CN103056180B - 一种薄壁23000mm超长管热挤压工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高炉冷却薄壁超长管∮89mm×5.5mm×23000mm产品的热挤压工艺，包括坯料加工→环形炉加热→感应加热→润滑→热挤压→冷却→检验，采用了60MN挤压机–∮230mm挤压筒成功开发并批量生产出该产品，热挤压过程中挤压比达到了25.38，本工艺研究属于不锈钢热挤压领域。采用该方法生产出的无缝挤压管在尺寸精度和表面质量方面均达到了成品要求，且经过理化分析和力学性能测试，性能指标均符合设计要求；实现无缝挤压管替代焊管，成功实现了无缝挤压管产品用于高炉冷却水管的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄壁23000mm超长管热挤压工艺，属于不锈钢热挤压领域。
背景技术
炼铁高炉用冷却水管要求耐压、耐蚀，使用寿命至少在20年到30年。太钢高炉冷却水管以往采用的是焊接管，采用焊接工艺制作冷却水管时，焊接部位本身就是承受力的弱势点，往往会成为破坏的裂纹源。
采用热挤压工艺生产的无缝管具有明显优势，可以大大减少焊接部位，降低破坏的风险，但是采用热挤压生产高炉冷却水管也具有难点，比如说一次性挤压出成品时对管子的精度要求、内外表面的光洁度要求等都很严格。
发明内容
为了克服上述不足，本发明旨在提供一种薄壁23000mm超长管热挤压工艺，通过热挤压工艺技术将1060mm长的管坯一次挤压成型为∮89mm×5.5mm×23000mm薄壁超长管，使其精度和表面质量满足高炉冷却水管用途要求，代替以往焊接成型的冷却水管。
本发明提供的一种薄壁23000mm超长管热挤压工艺，包括坯料加工→环形炉加热→感应加热→润滑→热挤压→冷却→检验，其特征在于：所述热挤压过程中挤压比达到了25.38；所述挤压比为挤压筒内孔截面积减去挤压针截面积的差值与挤压管截面积之比，其中挤压针直径=挤压管内径×热膨胀系数1.015。
本发明提供的薄壁23000mm超长管热挤压工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）坯料加工
对锻造圆钢进行了剥皮、锯切、深孔加工和车床加工，要求经剥皮后外表面光滑无缺陷，粗糙度要求≤3.2μm；锯切后端面切斜度≤3mm；深孔加工后孔径为∮85mm，钻孔同心度≤0.3mm；车床加工后的坯料一端倒外圆R25mm，外径∮222mm，长1060mm；
（2）环形炉加热
采用环形煤气炉分阶段加热和均热的方法，具体加热参数为：预热段温度500℃，一段加热温度750℃，二段加热温度810℃，三段加热温度880℃，均热段温度860℃，出炉温度控制在850±10℃；
（3）感应加热
采用了一段加热和两段保温的方法，实现了轴向、径向和周向温度的均匀，具体加热参数为：将经过环形炉预热的坯料加热至目标温度1210℃，经两段保温，温差控制在±10℃；出炉温度为1200±10℃；
（4）润滑
超长管热挤压过程中用到了内涂粉、外涂粉以及玻璃垫用粉，其中内涂粉采用粉枪深入坯料内孔旋转的方法施加；外涂粉采用在润滑台表面铺洒玻璃粉并使坯料在滚动的过程中黏在外表面的方法；玻璃垫为圆台形结构，内部空心且为圆台形，在挤压前将玻璃垫放置于挤压模前起润滑作用；
（5）热挤压
采用挤压机进行热挤压成型，通过挤压杆向前移动，将经过感应炉加热及内外表面润滑后的坯料推入挤压筒，使金属流快速经过挤压模从而成型为∮89×5.5mm的挤压管；工艺参数为：挤压比为25.38；
（6）冷却
冷却水槽长度为24000mm，挤出管子长度在23000mm，要求挤出后快速入水；
（7）检验
随机抽取样品进行尺寸检验；同时进行力学检测，按照GB/T 2975标准进行取样，在不同产品上分别取样，要求力学性能符合GB/T 14976-2002标准。
尺寸检验的方法为：随机抽取5组试样进行尺寸检验，使用300mm游标卡尺，按照十字交叉的方法测量产品外径，每组试样得到2组数据；使用超声波测厚仪，按照周向每旋转90°测量一个点的方法测量产品壁厚，每组试样得到4组数据。
在上述方案中，所述内涂粉为GN26，所述外涂粉为GW8，所述玻璃垫用粉为GD19。
在上述方案中，所述玻璃垫采用GD19玻璃粉、玻璃水和水按重量比为100：3：5的比例配料、搅拌、制作、烘烤的方法制作，然后在挤压前将玻璃垫放置于挤压模前起润滑作用。
本发明提供的薄壁23000mm超长管热挤压工艺步骤中：（1）坯料加工严格按照设计的图形尺寸及表面要求进行加工，技术员负责对坯料加工质量的检验；（2）严格按照环形炉加热工艺进行，在坯料出环形炉时，两名技术员各持一把测温枪进行温度检测并进行对比，测试加热温度是否达到设计的目标温度，如果未达到要求的温度则重回炉进行加热直至加热到目标温度，如果实测温度已达到设定的目标温度则可继续下一道工序；（3）按照润滑所采用的玻璃粉产品型号要求进行润滑台玻璃粉铺洒和玻璃垫制作；（4）由操作人员将挤压模系统组装到位且放置于U型卡座内，在组装前检查各工模具尺寸是否与试制方案中要求的尺寸相符；（5）按工模具更换卡要求，挤压机主操负责测量核对挤压针直径，确认无误后将挤压针安装到位；（6）按照设定的挤压机工艺参数对热坯料进行挤压成型；（7）挤压完毕后热锯下落锯切压余，启动出料系统将不锈钢管制品快速入水冷却；（8）检验制品的表面质量并对尺寸进行测量。
本发明涉及到了高炉用冷却水管∮89mm×5.5mm×23000mm薄壁超长管产品的热挤压工艺，选取的原料为：外径∮222mm/内径∮85mm×长1060mm不锈钢圆坯，其长径比达到4.78；在感应加热过程中，实现了感应线圈的错位使用：因为∮230mm系列感应线圈的长度仅为980mm，而本发明中使用的不锈钢圆坯的长度为1060mm，需使用∮260mm系列感应线圈（其长度为1100mm）加热坯料，才能满足长度为1060mm不锈钢圆坯均匀受热；最后采用了60MN挤压机–∮230mm挤压筒成功开发并批量生产出该产品，挤压比达到了25.38。
热挤压无缝钢管外径公差通常控制在±1%即±0.89mm，壁厚公差控制在10%即±0.55mm；此工艺要求外径控制正公差且在0.5mm之内，壁厚公差在-0.15~+0.35mm之间，接近冷加工公差标准，完全满足高炉冷却水管的使用要求。此外，采用本工艺开发出的∮89mm×5.5mm×23000mm薄壁超长管在内外表面质量和力学性能方面（详见实施例）都满足了使用要求，成功实现了无缝挤压管替代了传统的焊管，并使其用在太钢高炉冷却水管中。
本发明的有益效果：
本发明涉及到一种高炉冷却薄壁超长管∮89mm×5.5mm×23000mm的热挤压工艺，首次尝试采用∮260mm线圈加热∮230mm坯料，在坯料长度上突破了长径比3-4的传统工艺要求；采用热挤压成型工艺生产出的无缝挤压管在尺寸精度和表面质量方面均达到了成品要求，且经过理化分析和力学性能测试，性能指标均符合设计要求；实现无缝挤压管替代焊管，成功实现了无缝挤压管产品用在高炉冷却水管的目的。
附图说明
图1、图2为薄壁超长管取样标注示意图。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
（1）坯料加工
对1Cr18Ni9锻造圆钢进行了剥皮、锯切、深孔和车床加工，要求经剥皮后外表面光滑无缺陷，粗糙度要求≤3.2μm；锯切后端面切斜度≤3mm；深孔后孔径为∮85mm，钻孔同心度≤0.3mm；车床加工后的坯料一端倒外圆R25mm，外径∮222mm，长1060mm。
（2）环形炉加热
采用环形煤气炉分阶段加热和保温的方法，使坯料预热至850℃后出炉，出炉温度公差控制在±10℃内。
表1 环形炉加热参数表
。
（3）感应加热
将经过环形炉预热的坯料快速加热至目标温度1210℃，采用了1段加热和2段保温的方法，实现了轴向、径向和周向温度的均匀，温差控制在±10℃。
表2 感应炉加热参数表
。
（4）润滑
对坯料的内、外表面和挤压过程的润滑是挤压工艺必不可少的一部分，在此次超长管的开发过程中用到了内涂粉、外涂粉以及玻璃垫用粉，其中内涂粉为GN26，外涂粉为GW8，玻璃垫用粉为GD19。
内涂粉采用粉枪深入坯料内孔旋转的方法施加，外涂粉采用在润滑台表面铺洒玻璃粉并使坯料在滚动的过程中黏在外表面的方法，玻璃垫则首先采用GD19玻璃粉、玻璃水和水按100：3：5的比例配料、搅拌、制作、烘烤的方法制作，然后在挤压前将玻璃垫放置于挤压模前起到挤压过程对挤压模的润滑作用。上述玻璃垫为圆台形结构，内部空心且为圆台形，玻璃垫的制作已申请中国专利，专利名称为：一种玻璃垫，申请号为：201220243052.8；
（5）热挤压
该工艺开发中采用了由SMS进口的60MN卧式油压挤压机，通过挤压杆向前移动，将经过感应炉加热及内外表面润滑后的坯料推入挤压筒，使金属流快速经过挤压模从而成型为∮89×5.5的挤压管。
表3 挤压工模具及挤压工艺参数
。
（6）冷却
冷却水槽长度为24000mm，挤出管子长度在23000mm，要求挤出后快速入水。
（7）尺寸检验
随机抽取5支产品进行了尺寸检验，使用300mm游标卡尺，按照十字交叉的方法测量产品外径，每支管子得到2组数据；使用超声波测厚仪，按照周向每旋转90°测量一个点的方法产品测量壁厚，每支管子得到4组数据。表4为测量到的数据，既符合GB/T 14976-2002国标（外径公差±1%D，壁厚公差±12.5%S）又符合此次产品开发的内控标准（外径公差±0.5mm，壁厚公差-0.15mm~0.35mm）。
表4 产品尺寸测量
。
（8）力学检测
按照GB/T 2975标准进行取样，在不同产品上分别取5个试样，要求力学性能符合GB/T 14976-2002标准，实际检测结果符合力学性能标准，具体检测值如表5所示。
表5 力学检测
。
Claims (3)
1.一种薄壁23000mm超长管热挤压工艺，包括坯料加工→环形炉加热→感应加热→润滑→热挤压→冷却→检验，其特征在于：所述热挤压过程中挤压比达到了25.38；包括以下步骤：
（1）坯料加工
对锻造圆钢进行了剥皮、锯切、深孔加工和车床加工，要求经剥皮后外表面光滑无缺陷，粗糙度要求≤3.2μm；锯切后端面切斜度≤3mm；深孔加工后孔径为∮85mm，钻孔同心度≤0.3mm；车床加工后的坯料一端倒外圆R25mm，外径∮222mm，长1060mm；
（2）环形炉加热
采用环形煤气炉分阶段加热和均热的方法，具体加热参数为：预热段温度500℃，一段加热温度750℃，二段加热温度810℃，三段加热温度880℃，均热段温度860℃，出炉温度控制在850±10℃；
（3）感应加热
采用了一段加热和两段保温的方法，实现了轴向、径向和周向温度的均匀，具体加热参数为：将经过环形炉预热的坯料加热至目标温度1210℃，经两段保温，温差控制在±10℃；出炉温度为1200±10℃；
（4）润滑
超长管热挤压过程中用到了内涂粉、外涂粉以及玻璃垫用粉，其中内涂粉采用粉枪深入坯料内孔旋转的方法施加；外涂粉采用在润滑台表面铺洒玻璃粉并使坯料在滚动的过程中黏在外表面的方法；玻璃垫为圆台形结构，内部空心且为圆台形，在挤压前将玻璃垫放置于挤压模前起润滑作用；
（5）热挤压
采用挤压机进行热挤压成型，通过挤压杆向前移动，将经过感应炉加热及内外表面润滑后的坯料推入挤压筒，使金属流快速经过挤压模从而成型为∮89×5.5mm的挤压管；
（6）冷却
冷却水槽长度为24000mm，挤出管子长度在23000mm，要求挤出后快速入水；
（7）检验
随机抽取样品进行尺寸检验；同时进行力学检测，按照GB/T 2975标准进行取样，在不同产品上分别取样，要求力学性能符合GB/T 14976-2002标准。
2.根据权利要求1所述的薄壁23000mm超长管热挤压工艺，其特征在于：所述内涂粉为GN26，所述外涂粉为GW8，所述玻璃垫用粉为GD19。
3.根据权利要求1或2所述的薄壁23000mm超长管热挤压工艺，其特征在于：所述玻璃垫采用GD19玻璃粉、玻璃水和水按重量比为100：3：5的比例配料、搅拌、制作、烘烤的方法制作，然后在挤压前将玻璃垫放置于挤压模前起润滑作用。
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