CN102116409B - 一种高强度钢半弦管的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度钢半弦管的成型方法，包括：切割步骤，用于将高强度钢板切割成适宽方形钢板坯；加热压制步骤，用于将所述方形钢板坯加热至AC3以上30-50℃后进行保温，再将所述方形钢板坯通过相应模具压制成半弦管；淬火步骤，用于将所述半弦管平行横向放置到加热炉内并加热至AC3以上30-50℃后进行保温，再将所述半弦管平放以大于临界冷却速度淬火冷却；高温回火步骤，用于将经过淬火后的半弦管加热至550-650℃以上并保温，再进行冷却至室温步骤。通过本发明方法制得的半弦管较长，且各部分性能均匀，还可同时制作多根半弦管。
Description
技术领域
本发明涉及一种半弦管成型方法，具体的说，是涉及高强度钢半弦管成型方法，适用于海洋工程自升式钻井平台桩腿建造领域。
背景技术
目前，国内大多采用半管成型轧制机来解决钢带一次成型问题，如，公开日为2009年3月8日公布的、发明名称为“一种半管成型轧制机”的中国发明专利申请公开的轧制机，其主要用来轧制刚度小、挠性好的半管，但却不适于用来成型高强度钢的半弦管。
现有的用于海洋工程自升式钻井平台桩腿建造的半弦管，是使用钢材为机械性能优异的特种高屈服强度合金钢板制作而成的。其成型方法有以下两种：
1.冷成型。其优点是对模具性能要求较低，不需考虑耐热性，也不需进行热处理，对工艺要求较低，操作简单，生产效率高，比较安全。其缺点一是成型所需压力大，必须使用大功率的压力机；缺点二是压制的半弦管较短，增加了后续的焊接工作量，同时也带来了更多不稳定和不确定因素；缺点三是冷压的应力得不到释放，在焊接时极易产生裂纹。因此，也会相应地增加桩腿的建造成本和时间。
2.热压成型。其解决了冷成型的部分缺点，但是压制的长度仍然较短，另外采用竖直入水的方式淬火，每次只能调质一根半弦管，且由于入水时间不一致导致半弦管各部分性能并不均匀。
除以上两种成型工艺方法，还有部分厂家将无缝钢管切割为两半圆，用以制作半弦管，该种方法虽然减少了中间步骤，但同时带来了制作成本的激增。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度钢半弦管的热压和热处理的成型工艺，以解决冷压工艺需要大型压力机，而压制的半弦管却较短，以及应力无法释放，焊接时容易产生裂纹等缺陷，从而有效减少返修的时间和费用。
本发明的又一目的是解决热压成型半弦管各部分性能不均匀的问题。
为了实现上述目的，本发明的高强度钢半弦管用于海洋工程自升式钻井平台桩腿建造，且采用的高强度钢为屈服强度在690Mpa以上的调质合金钢，成型方法包括：
切割步骤，用于将高强度钢板切割成适宽方形钢板坯；
加热压制步骤，用于将所述方形钢板坯加热至AC3以上30-50℃后进行保温，再将所述方形钢板坯通过相应模具压制成半弦管；
淬火步骤，用于将所述半弦管平行横向放置到加热炉内并加热至AC3以上30-50℃后进行保温，再将所述半弦管平放快速淬火冷却；
高温回火步骤，用于将经过淬火后的半弦管加热至550-650℃以上并保温，再进行冷却至室温步骤；
其中，在所述切割步骤之前，还包括依照船级社规范对钢板进行来料检验和钢印转移，并做好相应记录的步骤。
上述的高强度钢半弦管的成型方法，其中，在所述高温回火步骤之后，还包括进行机械性能测定步骤，若性能测定不合格，则重复淬火步骤和高温回火步骤。
上述的高强度钢半弦管的成型方法，其中，在所述机械性能测定步骤之后，还包括进行整形和/或坡口加工的步骤。
上述的高强度钢半弦管的成型方法，其中，还包括在淬火步骤中待半弦管淬火冷却至室温后，进行自然风干的步骤。
上述的高强度钢半弦管的成型方法，其中，在所述加热压制步骤中，所述保温时间为40～80min。
上述的高强度钢半弦管的成型方法，其中，在所述加热压制步骤中，所述方形钢板坯压制成半弦管后，还需保压20～60s。
上述的高强度钢半弦管的成型方法，其中，在淬火步骤中，将多根所述半弦管同时平行横向放置加热炉内，且同时取出以大于临界冷却速度平放入循环水槽内进行淬火。
上述的高强度钢半弦管的成型方法，其中，用于压制的加热温度为900℃以上。
上述的高强度钢半弦管的成型方法，其中，用于淬火的加热温度为900℃以上。
上述的高强度钢半弦管的成型方法，其中，用于高温回火的加热温度为600℃以上。
上述的高强度钢半弦管的成型方法，其中，在所述加热压制步骤、淬火步骤和/或高温回火步骤中，还包括记录板号、加热时间和温度的步骤。
本发明的有益效果在于：一方面将之前制作半弦管时常用的冷压工艺改为热压工艺，并进行热处理和整形，使成型后的半弦管机械性能和尺寸精度达到使用要求，解决了冷压工艺需要大型压力机，而压制的半弦管却较短，以及应力无法释放，焊接时容易产生裂纹等缺陷，从而可以有效减少返修的时间和费用。另一方面，采用热压方式使压制的半弦管长度从约3—4米提高到约7米，同时淬火时将半弦管采用平行横向放置方式以大于临界冷却速度淬火冷却，使得半弦管各部分性能均匀可靠，并且同时可以制作多根半弦管。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为高强度钢半弦管结构的示意图；
图2为本发明高强度钢半弦管的制作流程图；
图3为本发明高强度钢半弦管的制造设备结构框图；
图4为本发明一实施例的高强度钢半弦管的详细制作流程图。
其中，附图标记
1000—半弦管
1—切割机
2—加热炉
3—压力机
4—热处理装置
41—第二加热炉
42—循环水槽
10—切割存放区
20—加热炉区
30—压力机区
40—冷却区
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
如图1所示，本发明涉及的半弦管1000为高强度钢半弦管，主要用于海洋工程自升式钻井平台桩腿建造，需要说明的是，本发明所说的高强度钢指的是屈服强度在690Mpa以上的调质合金钢。但对于屈服强度低于690Mpa的调质合金钢，采用本发明方法进行半弦管加工，若仅仅是加热温度及保温、保压时间改变，也应当属于本发明的保护范围。
如图2所示，本发明的高强度钢半弦管的成型方法，主要包括：
一、切割步骤S100（即，将高强度钢板切割成方形钢板坯步骤）：当然，在该步骤S100之前还包括进行钢板来料检验和钢印转移记录的步骤，也就是说，在切割钢板之前需依照船级社规范对钢板进行来料检验和钢印转移，并做好相应记录，其中，来料检验可以采用电子扫描方式。另外，步骤S100中常采用火焰切割方式将高强度钢板切割成方形钢板坯，该方形钢板坯的宽度需综合考虑设计要求、压力机和模具的各项参数后决定，以使钢板既可顺利进出模具，又不致因在模具内移动而造成压制时的扭曲变形。
二、加热压制步骤S200（即，将上述钢板坯加热至AC3以上30-50℃后，进行将钢板坯压制成半弦管的步骤）：该步骤S200具体为：将切好的钢板坯放入加热炉中，设定温度加热至AC3以上30-50℃以上，并保温一段时间（其中温度和保温时间的选择与加热炉、外界环境状况、板材材质及厚度等因素有关，该步骤需结合计算机记录板号、时间、温度等相关数据，以便追踪和对机械性能实验数据进行分析。后叙的所有加温过程均需如此）；然后将红热状态的钢板坯依次通过送料小车移入压力机，使用压力机和特制的耐高温半弦管模具，将钢板坯压制成半弦管并保压一定时间后取出。此过程必须在较短时间内完成，否则温度较低的钢板在压制后极易卡死在胎模上而无法取下。
三、淬火步骤S300（即，将上述至少两根半弦管采用平行横向放置的方式进行淬火步骤）：热压后的半弦管需进行淬火、高温回火处理，方可得到机械性能达到标准和使用要求的半弦管，这是半弦管淬火、高温回火处理的目的。根据半弦管的厚度，用加热炉配套的叉车将至少两根半弦管平行横向放入加热炉中。设定温度加热至AC3以上30-50℃以上，并保温一段时间。然后，用叉车将此至少两根半弦管同时从加热炉中取出，之后以大于临界冷却速度移入循环水箱中淬火冷却。在该步骤后还包括一自然风干步骤：待半弦管淬火冷却至100℃以下时，从水箱中取出自然风干。
四、高温回火步骤S400（即，将上述至少两根半弦管采用平行横向放置的方式进行回火调质的步骤）：将上述干燥的半弦管再次放入加热炉中进行回火处理，设定温度加热至550-650℃，并保温一段时间，然后取出自然冷却至室温。
五、取样及机械性能测定步骤S500：在半弦管一端取试样，测定其机械性能，包括拉伸强度、屈服强度、低温冲击功和延伸率等值。如全部通过，则可进入下一道步骤；如未通过，则需进行二次调质，重复以上淬火步骤和高温回火步骤后重新取样实验，直至各项指标全部合格。
六、整形和坡口加工步骤S600：对在淬火过程中发生形变的半弦管，为了保证半弦管的尺寸精度，在取样及机械性能测定步骤S500对机械性能测定合格的半弦管有必要进行整形和/或坡口加工。
对应的，如图3所示，实现上述高强度钢半弦管成型工艺的制造设备，包括用于切割高强度钢板成方形钢板坯的切割机1、用于均热所述方形钢板坯的加热炉2、用于将均热了的方形钢板坯压制成半弦管的压力机3、和进行淬火和回火的热处理装置4，该切割机1、加热炉2、压力机3和热处理装置4依次连续地配置构成一条生产线，此处的热处理装置4包括用于对压制成的半弦管进行加热、保温的第二加热炉41和以及进行淬火冷却用的循环水箱42，同时结合参阅图4，切割机1设置在生产线的切割存放区10，加热炉2和第二加热炉41设置在生产线的加热炉区20，压力机3设置在生产线的压力机区30，循环水箱42设置在生产线的冷却区40。当然，切割存放区10还可设置有取样设备、机械性能测定装置及坡口加工装置。另外，针对此生产线，还可在切割机1与加热炉2之间、加热炉2和压力机3之间、压力机3和热处理装置4配置送料小车。
参阅图4，为本发明一实施例的高强度钢半弦管的详细制作流程图，并结合参阅图3。利用上述的制造设备加工高强度钢半弦管的详细步骤为：
S100：在切割存放区利用切割机将钢板切割成钢板坯，此处的切割方式较佳地为火焰切割方式，在切割钢板之前，可采用电子扫描方式对来料进行检验，并结合计算机做好钢印转移记录；
S201：将切好的钢板（即，钢板坯）利用送料小车放入加热炉区20的加热炉2内；
S202：将钢板坯加热至AC3以上30-50℃以上并保温40～80min，较佳地，该处的加热温度为900℃以上，保温时间为60min；
S203：利用送料小车将上述钢板坯依次移至压力机3，通过压力机并结合半弦管对应的模具将钢板坯压制成半弦管，并保压20～60s，较佳地，该保压时间为30s；
S301：从压力机中取出压制成的半弦管，放置在切割存放区的架子上；
S302：将上述的3～4根半弦管平行横向放置入加热炉区20的第二加热炉41内；
S303：加热至AC3以上30-50℃以上并保温40～80min，较佳地，该处的加热温度为900℃以上，保温时间为60min；
S304：将上述S303步骤制得的半弦管平行横向以大于临界冷却速度浸入循环水槽42进行冷却；
S305：取出冷却后（冷却至室温）的半弦管，放置在切割存放区10的架子上，进行自然晾干；
S401：将3～4根上述干燥的半弦管再次平行横向放置入加热炉区的第二加热炉；
S402：加热至550-650℃以上并保温80～160min，较佳地，该处的加热温度为600℃以上，保温时间为120min；
S403：将S402步骤处理后的半弦管放置在切割存放区10的架子上，冷却至室温；
S500：对冷却至室温的半弦管取样，进行机械性能测定，包括拉伸强度、屈服强度、低温冲击功和延伸率的测定，测定合格的半弦管将进入步骤S601，测定不合格的半弦管将进入步骤S302，重复以上淬火、高温回火过程后重新取样实验，直至各项指标全部合格。
S601：对测定合格的半弦管在切割存放区进行切割，以去除荒料；
S602：对去除荒料的半弦管在压力机区30采用压力机3对其进行整形；
S603：对整形后的半弦管在切割存放区进行坡口加工；
S604：对坡口加工完的半弦管进行尺寸报验，合格的半弦管进入步骤S605，不合格的半弦管进入步骤S602，重复以上整形、坡口加工过程后重新尺寸报验，直至尺寸合格。
S605：半弦管放置在切割存放区备用。
从上面的描述可以看出，本发明采用加热压制的方式，解决了现有技术采用冷压工艺需要大型压力机，而压制的半弦管却较短，以及应力无法释放，焊接时容易产生裂纹等缺陷，从而有效减少了返修的时间和费用。并且，采用热压方式还可使压制的半弦管长度从约3—4米提高到约7米，同时淬火及高温回火时将半弦管采用平行横向放置方式，使得半弦管各部分性能均匀可靠，不仅如此，还可同时制作多根半弦管。
当然，本发明还可有其它多种实施例，如淬火介质的改变，高强度钢屈服强度的不同等，其可能所需的加热温度及保温、保压时间会有所不同，但在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (11)
1.一种高强度钢半弦管的成型方法，所述高强度钢半弦管用于海洋工程自升式钻井平台桩腿建造，且采用的高强度钢为屈服强度在690Mpa以上的调质合金钢，其特征在于，通过一生产线实现，所述生产线包括切割存放区、加热炉区、压力机区和冷却区，所述成型方法包括：
切割步骤，用于在所述切割存放区利用切割机将高强度钢板切割成适宽方形钢板坯；
加热压制步骤，用于在所述加热炉区通过一加热炉将所述方形钢板坯加热至AC3以上30-50℃后进行保温，再将所述方形钢板坯在所述压力机区通过相应模具压制成半弦管；
淬火步骤，用于在所述加热炉区通过一第二加热炉将所述半弦管平行横向放置到第二加热炉内并加热至AC3以上30-50℃后进行保温，再在所述冷却区将所述半弦管平放以大于临界冷却速度淬火冷却；
高温回火步骤，用于在所述加热炉区通过所述第二加热炉将经过淬火后的半弦管加热至550-650℃以上并保温，再在所述切割存放区进行冷却至室温步骤；
其中，在所述切割步骤之前，还包括依照船级社规范对钢板进行来料检验和钢印转移，并做好相应记录的步骤。
2.根据权利1所述的高强度钢半弦管的成型方法，其特征在于，在所述高温回火步骤之后，还包括进行机械性能测定步骤，若性能测定不合格，则重复淬火步骤和高温回火步骤。
3.根据权利2所述的高强度钢半弦管的成型方法，其特征在于，在所述机械性能测定步骤之后，还包括进行整形和/或坡口加工的步骤。
4.根据权利1、2或3所述的高强度钢半弦管的成型方法，其特征在于，还包括在淬火步骤中待半弦管淬火冷却至室温后，进行自然风干的步骤。
5.根据权利1、2或3所述的高强度钢半弦管的成型方法，其特征在于，在所述加热压制步骤中，所述保温时间为40～80min。
6.根据权利1、2或3所述的高强度钢半弦管的成型方法，其特征在于，在所述加热压制步骤中，所述方形钢板坯压制成半弦管后，还需保压20～60s。
7.根据权利1、2或3所述的高强度钢半弦管的成型方法，其特征在于，在淬火步骤中，将多根所述半弦管同时平行横向放置加热炉内，且同时取出以大于临界冷却速度平放入循环水槽内进行淬火。
8.根据权利1、2或3所述的高强度钢半弦管的成型方法，其特征在于，用于压制的加热温度为900℃以上。
9.根据权利1、2或3所述的高强度钢半弦管的成型方法，其特征在于，用于淬火的加热温度为900℃以上。
10.根据权利1、2或3所述的高强度钢半弦管的成型方法，其特征在于，用于高温回火的加热温度为600℃以上。
11.根据权利1、2或3所述的高强度钢半弦管的成型方法，其特征在于，在所述加热压制步骤、淬火步骤和/或高温回火步骤中，还包括记录板号、加热时间和温度的步骤。
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