CN101633115A - 一种生产高级合金钢无缝钢管的新方法 - Google Patents

Abstract

一种生产高级合金钢无缝钢管的新方法，包括：A.制造合金钢空心管坯；B.向所述空心管坯中插入普通碳素钢芯材，使所述空心管坯变成带有碳素钢芯材的复合坯；C.对所述复合坯进行压力加工，直至尺寸符合设定的要求；D.掏空压力加工后的所述复合坯，将压力加工后的所述复合坯内的普通碳素钢芯材整体掏去，并加工成符合要求的管件；E.对所述管件进行热处理，切头、切尾，精整，制得成品管材。本发明方法因在荒管中加入了普通碳素钢芯材，为采用离心铸坯及其它空心坯进行更加合理而简约的锻轧变形提供了新的机会，可大大节约贵重合金金属、提高了成品的收得率，降低了材料成本，提高了产品质量；缩短了加工工艺流程、降低了设备吨位要求，从而可以节能降耗、提高生产效率、降低加工和运营成本；又因将管材的压力加工转换为“棒材”的压力加工，从而可以降低工艺和质量控制的技术难度。

Description

一种生产高级合金钢无缝钢管的新方法

技术领域

本发明涉及无缝钢管的制造技术，尤其涉及中大口径、中厚壁、难加工的高级合金钢高端无缝管材的制造技术。

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，又可以将钢划分成不同的类别。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。

总体上讲钢具有较好的加工性能，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。高合金钢产品的加工难度，不但导致耗材、耗时、高成本、所用装备吨位高，而且产成品质量难以得到保证。采用现有传统工艺生产无缝管材尤其是生产高合金钢无缝管材，由于必须经过成孔工序，因此技术难度和技术风险明显增大，从而一直成为困扰无缝钢管制造业的难题之一。

在现有技术中，对于中大口径(外径在Φ250mm以上)高端合金钢管材的加工，基本都是将实心坯料事先加工成空心荒管(一般为实心坯穿成荒管，或者是实心锭锻造后再通过冲孔、扩孔生产荒管)后，再插入芯棒，然后进行锻造、或挤压、轧制、顶管等压力加工成形，最后再抽出芯棒，经精整等工序制造出成品，不但耗时、耗材、成本高，而且需要配备各类大型设备，工艺和质量均难以控制：

首先，要将实心锭坯加工成空心荒管，如果是经过穿(或冲)孔制成荒管，不仅须要在作业线上安装功率很大的专用设备，更为重要的是，穿(冲)孔过程是一个极易诱发各类表层缺陷的过程。缺陷一旦产生，在后续的加工过程不仅不能根除，相反会继续扩大，从而有可能对成品的质量和收得率造成严重不良影响；

其次，不少用以生产高端管材的高合金钢和合金，热变形相当困难，穿(冲)孔就更加不易。这一点往往成为高合金钢和合金高端管材生产的拦路虎。国内外还常常采用将实心件加工成空心管件来生产高端管材，核电上采用的不少管状部件，就是采用这种方法制造出来的。这种方法，因合金钢难以机加工，不但对机加工设备要求很高，而且生产效率极低，且严重浪费贵重的合金钢金属；

此外，采用带芯棒进行管件的压力加工，由于受到加工设备、工模具的制造与运送、变形温度控制等因素的限制，加工道次多、辅助工序复杂、加之质量难以控制，导致中大口径高端管材加工难度剧增。

发明内容

为了解决现有工艺的上述技术难题，本发明提供了一种全新的中大口径高级合金钢无缝钢管的制造方法，包括：

A、制备管坯：制备合金钢空心管坯；

B、插入芯材：向所述空心管坯中插入碳素钢芯材，使所述空心管坯变成带有碳素钢芯材的复合坯；

C、压力加工：对所述复合管坯进行压力加工，直至其尺寸符合设定的要求；

D、掏空芯材：将压力加工后的所述复合坯内部的碳素钢芯材掏去，并加工成符合要求的管件；

E、制得成品：对所述管件进行成品热处理，切头切尾，精整，制得成品管材。

进一步，所述空心管坯是通过离心铸造制得，或者是实心坯通过冲孔或穿孔、扩孔制得。

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。

所述压力加工为锻造加工，或者为挤压加工，或者为轧制加工，或者为顶管加工。

所述掏空芯材为采用机加工的方法整体掏去所述碳素钢芯材。

所述精整包括根据需要对所述管件进行的机加工和矫直。

本发明上述技术方案给出了一种全新的制造中大口径高级合金钢无缝钢管的新方法，因向空心管坯中加入了碳素钢软芯材(相对于合金钢来说的)，其实质上就是把管件的加工成形转化成了实心“棒材”的加工成形，从而可采用设备、工艺和技术上相对更简约、更成熟的棒材加工技术来生产管材，相对于现有的各种中大口径高级合金钢无缝管的加工方法，其优点突出体现在以下几个方面：

1、因加入的芯材为普通碳素钢，可以大大减少贵重金属的使用量、提高成品的收得率，大大降低材料成本；

2、缩短了加工工艺、减少了加热次数、降低了成形设备要求，从而可以节能降耗、省工时、降低加工和运营成本；

3、因将管材的压力加工转换为棒材的压力加工，从而可以降低工艺和质量控制的技术难度，更能确保成品管材的产品质量；

4、因机加工掏去的为易于机加工的碳素钢芯材，从而降低了机加工设备的要求，并提高了生产效率；

5、此外，采用离心铸造获得管坯，因不需要大吨位的穿(冲)孔设备，不仅可大大减少工模具和设备的吨位，还能简约工序。

附图说明

图1示出了现有技术工艺步骤的流程框图；

图2示出了本发明加工方法工艺步骤的流程框图；

图3a示出了本发明一实施例工艺步骤的流程框图；

图3b示出了本发明另一实施例工艺步骤的流程框图；

图3c示出了本发明又一实施例工艺步骤的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

图3a示出了本发明一实施例的工艺步骤流程框图，例如用以制造Φ489×55×6000mm难加工的Cr-Ni铁素体-奥氏体超低碳双相不锈钢无缝钢管，具体步骤包括：

A、制备空心管坯：该步骤以3a表示，具体来说就是对尺寸为Φ720×1600mm的连铸钢锭或者去除冒口后的圆形模铸锭进行加热，然后经镦粗后进行冲孔、扩孔制得尺寸为Φ1300×175×1000mm的空心管坯。

B、插入芯材步骤：插入尺寸为Φ950×1800mm的普通碳素钢芯材(该芯材带有长度为800mm的钳口)，制成内部为普通碳素钢芯材、外部为Cr-Ni铁素体-奥氏体超低碳双相不锈钢的复合坯。

C、压力加工步骤：在径向快锻机上对上述复合坯进行锻造、拔长，至锻件的尺寸为Φ915×2000mm，此步骤的锻压比设定为2。为确保最终产品具有均匀的纵横向性能，将上述尺寸为Φ915×2000mm的复合锻件再次进行镦粗，镦粗比设定为1.8，镦粗后锻件的尺寸为Φ1220×1120mm。然后再在径向快锻机上将上述Φ1220×1120mm的复合锻件拔长至Φ495×6400mm。

D、掏空芯材步骤：通过机加工将上述Φ495×6400mm复合锻件的内部普通碳素钢芯材整体掏去，直至尺寸为Φ489×55×6400mm的管件。

E、制得成品步骤：对所述Φ489×55×6400mm的管件再经固溶热处理，然后切头、切尾、精整，最后制成Φ489×55×6000mm的合格成品管材。

本实施例对难加工的Cr-Ni铁素体-奥氏体超低碳双相不锈钢无缝钢管的加工，经测算，相对于传统工艺，成品收得率可提高10％以上，产品质量优良。

图3b示出了本发明实另一施例的工艺步骤流程框图，仍然用以制造Φ489×55×6000mm难加工的Cr-Ni铁素体-奥氏体超低碳双相不锈钢无缝钢管，具体步骤包括：

A、制备空心管坯：该步骤以3b表示，具体来说就是对通过离心铸造机，将Cr-Ni铁素体-奥氏体超低碳双相不锈钢钢水离心铸造成两端通透的荒管，然后对其进行内外表面机加工和质量检查，制得尺寸为Φ1300×175×1000mm的空心管坯。

B、插入芯材步骤：插入尺寸为Φ950×1800mm的普通碳素钢芯材(该芯材带有长度为800mm的钳口)，制成内部为普通碳素钢芯材、外部为Cr-Ni铁素体-奥氏体超低碳双相不锈钢的复合坯。

C、压力加工步骤：在径向快锻机上对上述复合坯进行锻造、拔长，至锻件的尺寸为Φ915×2000mm，此步骤的锻压比设定为2。为确保最终产品具有均匀的纵横向性能，将上述尺寸为Φ915×2000mm的复合锻件再次进行镦粗，镦粗比设定为1.8，镦粗后锻件的尺寸为Φ1220×1120mm。然后再在径向快锻机上将上述Φ1220×1120mm的复合锻件拔长至Φ495×6400mm。

D、掏空芯材步骤：通过机加工将上述Φ495×6400mm复合锻件的内部普通碳素钢芯材整体掏去，直至尺寸为Φ489×55×6400mm的管件。

E、制得成品步骤：对所述Φ489×55×6400mm的管件再经固溶热处理，然后切头、切尾、精整，最后制成Φ489×55×6000mm的合格成品管材。

本实施例对难加工的Cr-Ni铁素体-奥氏体超低碳双相不锈钢无缝钢管的加工，经测算，成品收得率为80％以上，产品质量较前一实施例更为优良。

图3c示出了本发明又一实施例工艺步骤的流程框图，还是用以制造Φ489×55×6000mm难加工的Cr-Ni铁素体-奥氏体超低碳双相不锈钢无缝钢管，具体步骤包括：

A、制备空心管坯：该步骤以3c表示，具体来说就是对通过离心铸造机，将Cr-Ni铁素体-奥氏体超低碳双相不锈钢钢水离心铸造成两端通透的荒管，然后对其进行内外表面机加工和质量检查，制得尺寸为Φ1300×175×1000mm的空心管坯。

B、插入芯材步骤：插入尺寸为Φ950×1800mm的普通碳素钢芯材，制成内部为普通碳素钢芯材、外部为Cr-Ni铁素体-奥氏体超低碳双相不锈钢的复合坯。

C、压力加工步骤：将上述复合坯导入挤压机上进行棒材挤压变形，制得工件的尺寸为Φ495×6400mm，此步骤的变形率设定为3.5。

D、掏空芯材步骤：通过机加工将上述Φ495×6400mm复合锻件的内部普通碳素钢芯材整体掏去，直至尺寸为Φ489×55×6400mm的管件。

E、制得成品步骤：对所述Φ489×55×6400mm的管件再经固溶热处理，然后切头、切尾、精整，最后制成Φ489×55×6000mm的合格成品管材。

本实施例对难加工的Cr-Ni铁素体-奥氏体超低碳双相不锈钢无缝钢管的加工，经测算，成品收得率为85％以上、产品质量也为优良。

根据本发明的上述实施例：

1、大大减少了贵重的Cr-Ni铁素体-奥氏体超低碳双相不锈钢的使用量，所用坯料吨位大大降低；与传统的实心锭锻造后掏空工艺相比，本发明所用不锈钢的收得率从原有的约36％提高到了70％以上；与传统的实心锭锻造再通过冲孔、扩孔生产管件的工艺相比，本发明所用不锈钢的收得率可提高10％以上。

2、与采用传统实心锭锻造后掏空工艺相比，本发明机加工掏空的是易于加工的普碳钢内芯，加工效率成倍提高，加工成本大幅下降。

3、与采用传统实心锭锻造后再通过冲孔、扩孔并带大尺寸芯棒生产管件的工艺相比，本发明不需要芯棒，且所需的工模具以及辅助设备数量大大减少，设备的投资减小、维护和运行费用降低。

4、相对于现有加工工艺技术，本发明为难变形高级合金钢和合金无缝钢管材的制造开创了新的制备方法，是一种近终型变形、更能确保工件达到高品位质量要求的工艺方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种生产高级合金钢无缝钢管的新方法，包括以下步骤：

A、制备管坯：制备合金钢空心管坯；

B、插入芯材：向所述空心管坯中插入碳素钢芯材，使所述空心管坯变成带有碳素钢芯材的复合坯；

C、压力加工：对所述复合坯进行压力加工，直至其尺寸符合设定的要求；

D、掏空芯材：将压力加工后的所述复合坯内部的碳素钢芯材掏去，并加工成符合要求的管件；

E、制得成品：对所述管件进行成品热处理，切头切尾，精整，制得成品管材。

2、根据权利要求1所述的新方法，其特征在于：所述空心管坯是通过离心铸造制得，或者是实心坯通过冲孔或穿孔、扩孔制得。

3、根据权利要求2所述的新方法，其特征在于：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。

4、根据权利要求1所述的新方法，其特征在于：所述压力加工为锻造加工，或者为挤压加工，或者为轧制加工，或者为顶管加工。

5、根据权利要求1至4任一所述的新方法，其特征在于：所述的掏空芯材为采用机加工的方法整体掏去所述碳素钢芯材。

6、根据权利要求1所述的新方法，其特征在于：所述精整包括根据需要对所述管件进行的机加工和矫直。

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