CN101579702A - 采用斜轧延伸技术生产高合金钢高端管材的新工艺 - Google Patents

Abstract

一种采用无须穿孔的斜轧延伸技术生产高合金钢高端无缝管材的新工艺，包括：炉外精炼的高合金钢钢水离心铸造成空心管坯；将所述空心管坯的前、后端外表面各加工成带锥度的“咬入头”和“尾端头”，并对其内外表面和所述“咬入头”、“尾端头”进行机加工和质量检查；加热；向加热后的所述空心管坯内插入芯棒，并送入斜轧延伸轧管机进行斜轧，制得壁厚、直径和长度符合要求的管件；脱芯棒、切头、切尾；再经定径、成品热处理、精整，制得合格的成品管材。本工艺方法流程短、无须斜轧穿孔，从而成本低、提高质量；前后端小锥度化处理，在生产中厚壁管材时可避免“尾三角”的产生，并改善二次咬入性能，从而提高了产品质量和生产效率。

Description

采用斜轧延伸技术生产高合金钢高端管材的新工艺

技术领域：

本发明涉及无缝钢管的制造技术，尤其涉及大口径、中厚壁、高合金钢的高端无缝钢管的制造技术。

背景技术：

钢材具有良好的综合使用性能，能够在不同工况条件下承受所要求的负载和具有所需的使用寿命周期，且工艺性能良好，是国民经济建设不可或缺的重要基础材料。一般来说，把含碳量0.02％-2％的碳铁合金称为钢，含碳量大于2％的碳铁合金称为铸铁。根据不同的划分标准，可以将钢材划分成不同的类别。按照钢的化学成分可以分为碳素钢和合金钢：

碳素钢中的成分除了铁和碳外，还含有在冶炼中难以除净的少量硅、锰、磷、硫、氧和氮等。根据含碳量大小，将碳素钢分为低碳钢(含碳小于0.25％)、中碳钢(含碳0.25％～0.6％)和高碳钢(含碳大于0.6％)。

合金钢是特意加入或超过碳素钢限量的合金元素的钢，以便使其具有一般碳素钢不可能具备的强度、韧性、耐蚀性、耐磨性、耐热性、红硬性等特殊性能。这些合金元素包括锰、硅、矾、铬、镍、钛、钒等。合金元素总含量小于5％为低合金钢，5％～10％为中合金钢，大于10％为高合金钢。

总体上讲，钢具有好的加工性能，但是随着合金元素含量的提高，合金钢特别是高合金钢一般情况下都表现为：工艺塑性下降、变形温度区间变窄、脆性增大、变形抗力加大、从而使得加工难度越来越大，因此高合金钢产品的加工难度就更大，不但耗材、耗时、成本高，而且质量也难以得到保证。尤其是高合金钢无缝管材的加工成形，一直是困扰无缝钢管制造业的难题之一。

其中，采用斜轧延伸技术来生产钢管是常用的、古老的方法之一。德国曼内斯曼兄弟100多年前发明无缝钢管生产工艺技术的核心，即立足于斜轧成形的穿孔机，即曼氏穿孔机。经过一个世纪多的技术进步，由最早的斜轧穿孔机演变出各种现代化的斜轧延伸轧管机，如二辊式的延伸机、狄塞尔轧机、ACCU-ROLL轧机、三辊式的阿塞尔轧机、TRANSVAL轧机等。尽管它们所用的轧辊形状、数目、布置方式、芯棒的形状和运动方式都不相同，但有两点是共同的：第一，变形过程，管件在其中除了前进运动外，还在倾斜布置的轧辊的带动下围绕自己的中心轴线旋转，即做螺旋前进运动，同时实现轧件在各类心棒上完成减径减壁的延伸变形；第二，在这类轧机上都配备有穿孔机，其使命就是将实心坯穿轧成空心的荒管，以备后续的斜轧延伸成形装置将其轧制成为各种管材产品。由于变换规格方便，尺寸精度和表面质量较好，钢管斜轧延伸工艺用以生产规格繁多、表面精度要求较高的机械用管、轴承管、中厚壁结构管的优势始终得到业内人士的公认。采用现有各类斜轧延伸技术生产管材的基本工艺流程是：

管坯下料→加热→热定心→斜轧穿孔→带有长芯棒或短芯棒的钢管斜轧延伸→退出芯棒→再加热→除鳞→定减径→成品热处理→后精整

不难看出，由于斜轧穿孔也是现有钢管斜轧生产工艺不可或缺的技术环节，采用这一工艺生产高端管材，特别是生产工艺塑性差、可变形温度区间窄、变形抗力大的高合金钢管材时，穿孔缺陷和过度的温降将会造成技术上的种种麻烦，从而使上述工艺在生产高合金钢高端钢管品种方面的推广应用受到了限制。

发明内容：

本发明正是为了克服上述现有技术的缺陷，提供了一种采用无须穿孔的斜轧延伸技术生产高合金钢高端管材的新工艺，尤其适用于大口径、中厚壁、高合金钢无缝钢管的生产，其包括以下工艺步骤：

第一步，经炉外精炼的高合金钢钢水通过离心铸造机离心铸造成空心管坯；

第二步，将所述空心管坯的前端外表面加工成带锥度的“咬入头”、后端外表面加工成带锥度的“尾端头”，并对所述空心管坯的内外表面和所述“咬入头”、“尾端头”进行机加工和质量检查；

第三步，对第二步处理后的所述空心管坯进行加热；

第四步，向加热后的所述空心管坯内插入芯棒，并送入斜轧延伸轧管机进行斜轧，制得壁厚、直径和长度符合要求的管件；

第五步，对所述管件脱芯棒、切头、切尾；

第六步，对切头、切尾后的所述管件再经定径、成品热处理、精整，制得合格的成品管材。

其中，第一步所述的离心铸造是在铸型的旋转轴线与水平夹角为0度的卧式离心铸造机上进行的，离心铸造出的空心管坯为等壁厚的两端通透的空心管坯。

在所述第二步中，将所述空心管坯外表面的前端和后端各250mm长度分别加工成带有锥度为1∶(1500-2000)/D的“咬入头”和“尾端头”，D为以毫米为单位的所述管坯的直径，所述的机加工是对所述空心管坯进行内外表面和所述“咬入头”及“尾端头”的切削加工；

进一步，对所述空心管坯内表面的切削厚度不少于5毫米，对所述空心管坯外表面的切削厚度不少于2毫米。

第三步中所述的加热，采用联合加热法，即800℃以下采用炉内燃气加热；800℃以上采用感应加热。

第四步中所述斜轧延伸轧管机为二辊式延伸机、狄塞尔轧机、ACCU-ROLL轧机、三辊式阿塞尔轧机或TRANSVAL轧机。

进一步，所述斜轧延伸轧管机在斜轧过程的总延伸率不低于3。

第五步中所述脱芯棒就是将经所述斜轧延伸轧管机轧出的管件连同所述芯棒一起，送入松棒机进行松棒，再将所述管件连同芯棒运送到抽棒机上，将所述芯棒从所述管件中抽出。

进一步，第五步所述的切头、切尾，就是采用切头机将所述管件前端部分“咬入头”和后端部分“尾端头”切除。

第六步所述的精整包括根据需要对所述管件进行的加工和矫直，以满足不同使用环境下的要求。

采用本发明上述的加工方法，首次将高质量的离心铸造与变形条件比较理想的斜轧延伸技术之间建立起了工艺上的联系，尤其适用于生产大口径、中厚壁、难加工的高合金钢高端无缝钢管，克服了现有技术的固有缺陷，形成了一种节能、优质、经济而有别于传统斜轧延伸制管方法的大口径厚壁高端无缝钢管的短流程生产新工艺。

本发明的上述工艺，相对于现有技术的加工工艺具有以下优点：

(1)本专利方法无须采用斜轧穿孔工艺步骤来制造空心管坯，而是通过离心铸造的方法来获得空心管坯，可以节省多道工序，从而使得本专利的工艺方法流程较短，可明显降低制管车间的设备投资和运行费用以及占地面积，具有节能降耗的优势；

(2)在保持原有工艺变动轧件规格灵活的优点的同时，因采用了高质量的离心铸造管坯和机加工，可以确保更高的尺寸精度和表面质量，从而提高了产成品的质量；

(3)本专利方法还可以在斜轧延伸之前能对空心坯的质量进行检查，合格后方进入下道工序，便于成品质量的控制。而现有的技术不能对斜轧穿孔后在进入下道工序前对工件的质量进行检查，从而造成质量参差不齐的工件均进入后续工序，产品质量难以控制；

(4)本专利方法由于采用组织致密、机械性能更好，气孔、缩孔、夹渣、粗大晶粒等缺陷更少的离心铸造管坯，在变形条件相同的情况下，本专利方法可以获得表面质量和综合性能更为优良的管材；

(5)本专利的管坯经过机加工后，壁厚均匀性和尺寸精度远高于斜轧穿孔的空心坯，有利于提高成品的尺寸精度和产品合格率，降低了后续精整工序的工作量；

(6)本专利方法通过两头管端轧前的“小锥度化”处理，可以在生产径壁比大于10的管材时避免“尾三角”缺陷的出现，并可防止轧制过程中进入轧辊台阶变形区段二次咬入受阻现象的发生，可避免造成轧制过程的中断；

(7)本专利方法，因工艺过程合理，能确保所生产出的高端管材实现“零内折”、“零尾三角”，从而更具质量优势和效率优势。

附图说明；

图1为现有技术的工艺流程框图；

图2为本发明的工艺流程框图；

图3为本发明一实施例的工艺流程框图。

具体实施方式：

如图3所示，为本发明一实施例的工艺流程框图，包括以下工艺步骤：

第一步，经炉外精炼的P22钢水通过离心铸造机离心铸造成Φ341x74.5mm空心管坯。该步骤中，所述炉外精炼钢水与现有技术相同，这里不再赘述；所述离心铸造是在铸型的旋转轴线与水平夹角为0度的卧式离心铸造机上进行，离心铸造出的空心管坯为等壁厚的两端通透的空心管坯。采用离心铸造机可以方便地、高质量地加工出用于后步骤使用的空心管坯，而不需要现有技术对连铸钢锭或圆坯的加热和斜轧穿孔，不但简化了整个加工过程的工艺流程，且可真正实现“零穿孔”，因而也就实现了“零穿孔缺陷”；而且，通过离心铸造并经机加工后获得的管坯，内部晶粒结构更加合理、尺寸精度更高，更有利于后步骤的轧制，可有效保证后面的加工工序和产成品的质量。至于离心铸造机，已经在铸铁管生产领域得到了推广和应用，可以直接用于本专利，对其结构和原理这里不再赘述。

第二步，将所述空心管坯的前、后端各250mm长度的外表面均加工成带有锥度为1∶4.59的“咬入头”和“尾端头”，此时所述“咬入头”和“尾端头”的锥度范围可在1∶1500/D～2000/D之间选取，对于本实施例Φ339mm的管坯来说即可以在1∶4.42～5.90之间选取，本实施例优选为1∶4.59；并对所述空心管坯的内外表面和所述前端的“咬入头”和后端的“尾端头”进行机加工和质量检查。

所述的机加工是对所述空心管坯进行内外表面和所述“咬入头”及“尾端头”的切削加工，对所述空心管坯内表面的切削厚度为5毫米，外表面的切削厚度为2毫米；加工后前、后端分别经过“小锥度化”处理的所述管坯的尺寸为Φ339x67.5x3000mm。该机加工步骤可以清除空心管坯粗糙的内外表层和其它缺陷，保证空心管坯内外表面的光洁度，提高加工后成品的质量；同时经机加工后“小锥度”的前后端，有助于在生产径壁比大于10的管材时避免“尾三角”缺陷的出现，并防止在进入轧辊台阶变形区段出现二次咬入受阻的现象，不致造成轧制过程的中断。

所述质量检查，就是将存在缺陷进行清理后仍不符合要求的空心管坯排除出所述工艺步骤。这样可以保证用于后期加工的空心管坯均为合格的坯料，可大大的节约成本，减少废品率、并提高产成品质量。

第三步，对上述处理后的所述空心管坯进行加热。加热采用联合加热法，即在800℃以下采用炉内燃气加热、800℃以上采用感应加热。

第四步，向加热后的所述空心管坯内插入外径为Φ190mm的芯棒后，导入三辊式阿塞尔斜轧机进行斜轧，轧成尺寸为Φ250x28x9000mm的管件，轧制过程的总延伸率为3。

第五步，对所述管件脱芯棒、切头、切尾。所述脱芯棒就是将周期轧管机轧出的管材连同所述芯棒一起，送入松棒机进行松棒，再将所述管件连同芯棒运送到抽棒机上，将所述芯棒从所述管件中抽出。所述松棒机和所述抽棒机均为现有设备，可从市场上购得，这里不再赘述。

所述切头、切尾，就是采用切头机将所述管件前端部分“咬入头”和后端部分“尾端头”切除。

第六步、对切头、切尾后的所述管件再经定径、成品热处理、精整，制得Φ250x28x8000mm的合格成品管材。所述精整包括根据需要对所述管件进行的加工和矫直，以满足不同使用环境下的要求。

本发明首先创造性地采用离心铸造来制备空心管坯，特别适合于制造口径在250毫米以上、径壁比在13以下的大口径、中厚壁高合金钢高端无缝管材。采用本发明生产100毫米以下管材，则不能充分体现离心铸造管坯的优势；其次，如果将本发明用于高径壁比的薄壁高合金钢管材的生产，则由于易于产生“尾三角”而危及斜轧延伸过程的稳定性。

本发明上述实施例的详细说明及附图，目的是通过文字和图示来进行解释，而不在于限定权利要求的保护范围。在本申请说明书所述具体实施方式上的各种变化，对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，并处于权利要求及其等同技术的保护范围内，任何不脱离本发明权利要求的变更、修改均属于本发明保护的内容。

Claims (10)

1、采用斜轧延伸技术生产高合金钢无缝管材的新工艺，包括以下工艺步骤：

第一步，经炉外精炼的高合金钢钢水通过离心铸造机离心铸造成空心管坯；

第二步，将所述空心管坯的前端外表面加工成带锥度的“咬入头”、后端外表面加工成带锥度的“尾端头”，并对所述空心管坯的内外表面和所述“咬入头”、“尾端头”进行机加工和质量检查；

第三步，对第二步处理后的所述空心管坯进行加热；

第四步，向加热后的所述空心管坯内插入芯棒，并送入斜轧延伸轧管机进行斜轧，制得壁厚、直径和长度符合要求的管件；

第五步，对所述管件脱芯棒、切头、切尾；

第六步，对切头、切尾后的所述管件再经定径、成品热处理、精整，制得合格的成品管材。

2、根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于：第一步所述的离心铸造是在铸型的旋转轴线与水平夹角为0度的卧式离心铸造机上进行的，离心铸造出的空心管坯为等壁厚的两端通透的空心管坯。

3、根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于：在所述第二步中，将所述空心管坯外表面的前端和后端各250mm长度分别加工成带有锥度为1∶(1500-2000)/D的“咬入头”和“尾端头”，D为以毫米为单位的所述管坯的直径，所述的机加工是对所述空心管坯进行内外表面和所述“咬入头”及“尾端头”的切削加工。

4、根据权利要求3所述的新工艺，其特征在于：对所述空心管坯内表面的切削厚度不少于5毫米，对所述空心管坯外表面的切削厚度不少于2毫米。

5、根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于：第三步中所述的加热，采用联合加热法，即在800℃以下采用炉内燃气加热，800℃以上采用感应加热。

6、根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于：第四步中所述斜轧延伸轧管机为二辊式延伸机、狄塞尔轧机、ACCU-ROLL轧机、三辊式阿塞尔轧机或TRANSVAL轧机。

7、根据权利要求6所述的新工艺，其特征在于：所述斜轧延伸轧管机在斜轧过程的总延伸率不低于3。

8、根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于：第五步中所述脱芯棒就是将经所述斜轧延伸轧管机轧出的管件连同所述芯棒一起，送入松棒机进行松棒，再将所述管件连同芯棒运送到抽棒机上，将所述芯棒从所述管件中抽出。

9、根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于：第五步所述的切头、切尾，就是采用切头机将所述管件前端部分“咬入头”和后端部分“尾端头”切除。

10、根据权利要求1所述的新工艺，其特征在于：第六步所述的精整包括根据需要对所述管件进行的加工和矫直，以满足不同使用环境下的要求。

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