CN102941255B - 一种超高强度管件在线辊弯成形工艺 - Google Patents
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Abstract
一种超高强度管件在线辊弯成形工艺，包括如下步骤：1)开卷、剪裁，热成形钢带的成分重量百分比为：C0.007～0.33％，Al0.02～0.05％，B0.001～0.005％，Cr0.16～0.37％，Mn0.75～1.21％，N0.004～0.006％，Ni0.01～0.1％，Si0.20～0.40％，Ti0.03～0.05％，余Fe和不可避免杂质；2)成形，在辊弯成形设备中预成形；3)加热，管件半成品加热至800～1100℃；4)辊弯定型，管件半成品至辊弯定型设备中，辊弯定型同时，相邻两个机架间喷射冷却介质对管件冷却；冷却管件同时也对轧辊进行冷却，冷却速率大于27℃/s，在保压状态下对管件进行冷却，使得高温下的热成形奥氏体组织转变为马氏体组织，获得高强度管件。
Description
技术领域
本发明涉及超高强度管件的制造，特别是一种超高强度管件在线辊弯成形工艺。
背景技术
硼钢热成形工艺过程为先将初态组织为铁素体和珠光体，抗拉强度约为600MPa的硼钢板料加热奥氏体化后成形，随后将管件冷却并使之完全转变为马氏体，获得高强度管件。冷却之后硼钢管件的抗拉强度高达1500MPa。热成形硼钢的化学成分是Al0.02％-0.05％，B0.001％-0.005％，C0.007％-0.33％，Cr0.16％-0.37％，Mn0.75％-1.21％，N0.004-0.006％Ni0.01-0.1％，Si0.20％-0.40％，Ti0.03％-0.05％，其余为Fe。
目前热成形硼钢开发和成形的设备载体主要是基于冲压工艺，我们称之为热冲压成形工艺。热冲压的冷却工艺是模内冷却，即在模具内通水冷却模具，利用模具与管件产生的温差对管件进行淬火。在淬火的同时管件处于有载荷的保压状态，能有效避免冷却不均匀带来的变形。但是，热冲压的工艺对管件来说有以下不足：
1、冷却过程耗时长，导致生产节拍太慢，难以实现连续生产。
2、热冲压工艺多用于开口部件的成形，对于封闭的管件，其应用在工艺上受到了较大限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高强度管件在线辊弯成形工艺，使得管件在轧辊的封闭孔型中，实现在轧辊中的淬火并冷却至室温，得到高尺寸精度和高强度的产品。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种超高强度管件在线辊弯成形工艺，其包括如下步骤：
1)开卷、剪裁
将热成形钢带剪裁成产品所需长度和宽度的板料；热成形钢带的化学成分重量百分比为：C0.007～0.33％，Al0.02～0.05％，B0.001～0.005％，Cr0.16～0.37％，Mn0.75～1.21％，N0.004～0.006％，Ni0.01～0.1％，Si0.20～0.40％，Ti0.03～0.05％，其余为Fe和不可避免杂质；热成形钢带的原始抗拉强度为500MPa～650MPa；
2)成形
将板料转移至辊弯成形设备中，在室温条件下预成形为形状尺寸接近成品的管件半成品；
3)加热
将管件半成品加热至800～1100℃，保温2min～6min；
4)辊弯定型
迅速将高温管件半成品转移至辊弯定型设备中进行尺寸校准和定型，辊弯定型采用3～10个道次，各机架间距离以相邻机架轧辊不接触为原则，轧辊孔型尺寸相同，均为最终成品尺寸；在辊弯定型的同时，通过在相邻两个机架间喷射冷却介质的方法对高温管件进行冷却，冷却速率大于27℃/s，即在保压状态下对管件进行冷却，使得高温下的热成形奥氏体组织经过该冷却速率转变为马氏体组织，获得高强度管件；在冷却管件的同时也对轧辊进行冷却，冷却速率大于27℃/s。
进一步，步骤4)辊弯定型中，各机架间距离大于相邻机架两上辊或下辊半径之和1～10mm。
本发明的超高强度管件的在线热辊弯成形装置，其包括，若干台机架，依次排列，各机架上分别包括上、下辊及两侧侧辊；各机架间距离以相邻机架上、下辊不接触为准；若干冷却喷嘴，分别设置于各机架之间。
又，所述的各机架间距离大于两相邻轧辊半径之和1～10mm。
本发明热辊弯成型工艺将热成形工艺与辊弯成形工艺结合在一起，不仅更加符合高强钢的成型要求，实现了高效生产，而且能够有效克服高强钢塑性差，回弹大等成型缺陷。但是，热辊弯成型后的冷却方法是热辊弯成形技术的核心技术，如果是简单的利用热成形钢完成加热和冷却，而不考虑产品的定型工艺，让管件自由的冷却和变形，最后得到马氏体的超高强钢的管件，那么有两个主要因素产生的残余应力将影响超强钢管件的质量：
1、管件在高温下由奥氏体转变为马氏体产生的巨大的内应力；
2、管件冷却的温度分布不均产生的残余应力。而且对于尺寸不精确的超强度管件，若有弯曲、扭曲等缺陷，由于管件的强度太高，后续的矫直设备对其也无能为力。
本发明在硼钢管件的热辊弯成形中，改变完全卸载之后离线进行冷却和管件由高温转变为低温时的完全自由变形的冷却工艺，转变为在定型的同时对硼钢管件进行冷却，即在封闭轧辊的保压状态下对管件进行冷却，从而解决冷却不均匀所引起的产品变形问题。该冷却定型工艺类似于热冲压的保压冷却工艺，但是在实现保压淬火的方法上，完全不同于热冲压的定型工艺。热辊弯在线淬火工艺的冷却装置是使管件在封闭轧辊中进行保压淬火，无论管件由奥氏体转变为马氏体的变形和温度分布不均引起的变形都在封闭的轧辊中得到了定型，而且管件在冷却过程中能够继续运行，不影响后续产品的成型，能够实现连续生产。
本发明的有益效果是：
1)本发明在定型阶段同时对高温管件进行冷却，管件在相邻间的封闭轧辊中进行冷却，这样避免了产品因冷却不均匀和奥氏体转变为马氏体而产生的变形，提高了产品的尺寸精度。
2)本发明中，管件在定型冷却阶段保持运行状态，并未停滞，不影响后面产品的生产，实现了连续生产，相较于热冲压的冷却工艺，本发明效率更高。
3)本发明的定型道次中，相邻两机架的间距很小，未与轧辊接触部分的变形也能受到限制，从而确保了管件处于封闭的保压状态；
4)本发明所涉及的材料为热成形钢，生产的高强钢管件相较于传统管件在性能不变的前提下，管件的强度和尺寸精度有明显的提高。
5)本发明考虑了如何克服冷却温度和组织转变带来的管件变形，较之简单的利用热成形钢进行淬火，得到弯曲等质量缺陷的超高强钢，而不能进行后续矫直的问题，提出了一种新的解决办法。
6)本发明将热成形工艺和辊弯成型工艺相结合，巧妙的解决了高强度钢塑性差，回弹大的缺陷。
7)本发明所涉及的热辊弯成形工艺较之热冲压工艺，能够显著节约成本。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
参见图1，本发明的超高强度管件在线辊弯成形装置，其包括，若干台机架1，依次排列，各机架上分别包括上、下辊11及两侧侧辊12；各机架间距离以相邻机架上、下辊不接触为准；若干冷却喷嘴2，分别设置于各机架之间。管件100依次经过若干台机架1辊弯成形、定型，期间，冷却喷嘴2喷射冷却介质，对定型后的管件100进行冷却。
进一步，所述的各机架间距离大于相邻机架两上辊或下辊半径之和1～10mm。
本发明涉及的超高强度管件高强钢的化学成分重量百分比为：C0.007～0.33％，Al0.02～0.05％，B0.001～0.005％，Cr0.16～0.37％，Mn0.75～1.21％，N0.004～0.006％，Ni0.01～0.1％，Si0.20～0.40％，Ti0.03～0.05％，其余为Fe和不可避免杂质；热成形钢的原始抗拉强度为500MPa～650MPa；
实施例1
1)将常温硼钢板料辊弯成形为圆管半成品；2)将半成品加热至800℃，保温6min；3)迅速转移高温半成品管件100至具有3个道次的定型设备中，两个机架间距比相邻两轧辊半径之和大于1.5mm；4)在每两个机架(定型道次)之间喷射冷却介质，使定型后的管件在加载状态下以27℃/s的速度冷却；管件在离开最后一个道次前的温度为室温。
实施例2
1)将常温硼钢板料辊弯成形为圆管半成品；2)将半成品加热至1100℃；3)迅速转移高温半成品管件至具有8个道次的定型设备中，两个机架间距比两相邻轧辊半径之和大2mm；4)在每两个机架(定型道次)之间喷射冷却介质，使定型后的管件在加载状态下以50℃/s的速度冷却下来；管件在离开最后一个道次前的温度为室温。
实施例3
1)将常温硼钢板料辊弯成形为方管半成品；2)将半成品加热至900℃；3)迅速转移高温半成品管件至具有3个道次的定型设备中，两个机架间距比相邻两轧辊半径之和大7mm；4)在每两个机架之间喷射冷却介质，使定型后的管件在加载状态下以30℃/s的速度冷却下来；管件在离开最后一个道次前的温度为室温。
实施例4
1)将常温硼钢板料辊弯成形为方管半成品；2)将半成品加热至1050℃；3)迅速转移高温半成品管件至具有3个道次的定型设备中，两个机架间距比两相邻轧辊半径之和大9mm；4)在每两个机架之间喷射冷却介质，使定型后的管件在加载状态下以50℃/s的速度冷却下来；管件在离开最后一个道次前的温度为室温。
Claims (2)
1.一种超高强度管件在线辊弯成形工艺，包括如下步骤：
1)开卷、剪裁
将热成形钢带剪裁成产品所需长度和宽度的板料；热成形钢带的化学成分重量百分比为：C0.007～0.33％，Al0.02～0.05％，B0.001～0.005％，Cr0.16～0.37％，Mn0.75～1.21％，N0.004～0.006％，Ni0.01～0.1％，Si0.20～0.40％，Ti0.03～0.05％，其余为Fe和不可避免杂质；热成形钢带的原始抗拉强度为500MPa～650MPa；
2)成形
将板料转移至辊弯成形设备中，在室温条件下预成形为形状尺寸接近成品的管件半成品；
3)加热
将管件半成品加热至800～1100℃，保温2min～6min；
4)辊弯定型
迅速将高温管件半成品转移至辊弯定型设备中进行尺寸校准和定型，辊弯定型采用3～10个道次，各机架间距离以相邻机架轧辊不接触为原则，轧辊孔型尺寸相同，均为最终成品尺寸；在辊弯定型的同时，通过在相邻两个机架间喷射冷却介质的方法对高温管件进行冷却，冷却速率大于27℃/s，即在保压状态下对管件进行冷却，使得高温下的热成形奥氏体组织经过该冷却速率转变为马氏体组织，获得高强度管件；在冷却管件的同时也对轧辊进行冷却，冷却速率大于27℃/s。
2.如权利要求1所述的超高强度管件在线辊弯成形工艺，其特征是，步骤4)辊弯定型中，各机架间距离大于两相邻轧辊半径之和，差值为1～10mm。
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