CN101486044B

CN101486044B - 连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制造方法

Info

Publication number: CN101486044B
Application number: CN2009100245737A
Authority: CN
Inventors: 陈荣伟; 李陈昊; 葛浩彬; 沈新群; 占中杰; 胡现龙; 张青; 冯遵伟
Original assignee: Baosteel Group Changzhou Roll Manufacture Co
Current assignee: Baogang Roller Technology Co., Ltd.
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: CN101486044A

Abstract

本发明公开了一种连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制造方法，按照以下步骤进行：粗、精轧制坯料→粗加工→淬火→两次高温回火→精加工→抛光→镀铬→脱氢→螺纹磷化。所述的淬火步骤采用水基淬火液作为冷却介质的整体坯料浸淬，淬火温度控制在1020～1050℃之间。所述的两次高温回火步骤在回火炉中进行，第一次回火温度为575～635℃；第二次回火温度为545～615℃，采用空气冷却；所述的抛光步骤采用抛光机完成；对坯料进行粗抛、半精抛、精抛三工序并采用砂圈轮进行抛光；该方法不仅能提高芯棒的生产效率、降低原材料的损耗量及生产成本，而且工艺简单、生产出的限动芯棒使用寿命长。

Description

连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制造方法

技术领域

本发明涉及一种无缝钢管连轧机组中使用的轧制工具的制造方法，尤其是涉及一种在连轧机组中使用的直径为330mm以上的大规格限动芯棒的制造方法。

背景技术

限动芯棒是生产无缝钢管的连轧机组中所使用的重要轧制工具，消耗量较大，它的质量和成本直接关系到无缝钢管生产的质量和效益；多年来，国内各无缝钢管生产企业的限动芯棒多数依靠进口，尤其是直径330mm以上的大规格限动芯棒几乎全部为进口产品，这种限动芯棒不仅进口周期长，而且价格昂贵，严重制约着我国无缝钢管产业的发展，因此，迫切需要研制开发一种大规格限动芯棒的制造方法，以满足国内市场的需求。

现有的限动芯棒的制造方法大致有二种，第一种方法为：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。第二种为中国发明专利，专利号为200510024757.5，名称为钢管连轧限动芯棒的制造新工艺中披露了一种制造方法，其制造工艺如下：锻造/轧制坯料→完全退火→热矫直→粗/半精加工→淬火→二次高温回火→砂带磨削→镀铬→脱氢；这种制造方法解决了第一种方法中芯棒加工困难、制造周期较长、芯棒毛坯收得率低的问题，但这种方法也存在以下几个方面的不足：首先，其锻造/轧制所使用的坯料为国标GB1299-85中的4Cr5MoSiV1钢锭，这种钢虽具有高淬透性和淬硬性、一定的热强性和抗冷热疲劳性能，但其易产生回火脆性且高温强度偏低，在600℃强度仅为630MPa，只能在500～550℃温度范围内使用。而在轧制钢管时，限动芯棒表面温度可达700℃，高温强度偏低易导致芯棒使用初期损坏，同时，这种钢含有相当数量的碳和碳化物形成元素，固相线及液相线之间温度区间较宽，加上金属导热性能较差，凝固速度较慢，促使凝固过程中碳化物带状偏析严重，此带状偏析在常规退火、正火、淬火加热条件下难分难以消除，造成钢的各向异性，降低了冲击性能和冷热疲劳性能。因此，用这种钢制成的芯棒使用寿命短，从而影响无缝钢管的生产效率以及生产成本。其次，该方法采用锻造/轧制坯料，而采用锻造坯料时，由于目前国内只有生产直径330mm以下的中小规格坯料的锻造设备，而没有生产直径330mm以上的大规格坯料锻造设备，因而大规格坯料在国内无法生产，只能通过进口，这样制约大规格芯棒的产出；另外，当采用轧制坯料时，由于对钢锭仅进行一次粗轧开坯，轧制出的坯料的外圆精度及直线度都较差，这样一方面需为后续加工保留较多的加工余量，通常需留10mm以上，从而损耗了大量的钢材；另一方面，由于坯料的直线度较差，因而该方法增加了第二步骤完全退火及第三步骤热矫直，由于该两步骤需采用相应的设备，即大型辊式炉及矫直机，并消耗较多的能源和生产时间，因而大大地增加了设备的投资和生产成本，降低了生产效率。再次，由于淬火步骤安排在粗/半精加工步骤之后，且在淬火之后不再对坯料作切削加工，而坯料在淬火时，由于冷却液及冷却速度等工艺条件的不适当等原因，往往发生超出加工精度要求的变形，从而常常引起限动芯棒在无缝钢管生产中无法使用，造成了大量的废品；再有，由于砂带磨削步骤是采用普通超长车床，使用砂带完成芯棒表面的加工，而这种磨削方式不仅生产效率低下，而且生产出的芯棒表面具有螺旋印痕和振痕，芯棒表面粗糙度较差，难以达到Ra0.8um的最低要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制造方法，该方法不仅能提高芯棒的生产效率、降低原材料的损耗量及生产成本，而且工艺简单、生产出的限动芯棒使用寿命长。

为解决上述技术问题，本发明采用这样的一种连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制造方法，该方法按照以下步骤进行：粗、精轧制坯料→粗加工→淬火→两次高温回火→精加工→抛光→镀铬→脱氢→螺纹磷化。

采用这样的方法后，由于在轧制坯料步骤中增加了精轧，使得轧制后的坯料的外圆精度及直线度都较好，这样一方面只需为后续加工保留较小的加工余量，通常只需留4mm以下，从而节省了大量的钢材；另一方面，由于坯料的直线度较好，因而该方法无需对坯料进行完全退火及热矫直，因而大大地减少了设备的投资和生产成本，简化了生产工艺，提高了生产效率。又由于精加工步骤安排在高温回火之后，因而在淬火之后对坯料又作了切削加工，使一些变形的坯料满足加工精度要求，从而避免了废品的发生，降低了废品率；再由于芯棒表面的加工是通过采用抛光机的抛光步骤完成的，通过该步骤加工出来的芯棒表面粗糙度低，因而改善了芯棒的表面质量，减少了芯棒工作时和管坯的摩擦力，从而提高了芯棒的使用寿命。

作为本发明的一种改进，所述的粗、精轧制坯料步骤中所选用的坯料，其组份按重量百分含量计，由C 0.30～0.38％、Si 0.70～1.10％、Mn≤0.60％、Cr4.5～5.5％、S≤0.005％、P≤0.015％、Mo 1.00～1.50％、V 0.80～1.20％以及余量Fe组成，所述粗、精轧制坯料采用轧机完成，并将坯料硬度控制在布氏硬度≤229HB。采用这样的坯料后，由于调低了钢中的钒及硅的成分含量，又由于坯料中铝的含量极低，可忽略不计，这样，减少了钢的回火脆性，提高了钢的蠕变强度、断裂韧性和高温强度，使得制成的芯棒使用寿命更长。将坯料硬度控制在布氏硬度≤229HB，这样有利于改善坯料的切削加工性能。在本发明中，坯料的组份优选为由C 0.35％、Si 0.7％、Mn 0.30％、Cr 5.0％、S 0.003％、P 0.005％、Mo 1.3％、V 1.00％以及余量Fe组成。

作为本发明的另一种改进，所述的粗加工步骤采用长度18米的超长车床完成；通过该车床对所述坯料的外圆进行切削加工，使其圆度达到0.2mm，直线度小于5mm，粗糙度达到Ra 6.3um。采用这样的方法，一方面设备投资小，而且该设备加工速度快，有利于提高生产效率，另一方面能保证后续加工精度需要，保证芯棒的成品率。

作为本发明的又一种改进，所述的淬火步骤采用水基淬火液作为冷却介质的整体坯料浸淬，淬火温度控制在1020～1050℃之间。这样的方法，由于采用水基淬火液作为冷却介质并配合合理的淬火温度，使得淬火后的芯棒的淬火质量相比于现有的热处理工艺更为优良，并且大大提高了生产安全性，减少了污染，而且不会出现现有的使用油作为冷却介质的淬火工艺，其容易发生的在淬火时油液起火、产生大量烟雾并严重污染环境，可能伤害操作人员身体健康的事件发生。本发明中淬火温度优选为1030℃。在本发明中，所述的两次高温回火步骤在通常的回火炉中进行，第一次回火温度为575～635℃，优选为615℃；第二次回火温度为545～615℃，优选为585℃，采用空气冷却。采用这样的方法后，使得回火后芯棒具有很高的韧性和足够的强度，具备综合的优良机械性能，从而大大提高了芯棒的使用寿命，保证了无缝钢管的生产效率。

作为本发明的再一种改进，所述的精加工步骤采用长度18米的超长车床完成；通过该车床对所述两次高温回火后的坯料外圆进行切削加工后留0.2mm抛光余量，并同时加工偏梯形螺纹，使该偏梯形螺纹与坯料外圆的同轴度≤0.1mm，螺纹粗糙度达到Ra 0.4um。采用这样的方法后，由于粗、精车采用同一设备加工，因而减少了设备投资，更节省了生产成本。

作为本发明的再又一种改进，所述的抛光步骤采用抛光机完成；通过抛光机对精车后的坯料进行粗抛、半精抛、精抛三工序并采用砂圈轮进行抛光，所述砂圈对应于粗抛、半精抛、精抛三工序的砂粒度分别为120号、240号以及360号。采用这样的方法后，能使加工出来的芯棒表面粗糙度达到Ra 0.4um，甚至更低，而且没有螺旋印痕和振痕，从而大大地减少了芯棒工作时和管坯的摩擦力，极大地提高了芯棒的使用寿命。操作时，本发明的芯棒分五段同时进行抛光，使加工效率提高了300％，这样更有利于缩短芯棒的生产周期，从而更好地满足无缝钢管的生产需要。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

图1为本发明连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制造方法的流程图。

具体实施方式

参见图1，本发明的一种连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制造方法，该方法按照以下步骤进行：粗、精轧制坯料→粗加工→淬火→两次高温回火→精加工→抛光→镀铬→脱氢→螺纹磷化。

所述的粗、精轧制坯料步骤中所选用的坯料，其组份按重量百分含量计，由C 0.30～0.38％、Si 0.70～1.10％、Mn≤0.60％、Cr 4.5～5.5％、S≤0.005％、P≤0.015％、Mo 1.00～1.50％、V 0.80～1.20％以及余量Fe组成，所述粗、精轧制坯料采用轧机完成，并将坯料硬度控制在布氏硬度≤229HB。在本发明中，坯料的组份优选为由C 0.35％、Si 0.7％、Mn 0.30％、Cr 5.0％、S 0.003％、P 0.005％、Mo 1.3％、V 1.00％以及余量Fe组成。

所述的粗加工步骤采用长度18米的超长车床完成；通过该车床对所述坯料的外圆进行切削加工，使其圆度达到0.2mm，直线度小于5mm，粗糙度达到Ra6.3um。

所述的淬火步骤采用水基淬火液作为冷却介质的整体坯料浸淬，淬火温度控制在1020～1050℃之间。本发明淬火温度优选为1030℃。

所述的两次高温回火步骤在通常的回火炉中进行，第一次回火温度为575～635℃，优选为615℃；第二次回火温度为545～615℃，优选为585℃，采用空气冷却。

所述的精加工步骤采用长度18米的超长车床完成；通过该车床对所述两次高温回火后的坯料外圆进行切削加工后留0.2mm抛光余量，并同时加工偏梯形螺纹，使该偏梯形螺纹与坯料外圆的同轴度≤0.1mm，螺纹粗糙度达到Ra 0.4um。当然也可采用18米长的数控车床进行车削，这样更有利于保证加工精度。

所述的抛光步骤采用抛光机完成；通过抛光机对精车后的坯料进行粗抛、半精抛、精抛三工序并采用砂圈轮进行抛光，所述砂圈对应于粗抛、半精抛、精抛三工序的砂粒度分别为120号、240号以及360号。本发明的芯棒分五段同时进行抛光，从而使加工效率提高了300％。

所述的镀铬步骤采用机床行进式电镀，镀铬厚度为0.045-0.08mm，镀铬后的芯棒直径达到图纸要求。

所述的脱氢步骤采用上述的回火炉中进行，脱氢温度控制在200℃以内，时间为2小时。

所述的螺纹磷化步骤采用磷化液浸渍，从而使偏梯形螺纹表面形成一层磷化膜。

以下以生产直径为358mm，长度为13.3m规格的限动芯棒为例，进行具体说明。

第一步，采用11吨的钢锭，经粗轧、精轧开坯后得到直径366mm，长13.3m的芯棒坯料。

第二步，采用长度18米的超长车床对坯料进行粗加工，加工后，使其圆度达到0.2mm，直线度小于5mm，粗糙度达到Ra 6.3um。

第三步，对粗加工后的坯料，采用水基淬火液作为冷却介质的整体浸淬，淬火温度为1030℃。所述的水基淬火液选用有机物淬火液，使用浓度为10％，溶液温度控制在20℃内，并通过搅拌系统对溶液进行搅拌，使溶液均匀，从而保证淬火的均匀度和液温的均匀度。

第四步，对淬火后的坯料进行两次高温回火，采用的设备为卧式回火炉，炉温从室温至700℃可控，温度精度为正负1℃，炉温均匀性为正负3℃，坯料的实际加热温度控制在575～635℃之间；第一次回火温度为615℃；第二次回火温度为585℃，采用空冷。

第五步，采用长度18米的超长车床对两次高温回火后的坯料进行精加工且留0.2mm抛光余量，并同时加工偏梯形螺纹，使该偏梯形螺纹与坯料外圆的同轴度≤0.1mm，螺纹粗糙度达到Ra 0.4um。

第六步，采用抛光机，对精车后的坯料进行粗抛、半精抛、精抛三工序并采用砂圈轮进行抛光，所述砂圈对应于粗抛、半精抛、精抛三工序的砂粒度分别为120号、240号以及360号。本发明的芯棒分五段同时进行抛光，这样可使加工效率提高了300％。

第七步，采用机床行进式对抛光后的芯棒进行电镀，镀铬厚度为0.045-0.08mm，镀铬后的芯棒直径达到图纸要求358mm。

第八步，采用卧式回火炉对镀铬后的脱氢，脱氢温度控制在200℃以内，时间为2小时。

第九步，对芯棒上的偏梯形螺纹采用磷化液浸渍，使偏梯形螺纹表面形成一层磷化膜。

本发明经过试用，所生产的大规格限动芯棒的各项质量指标均达到了国外图纸的要求，与进口芯棒同时上机轧制无缝钢管，使用性能相当，取得了良好的效果。

Claims

1.一种连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制作方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：

粗、精轧制胚料→粗加工→淬火→两次高温回火→精加工→抛光→镀铬→脱氧→螺纹磷化；

所述的粗、精轧制坯料步骤中所选用的坯料，其组份按重量百分含量计，由C 0.30-0.38％、Si 0.70-1.10％、Mn≤0.60％、Cr 4.5-5.5％、S≤0.005％、P≤0.015％、Mo 1.00-1.50％、V 0.80-1.20％以及余量Fe组成，所述粗、精轧制坯料采用轧机完成，并将坯料硬度控制在布氏硬度≤229HB，

所述的淬火步骤采用水基淬火液作为冷却介质的整体坯料浸淬，淬火温度控制在1020-1030℃之间，

所述的两次高温回火步骤在通常的回火炉中进行，第一次回火温度为615-635℃；第二次回火温度为585-615℃，采用空气冷却，

所述的抛光步骤采用抛光机完成；通过抛光机对精车后的坯料进行粗抛、半精抛、精抛三工序并采用砂圈轮进行抛光，所述砂圈对应于粗抛、半精抛、精抛三工序的砂粒度分别为120号、240号以及360号。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述的粗加工步骤采用长度18米的超长车床完成；通过该车床对所述胚料的外圆进行切削加工，使其圆度达到0.2mm，直线度小于5mm，粗糙度达到Ra6.3um。

3.根据权利要求1至2中所述的制作方法，其特征在于：所述的精加工步骤采用长度18米的超长车床完成；通过该车床对所述两次高温回火后的胚料外圆进行切削加工后留0.2mm抛光余量，并同时加工偏梯形螺纹，使该偏梯形螺纹与胚料外圆的同轴度≤￠0.1mm，螺纹粗糙度达到Ra0.4um。