CN101062507A

CN101062507A - 用复合稀土材料制造连轧管机芯棒的工艺

Info

Publication number: CN101062507A
Application number: CN 200710111605
Authority: CN
Inventors: 关国江; 郑刚
Original assignee: BAOTOU STEEL GROUP MECHANICAL EQUIPMENT MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: BAOTOU STEEL GROUP MECHANICAL EQUIPMENT MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2007-10-31

Abstract

用复合稀土材料制造连轧管机芯棒的工艺，属于轧管机芯棒制作的技术领域，其制作工艺流程为：轧制坯料→堆焊过渡层→堆焊强化层→堆焊耐磨层→粗加工→精加工→热处理；芯棒坯料运用轧制工艺，采用自主研发的高强、耐高温、抗蠕变的稀土钢种制造；过渡层运用埋弧(明弧)堆焊工艺及高铬低碳稀土强化材料制造；强化层运用埋弧(明弧)堆焊工艺及耐高温疲劳性能和抗高温腐蚀性能均优良的低碳稀土强化材料制造；耐磨层运用埋弧(明弧)堆焊工艺及稀土多元合金强化高温耐磨合金制造；本发明使生产芯棒对制造装备的要求及制造成本大大降低，具有制造周期短、生产效率高、能源消耗低、清洁环保的特点。

Description

用复合稀土材料制造连轧管机芯棒的工艺

一、技术领域：属于冶金行业热轧工具的制造技术领域，尤其涉及一种热轧无缝钢管连轧管机芯棒的制造新方法。

二、背景技术：

芯棒是用现代技术生产大口径无缝钢管所必需的最重要的工具之一，该产品在无缝钢管轧制过程中所处的工况条件十分恶劣，其使用温度1150℃左右，表面温度在较短时间内可达700℃左右，且用后需急速喷水冷却，并要迅速上线循环使用。在轧制工作过程中要承受强大而复杂的拉伸、压缩接触应力和快速循环的急冷急热疲劳应力。因此，目前在我国制管行业中存在芯棒使用寿命短、耗量大、价格昂贵且依赖进口的问题，严重阻碍企业节能降耗、降本增效的深入进行。芯棒质量的优劣，不仅直接影响其使用寿命，而且对提高管材的质量、生产率和降低生产成本都至关重要。因此迫切需要研发新的连轧管机芯棒的制造方法。

现有芯棒的生产工艺流程为：锻造坯料→完全退火→整体油淬火→(二次)高温回火→加温矫直→去应力退火→粗加工→精加工→砂带磨削→镀铬→脱氢。

上述工艺步骤的工艺内容及条件如下：

首先，获得锻造坯料，采用国标GB1299-85中的4Cr5MoSiVi钢锭，通过电渣重熔进行炉外精炼，获得钢锭，然后通过油压快锻机开坯或者采用自由锻或水压机锻造开坯，加热温度为1200℃，锻造温度为1150~1180℃；对坯料进行完全退火，在台车式炉中完成，退火温度控制在750~900具℃，保温时间大于10小时，分两次完成整个退火过程；然后进行整体淬火，采用超长台车罩式或者超深井式热处理炉完成加热，采用整体油冷完成淬火，淬火温度控制在980~1020℃；淬火后，进行(二次)高温回火，第一次回火温度控制在680~720℃，第二次回火温度控制在550~620℃之间，采用超长台车罩式回火炉完成；其后，对芯棒加温矫直，加热温度500℃；再进行去应力退火，退火温度200~300℃，退火时间不少于16小时；第七步粗加工，利用超长数控车床完成；再进行精加工；下一步用砂带磨削；然后镀铬，采用芯棒移动式专用电镀机床完成；最后进行脱氢。

现有芯棒生产工艺存在以下问题和不足：1、坯料需经油压快锻机开坯或者采用自由锻或水压机锻造开坯，并需要经过完全油淬火和二次高温回火，对锻造及热处理装备要求很高并要消耗大量能源且加工周期长，生产效率低；2、芯棒表层使用镀铬工艺易造成环境污染。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种制造无缝钢管连轧管机芯棒的新工艺，采用自主研发的新型复合稀土材料，并调整了加工设备以解决现有制造方法存在工序复杂、能源消耗大、制造周期长、非清洁生产等问题。

本发明的上述目的是通过以下工艺步骤来实现的：

1、芯棒基体坯料采用自主研发的高强耐高温抗蠕变稀土材料经粗轧开坯并采用现有的热处理工艺制造，其目的是通过低能耗的轧制及简单热处理替代锻造和复杂热处理工序，达到节能降耗、简化装备及降低制造难度。基体坯料的化学成分含量如下表所示：

C％	Si％	Mn％	Cr％	Mo％	Ni％	V％	Nb％	Y％	W％	稀土％
C％	Si％	Mn％	Cr％	Mo％	Ni％	V％	Nb％	Y％	W％	稀土％	0.10-0.35	0.15-0.30	0.5-1.8	9.0-11	1.5-3.0	2.5-3.7	0.6-1.2	0.3-0.9	1.0-1.5	1.3-1.6	微量

热处理工艺为：750-760℃＞5h。

2、芯棒过渡层焊条采用自主研发的高铬低碳稀土强化材料，运用埋弧(明弧)堆焊工艺，其目的是增加坯料与强化层之间的结合强度，同时增强强化层中铬元素的含量。其化学成分含量应满足下表要求：

C％	Mn％	Si％	Cr％	Ni％
C％	Mn％	Si％	Cr％	Ni％	0.10-0.15	0.70-0.90	0.80-1.10	26-31	8.9-9.5

具体堆焊工艺要求如下：

(1)芯棒坯料预热320~350℃，升温速度≤60℃/h，保温时间X小时(X＝φ/60，φ为芯棒直径)；

(2)芯棒堆焊：采用埋弧(明弧)方式堆焊，保证层间温度≥180℃；

(3)堆焊厚度3~5mm。

3、芯棒强化层采用自主研发的耐高温疲劳性能和抗高温腐蚀性能均优良的低碳高铬多元合金强化材料制作，运用埋弧(明弧)堆焊工艺，其目的是增强芯棒的强度、冲击韧性及抗高温疲劳性能。

强化层材料的化学成分应符合如下要求：

C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	V	Y	W	稀土
C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	V	Y	W	稀土	0.05-0.08	0.5-0.8	0.2-0.4	13-14.5	7.5-8.5	4.5-5.2	0.3-2.3	1.2-2.3	1.1-1.5	微量

堆焊工艺为：

(1)保证层间温度≥320℃；

(2)堆焊厚度8~10mm。

4、芯棒耐磨层采用自主研发的稀土多元合金强化的高温耐磨合金材料制作，运用埋弧(明弧)堆焊工艺，其目的是以焊代镀，杜绝污染。

其化学成分如下：

C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	W	Y	V	Nb
C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	W	Y	V	Nb	1.0-3.5	0.7-1.3	0.8-1.0	22-30	11-19	8.5-1 1	8.5-13	1.0-2.0	0.4-0.7	0.5-2.0

堆焊工艺为：

(1)保证层间温度≥420℃；

(2)堆焊层厚度3~5mm。

热处理工艺如下：焊后随即回火，回火温度630~650℃，加热速度≤60℃/h，保温时间X(X＝φ/60×2)，芯棒随炉冷却，降温速度≤50℃/h，冷却到≤200℃出炉。

5、按图纸要求进行粗、精加工

四、附图说明：

图1为芯棒剖面示意图；

图2为芯棒热处理工艺图；

图1中1-基体、2-过渡层、3-强化层、4-耐磨层。

五、具体实施方式：

为帮助理解本发明，从我们制造过的多种芯棒规格中，选取φ253.5的芯棒作为典型实例加以详细说明，其制作工艺步骤如下：

1、芯棒采用自主研发的高强、耐高温、抗蠕变的稀土材料作基体坯料，其化学成分分析结果见表1。

表1 化学成分分析结果

C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	V	Nb	Y	W	稀土
C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	V	Nb	Y	W	稀土	0.24	0.21	1.3	9.8	1.9	2.9	0.8	0.6	1.2	1.4	微量

坯料经冶炼→连铸→轧制得到φ230mm圆钢，再经加工→热处理得到φ218×17500mm的芯棒基体，热处理工艺制度及性能检测指标见表2。

表2 热处理工艺制度及性能检测指标

热处理	σ0.2MPa	∑bMPa	δS％	Akv J
热处理	σ0.2MPa	∑bMPa	δS％	Akv J	750~760℃＞5h	560	720	15	41

2、芯棒过渡层采用自主研发的高铬低碳稀土强化材料和埋弧堆焊工艺制造，材料的化学成分分析结果见表3。

表3 化学成分分析结果

C	Mn	Si	Cr	Ni
C	Mn	Si	Cr	Ni	0.12	0.78	0.98	28	9.2

堆焊工艺制度如下：

(1)预热：采用300KW电阻炉，升温速度30℃/h，升温至250℃，保温4小时。

(2)堆焊：采用φ3.2药芯焊丝，电压30~35V，电流320A；保证层间温度200℃。

(3)堆焊厚度4mm。

过渡层堆焊熔敷金属的性能检测指标见表4。

表4 性能检测指标

焊态	σ0.2MPa	∑bMPa	δS％	Akv J
焊态	σ0.2MPa	∑bMPa	δS％	Akv J		400	600	20	52

3、芯棒强化层的制造，采用自主研发的耐高温疲劳性能和抗高温腐蚀性能优良的低碳高铬多元合金强化材料和埋弧堆焊工艺。在过渡层基础上连续施焊，堆焊层厚度10mm。堆焊材料的化学成分见表5，强化层堆焊熔敷金属的性能检测指标见表6。

表5 化学成分分析

C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	V	Y	W	稀土
C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	V	Y	W	稀土	0.06	0.7	0.3	14.1	7.9	4.8	1.3	1.8	1.2	微量

表6 强化层堆焊熔敷金属性能检测指标

焊态	σ0.2MPa	σbMPa	δS％	Akv J	硬度
焊态	σ0.2MPa	σbMPa	δS％	Akv J	硬度		400	500	18	23	HRC 38~42

4、芯棒耐磨层采用自主研发的稀土多元合金强化的高温耐磨合金材料和埋弧堆焊工艺制造；在强化层基础上连续施焊，堆焊厚度4mm；合金材料的化学成分见表7，耐磨层堆焊熔敷金属性能检测指标见表8。

表7 化学成分分析

C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	W	Y	V	Nb
C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	W	Y	V	Nb	2.5	0.9	0.9	27	16	8.9	9.8	1.6	0.6	0.9

表8 耐磨层堆焊熔敷金属性能检测指标

热处理	硬度	Akv J
热处理	硬度	Akv J	530~550℃＞8h	HRC54＜57	15

5、焊后消除应力的热处理工艺见附图1。

6、按图纸要求加工最终尺寸：φ253.5+0.02、粗糙度0.008，全长直线度≤6mm。

采用本发明制造的芯棒，经上机使用，完全满足钢管生产对芯棒的工艺及质量要求。

Claims

1、用复合稀土材料制造连轧管机芯棒的工艺，芯棒由基体、过渡层、强化层、耐磨层构成，其特征在于芯棒基体采用高强耐高温抗蠕变稀土材料作坯料，经粗轧开坯；过渡层采用埋弧(明弧)堆焊工艺，焊条采用高铬低碳稀土强化材料；强化层运用埋弧(明弧)堆焊工艺，焊条采用耐高温疲劳性能和抗高温腐蚀性能均优良的低碳高铬多元合金强化材料制作；耐磨层运用埋弧(明弧)堆焊工艺，焊条采用稀土多元合金强化的高温耐磨合金材料制作；然后经粗、精加工及热处理而制成；其制造工艺流程为：轧制坯料→堆焊过渡层→堆焊强化层→堆焊耐磨层→粗加工→精加工→热处理。

2、如权利要求1所述的用复合稀土材料制造连轧管机芯棒的工艺，其特征在于基体坯料采用轧制工艺方法制造，其坯料的化学成分为： C Si Mn Cr Mo Ni V Nb Y W 稀土 0.10-0.35 0.15-0.30 0.5-1.8 9.0-11 1.5-3.0 2.5-3.7 0.6-1.2 0.3-0.9 1.0-1.5 1.3-1.6 微量

3、如权利要求1所述的用复合稀土材料制造连轧管机芯棒的工艺，其特征在于过渡层堆焊工艺为：

(1)芯棒坯料预热320~350℃，升温速度≤60℃/h，保温时间X小时(X＝φ/60，φ为芯棒直径)；(2)层间温度≥180℃；(3)堆焊厚度3~5mm。

其堆焊材料的化学成分为： C Mn Si Cr Ni 0.10-0.15 0.70-0.90 0.80-1.10 26-31 8.9-9.5

4、如权利要求1所述的用复合稀土材料制造连轧管机芯棒的工艺，其特征在于强化层堆焊工艺为：

(1)层间温度≥320℃；(2)堆焊厚度8~10mm。

其堆焊材料的化学成分为： C Mn Si Cr Ni Mo V Y W 稀土 0.05-0.08 0.5-0.8 0.2-0.4 13-14.5 7.5-8.5 4.5-5.2 0.32.3 1.2-2.3 1.1-1.5 微量

5、如权利要求1所述的用复合稀土材料制造连轧管机芯棒的工艺，其特征在于耐磨层堆焊工艺为：

(1)层间温度≥420℃；(2)堆焊层厚度3～5mm；

其堆焊材料的化学成分为： C Mn Si Cr Ni Mo W Y V Nb 1.0-3.5 0.7-1.3 0.8-1.0 22-30 11-19 8.5-11 8.5-13 1.0-2.0 0.4-0.7 0.5-2.0

6、如权利利要求1所述的用复合稀土材料制造连轧管机芯棒的工艺，其特征在于热处理工艺为：

(1)焊后随即回火，回火温度630～650℃，加热速度≤60℃/h，保温时间X(X＝φ/60×2)；(2)芯棒随炉冷却，降温速度≤50℃/h，冷却到≤200℃出炉。

7、如权利利要求1所述的用复合稀土材料制造连轧管机芯棒的工艺，其特征在于加工最终尺寸：精度+0.02、粗糙度0.008、全长直线度≤6mm。