后成合格管材。
實(shí)施例3
在實(shí)施例2中，采用91鋼來(lái)制造合金無(wú)縫鋼管。對(duì)初煉鋼水進(jìn)行電弧爐冶煉，鋼水中碳彡0. 03%、磷彡0. 004%、溫度彡1650 1680°C時(shí)出鋼，出鋼過(guò)程進(jìn)行鋼水預(yù)脫氧和合金化。然后，使鋼水經(jīng)過(guò)LF爐外精煉，在LF爐進(jìn)行脫氧、脫硫、去除夾雜物、調(diào)整合金成分。當(dāng)鋼水溫度達(dá)到1680°C 1700°C且化學(xué)成分滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)吊出LF爐，使出LF爐的鋼水進(jìn)行VD真空處理，去除氣體和夾雜物。隨后，將經(jīng)過(guò)電爐冶煉和爐外精煉的真空處理后的鋼水模鑄成內(nèi)徑和外徑Φ880πιπι的空心鋼錠。
將澆鑄成的空心鋼錠送至燃?xì)饧訜釥t進(jìn)行加熱，并將空心鋼錠加熱到變形溫度范圍，對(duì)于鉻鉬高合金鋼錠來(lái)說(shuō)，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(jī)的砧上，送料機(jī)夾住外徑O^SOmm的芯棒插入空心鋼錠的內(nèi)孔，同時(shí)芯棒內(nèi)通水冷卻，鍛造機(jī)按50mm的壓下量對(duì)空心鋼錠進(jìn)行第一道次的拔長(zhǎng)，空心坯溫度達(dá)到870士20°C時(shí)停止鍛壓。然后，將空心坯料送回加熱爐進(jìn)行第二次加熱，并使空心坯達(dá)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(jìn)行第二道次鍛造， 按30mm的壓下量對(duì)空心鋼錠進(jìn)行第二道次的拔長(zhǎng)，當(dāng)空心坯溫度達(dá)到870士20°C時(shí)停止鍛壓，將空心坯送回加熱爐進(jìn)行第三次加熱，加熱溫度達(dá)到1150 1250°C時(shí)吊出進(jìn)行第三道次鍛造，按18mm的壓下量對(duì)空心鋼錠進(jìn)行鍛制。經(jīng)過(guò)在不同壓下量進(jìn)行數(shù)道次的鍛造之后，形成外徑為482mm、內(nèi)徑為319mm和壁厚81. 5mm的空心管坯。
最后用內(nèi)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(chǎn)成本。鍛制的鋼管送加熱爐進(jìn)行退火，退火后的鋼管兩端切平，表面機(jī)加工成457mm(外徑)X60mm(厚度)的鋼管，經(jīng)過(guò)熱處理后成合格管材。
在本發(fā)明的鍛制合金(例如鉻鉬高合金)無(wú)縫鋼管的方法中，空心鋼錠的內(nèi)外表面不需要進(jìn)行機(jī)加工，鋼錠直接送到加熱爐進(jìn)行加熱，按照鉻鉬高合金鋼比如P91、P92的變形溫度范圍進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到要求后送水壓機(jī)進(jìn)行鍛造，鍛造時(shí)將芯棒插入空心鋼錠內(nèi)孔，優(yōu)選地，芯棒尺寸比空心鋼錠內(nèi)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(jīng)過(guò)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(jìn)行退火處理，退火后的鋼管切除頭尾，進(jìn)行內(nèi)外表面機(jī)加工，加工后的鋼管熱處理成成品管。
此外，采用模鑄生產(chǎn)的高合金鋼空心鋼錠，經(jīng)過(guò)水壓鍛機(jī)帶芯棒鍛造，克服了管坯料需要內(nèi)外表面機(jī)加工、加工費(fèi)增加和金屬收得率降低的問(wèn)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(zhǎng)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(fā)明的采用空心鋼錠鍛造無(wú)縫鋼管的方法具有金屬收得率高、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且產(chǎn)品規(guī)格、長(zhǎng)度不受限制，可鍛制外徑在Φ450πιπι以上、壁厚在 60mm以上的無(wú)縫鋼管，特別適合高合金鋼大口徑厚壁無(wú)縫鋼管生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種用模鑄空心鋼錠鍛制合金無(wú)縫鋼管的方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟將經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)2-3道次鍛壓對(duì)空心鋼錠進(jìn)行鍛制；在鍛壓時(shí)，空心鋼錠中設(shè)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行每道次鍛壓時(shí)，當(dāng)空心鋼錠溫度達(dá)到870士20°C時(shí)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(jù)權(quán)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(nèi)孔小IOmm至 25mm，芯棒通水冷卻。
5.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(fā)明提供了一種用模鑄空心鋼錠鍛制合金無(wú)縫鋼管的方法，所述方法包括下述步驟將經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)2-3道次鍛壓對(duì)空心鋼錠進(jìn)行鍛制；在鍛壓時(shí)，空心鋼錠中設(shè)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(fā)明的采用空心鋼錠鍛造合金無(wú)縫鋼管的方法具有金屬收得率高、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且產(chǎn)品規(guī)格和長(zhǎng)度不受限制，可鍛制出具有期望的外徑和壁厚的無(wú)縫鋼管。
文檔編號(hào)B21C37/06GK102513400SQ201110416940
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉志軍, 吳紅, 成海濤, 胡茂會(huì), 邊華川, 郭元蓉 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司