CN102329939A - 空心芯棒在线热处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空心芯棒在线热处理工艺方法，该方法采用步进梁式炉进行加热，采取水冷淬火，该工艺方法包括以下步骤：高温步进梁式炉入口装料；高温步进梁式炉步进梁传动；高温步进梁式炉加热；高温步进梁式炉出口出料；淬火；低温步进梁式炉回火；性能测试。本发明的有益效果是采用步进梁式炉加热工艺，解决了传统的台车式电炉或者煤气炉对于空心芯棒在台车上相对位置固定，加热温度存在差异造成空心芯棒四个象限性能不均匀的问题。本发明具有提高芯棒使用寿命，提升生产效率，生产节奏连贯，产量高，易于工业化，适用于芯棒加工或者使用企业的连续生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种空心芯棒制造，尤其是空心芯棒在线热处理的方法。
背景技术
芯棒是连轧管机组最重要的变形工具之一，无缝钢管轧制过程中芯棒的服役条件十分恶劣，其表面承受着压应力、摩擦力和冷热交变应力等。芯棒的被破坏形式主要有表面热疲劳龟裂、机械划伤、剥落掉块、镀铬层损坏等。芯棒质量的好坏，关系到轧制过程能否顺利进行，所轧钢管质量能否满足标准要求，以及钢管制造成本的高低。
由于制造限动芯棒技术性强、难度大，在国际上只有法国、意大利、德国少数几个国家的企业能够生产，多年来，国内生产大口径无缝钢管的企业主要从国外进口芯棒，2007年我国芯棒进口量约为9000吨。进口芯棒不仅价格十分昂贵，且交货期不能控制，对生产造成一定影响。据资料报道，2008年我国无缝钢管产量已达2018万t。据不完全统计，我国已投产和即将投产的连轧管机组共有26套，连轧管机组年产能在1000万t以上，按照连轧管机组平均消耗芯棒1.0kg/t管计算，年消耗芯棒近1万t。由此可见，连轧管机芯棒国产化工作十分必要。
另一方面，随着钢管业竞争的日益加剧，降低生产成本、提高生产效益成为人们关注的焦点，而影响钢管生产成本的重要因素之一是芯棒的成本。那么提高芯棒的使用寿命，同时降低制造芯棒材料使用量是提高芯棒经济效益的重要途径。同样的材料采用不同的处理方式，提高芯棒的质量，从而提升芯棒使用寿命，这对钢管企业生产成本的下降至关重要。高性能的空心芯棒恰恰能满足这些要求。空心芯棒能降低芯棒重量30％以上，芯棒材料成本降低65％以上。空心芯棒的开发不仅降低芯棒总的制造成本，而且因为芯棒重量的降低从而降低连轧管机的负载，减少轧机的维修频率，提高生产效率。
传统的台车式电炉或者煤气炉对空心芯棒进行热处理加热存在三个问题：a.加热空心芯棒时，空心芯棒在台车上相对位置固定，如果是大尺寸空心芯棒加热，靠近炉顶和台车表面的两个部位由于加热温度存在差异，很容易造成空心芯棒四个象限性能不一；b.空心芯棒是随着台车一起进入炉内，由于靠近炉门端和远离炉门端两个温区存在温差，那么也会造成空心芯棒两端的性能存在差异，这个直接影响到空心芯棒的使用寿命。c.装料及出料节奏慢，产量较低。图1为传统的空心芯棒在台车式电炉里的加热的示意图。
综上，对加热炉进行在线热处理的工艺亟待改进。采用步进式加热炉进行在线热处理的工艺，能够使得空心芯棒不同部位的性能相对稳定，从而提升空心芯棒的使用寿命，而此方法未见报道。
发明内容
为解决上述技术中存在问题，本发明的目的在于提供一种空心芯棒在线热处理的方法，使得空心芯棒各个部位材料的性能统一，从而提升其使用寿命，并使得生产节奏更加连贯。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种空心芯棒在线热处理的方法，该方法是在高温步进梁式加热炉和在低温步进梁式加热炉进行的，该方法包括有以下步骤：
(1)入口装料：将需热处理的空心芯棒移动至高温步进梁式加热炉前的上料台架，通过炉内辊道从入炉口送至炉内；
(2)步进梁传动：高温步进梁式加热炉内的步进梁上升后将所述空心芯棒托起，向前平移后步进梁下降，空心芯棒靠重力沿着炉内固定梁弧面滚到固定梁下一个齿根上，空心芯棒在滚落到下一个固定梁齿根上的过程中空心芯棒自身滚动15°角；
(3)加热：空心芯棒在高温步进梁式加热炉内的二个温度区段加热，升温区段温度为850℃～960℃、保温区段温度为900℃～960℃；
(4)出口出料：空心芯棒在保温区段加热达到900℃～960℃，保温时间为1h～2h，然后由高温步进梁式加热炉内出炉辊道传送至出炉口；
(5)淬火：空心芯棒出高温步进梁式加热炉后，在炉旁的水冷装置进行淬火，淬火时间为200s，淬火介质为水；
(6)低温步进梁式加热炉回火：在低温步进梁式加热炉内，经步骤(5)淬火后的空心芯棒加热升温温度为500℃～600℃、保温温度为600℃～640℃，保温时间为1h～2h，空心芯棒出炉后进行空冷；
(7)性能测试：对空冷后的空心芯棒取样进行力学性能测试。
本发明的有益效果是采用步进式热处理加热炉对空心芯棒进行加热，解决了传统的台车式电炉或者煤气炉对于空心芯棒在台车上相对位置固定，加热温度存在差异造成空心芯棒四个象限性能不均匀的问题。由于空心芯棒在步进梁式炉中上一个节拍和在下一个节拍时，其相对于炉子的位置会有变化，而且其自身也会有一定角度的转动，这样能保证空心芯棒各段面四个象限的性能比较稳定；由于空心芯棒在炉内放置的位置是其纵向垂直于前进方向，由于空心芯棒两端能同时处于一个温区内，那么两端的性能也能保证相对稳定。
采用步进式加热炉在线热处理也能极大提升生产效率，使得生产更加连贯。采用生产设备进行生产工具的制造，大大节约采购成本。采用步进式加热炉进行在线热处理工艺，能使得空心芯棒的各个部位性能稳定，大大提升其使用寿命。在线热处理使得生产节奏更加连贯，提高生产效率，且产量高，易于工业化，适用于芯棒加工或者使用企业的连续生产。
附图说明
图1为传统的空心芯棒在台车式电炉里的加热的示意图，图中K为炉门端，a为空心芯棒，b为台架；
图2为本发明的空心芯棒在步进式加热炉里加热的示意图；H为入炉口，G为出炉口，F为升温区段，E为保温区段，a为空心芯棒；
图3为本发明的步进式加热炉步进梁和固定梁外形图，图中Q1，Q2分别为步进梁高位和低位，R为固定梁，a为空心芯棒；
图4为本发明的空心芯棒采用步进式加热炉的热处理工艺的温度与时间关系曲线；
图5为本发明的空心芯棒截面的硬度测试点示意图；A、B、C、D分别为空心芯棒同截面四个象限。
具体实施方式
结合以下具体实施例，对本发明的空心芯棒在线热处理的方法作详细说明。
本发明的空心芯棒在线热处理的方法是在高温步进梁式加热炉和在低温步进梁式加热炉进行的，该方法包括有以下步骤：
(1)入口装料：将需热处理的空心芯棒移动至高温步进梁式加热炉前的上料台架，通过炉内辊道从入炉口送至炉内。
(2)步进梁传动：高温步进梁式加热炉内的步进梁上升后将所述空心芯棒托起，向前平移后步进梁下降，空心芯棒靠重力沿着炉内固定梁弧面滚到固定梁下一个齿根上，空心芯棒在滚落到下一个固定梁齿根上的过程中空心芯棒自身滚动15°角。
(3)加热：空心芯棒在高温步进梁式加热炉内的二个温度区段加热，升温区段温度为850℃～960℃、保温区段温度为900℃～960℃。
(4)出口出料：空心芯棒在保温区段加热达到900℃～960℃，保温时间为1h～2h，然后由高温步进梁式加热炉内出炉辊道传送至出炉口。
(5)淬火：空心芯棒出高温步进梁式加热炉后，在炉旁的水冷装置进行淬火，淬火时间为200s，淬火介质为水。
(6)低温步进梁式加热炉回火：在低温步进梁式加热炉内，经步骤(5)淬火后的空心芯棒加热升温温度为500℃～600℃、保温温度为600℃～640℃，保温时间为1h～2h，空心芯棒出炉后进行空冷。
(7)性能测试：对空冷后的空心芯棒取样进行力学性能测试。
所述的空心芯棒四象限及两端力学性能指标：抗拉强度波动≤20MPa，冲击韧性波动≤10J，硬度波动≤10HBW。
实施例1
使用高温步进梁式加热炉和在低温步进梁式加热炉对Φ286X 46mm X12000mm，30Cr3MoV/1空心芯棒a进行在线热处理，实施步骤如下：
(1)入口装料：将需热处理的空心芯棒a移动至高温步进梁式加热炉前的上料台架，通过炉内辊道从入炉口H送至炉内。
(2)步进梁传动：高温步进梁式加热炉内的步进梁上升至Q1将空心芯棒托起，向前平移后步进梁下降至Q2，空心芯棒a靠重力沿着炉内固定梁R弧面滚到固定梁R下一个齿根上，空心芯棒a在滚落到下一个固定梁R齿根上的过程中空心芯棒a自身滚动15°；步进梁高位Q1、低位Q2及固定梁R外形如图3所示。
(3)高温步进梁式炉加热：步进梁式加热炉内分为二个温度区段：升温区段F温度为850℃～940℃、保温区段E温度为900℃～920℃。步进梁式炉内布局如图2所示，热处理工艺的温度与时间曲线关系如图4所示。
(4)出口出料：空心芯棒a在保温段达到900℃～920℃，保温时间为1h24min，然后由高温步进梁式加热炉内出炉辊道传送至出炉口G。
(5)淬火：空心芯棒a出高温步进梁式加热炉后，在炉旁的水冷装置进行淬火；淬火时间为20s，淬火介质：水。
(6)低温步进梁式加热炉回火：在低温步进梁式加热炉内，经步骤(5)淬火后的空心芯棒加热升温温度为500℃～600℃、保温温度为600℃～640℃，保温区段保温时间为2h17min。空心芯棒a出炉后进行空冷。
(7)性能测试：对空冷后的空心芯棒a取样进行力学性能测试。
对完成步骤(6)的空心芯棒a不同部位进行拉伸试验、冲击试验、硬度试验，表1为使用步进梁式加热炉进行热处理的空心芯棒拉伸试验及冲击试验性能，表2为使用步进梁式加热炉进行热处理的空心芯棒硬度试验。
表1
表2
从表1、表2的数据可以看出，采用步进式的热处理炉对Φ286X 46mmX 12000mm，30Cr3MoV/1空心芯棒进行在线热处理：
1)空心芯棒纵向抗拉强度在1100Mpa左右，四个象限A、B、C、D及头尾两端拉伸测试结果相差在20Mpa以内；
2)空心芯棒室温纵向冲击在105J左右，四个象限A、B、C、D及头尾两端冲击测试结果相差在10J以内；
3)空心芯棒室温硬度在340左右，四个象限A、B、C、D及头尾两端硬度测试结果相差在10HBW以内；
从说明采用步进式加热炉进行在线热处理，空心芯棒的不同部位的性能较为稳定，这个对其后期的使用寿命的提升很有帮助。
Claims (2)
1.一种空心芯棒在线热处理的方法，该方法是在高温步进梁式加热炉和低温步进梁式加热炉进行的，该方法包括有以下步骤：
(1)入口装料：将需热处理的空心芯棒移动至高温步进梁式加热炉前的上料台架，通过炉内辊道从入炉口送至炉内；
(2)步进梁传动：高温步进梁式加热炉内的步进梁上升后将所述空心芯棒托起，向前平移后步进梁下降，空心芯棒靠重力沿着炉内固定梁弧面滚到固定梁下一个齿根上，空心芯棒在滚落到下一个固定梁齿根上的过程中空心芯棒自身滚动15°角；
(3)加热：空心芯棒在高温步进梁式加热炉内的二个温度区段加热，升温区段温度为850℃～960℃、保温区段温度为900℃～960℃；
(4)出口出料：空心芯棒在保温区段加热达到900℃～960℃，保温时间为1h～2h，然后由高温步进梁式加热炉内出炉辊道传送至出炉口；
(5)淬火：空心芯棒出高温步进梁式加热炉后，在炉旁的水冷装置进行淬火，淬火时间为200s，淬火介质为水；
(6)低温步进梁式加热炉回火：在低温步进梁式加热炉内，经步骤(5)淬火后的空心芯棒加热升温温度为500℃～600℃、保温温度为600℃～640℃，保温时间为1h～2h，空心芯棒出炉后进行空冷；
(7)性能测试：对空冷后的空心芯棒取样进行力学性能测试。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的空心芯棒四象限及两端力学性能指标：抗拉强度波动≤20MPa，冲击韧性波动≤10J，硬度波动≤10HBW。
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