CN103056181A - 一种h型钢热挤压成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种H型钢热挤压成型方法,采用热挤压的方法使实心不锈钢坯料经加热后一次挤压成型为H型钢,工艺路线为:坯料加工→环形炉加热→感应加热→制备工模具→润滑→热挤压→冷却→检验。本发明针对不锈钢实心坯料的加热设计了特殊的工艺,一段加热及多段保温的方法实现了坯料的均匀加热,且保证加热温度控制在目标温度误差范围之内。采用该方法制作出的不锈钢H型钢表面质量良好,尺寸精度在误差范围之内,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,整体质量达到了工业用途要求;本发明可应用于一些特殊行业,例如核电上用到的支撑件。

Description

一种H型钢热挤压成型方法
技术领域
本发明涉及一种H型钢热挤压成型方法,属于挤压成型技术和异型材制造技术领域。 
背景技术
H型钢是一种截面面积分配较为优化、强重比比较合理的经济高效性型材,H型钢的各个部位均以直角排布,因此H型钢在各个方向上的抗弯能力强,具有结构强度高、重量轻节约成本的特点,目前已被广泛应用。 
在国内不锈钢H型钢成型一般采用热轧和焊接的方法。伴随着热轧技术和焊接技术的不断提高,采用热轧成型和焊接方法制作不锈钢H型钢的工艺技术已成熟,而采用热挤压方法生产不锈钢H型钢尚未见文献报道。 
由于热挤压成型方法可以一次成型且保证表面质量、组织性能和尺寸精度,该方法倍受青睐,但是这种成型方法也存在难点,加热工艺、工模具设计、润滑效果、变形工艺设计等无论哪个环节出问题都会导致该成型方法的失败。 
发明内容
为了克服上述不足,本发明旨在提供一种H型钢热挤压成型方法。 
本发明提供一种H型钢热挤压成型方法,工艺路线为:坯料加工→环形炉加热→感应加热→制备工模具→润滑→热挤压→冷却→检验,其特征在于:包括以下步骤: 
(1)坯料加工
对锻造圆钢进行剥皮、锯切和车床加工,工艺要求:经剥皮后外表面光滑无缺陷,粗糙度≤3.2μm,锯切后端面切斜度≤3mm,车床加工后的坯料一端倒外圆R25mm,外径∮388mm,长700mm;
(2)环形炉加热
采用环形炉分阶段加热和均热的方法,具体加热参数为:预热段温度为850℃,一段加热温度为910℃,二段加热温度为980℃,三段加热温度为960℃,均热段温度为950℃,总加热时间不小于6小时,均热段0.5小时;
(3)感应加热:
采用分阶段加热和保温的方法,具体加热方法为:一段加热至1220℃,连续五段保温,第六段时把功率和能量调大,直至温度提升至1260℃时迅速出炉;
(4)制备工模具
此次不锈钢H型钢热挤压采用了专业设计的H型模具,挤压模采用了带锥度的H型挤压模,挤压模垫和模支撑均为H型;
(5)润滑 
对坯料的外表面和挤压过程中的挤压模进行玻璃润滑,润滑玻璃垫为H型玻璃垫;
(6)热挤压  
采用挤压机进行热挤压成型,工艺参数为:挤压比9.4,挤压力理论计算48MN,挤压速度设定300mm/s,压余设置30mm;
(7)冷却  
不锈钢H型钢挤出后迅速入水冷却;
(8)检验
检验制品的表面质量并测量其尺寸。对所得到的不锈钢H型钢制品进行力学性能及理化性能测试。力学性能试验中规格及方法符合标准SA-6M及SA-370M,晶粒度测试符合标准ASTM E11,晶腐试验标准SA-479M S2,尺寸及公差符合SA-6M标准要求。
上述方案中,所述感应加热步骤中,在感应炉的下端添加了100mm厚的垫片,以保证坯料整体加热均匀且达到挤压要求的温度。 
上述方案中,所述H型挤压模的主体为H型,H型主体每条边呈楔形向H型主体的上下空间内扩散,楔形体所在面与挤压模H型主体所在面夹角为30度。 
    上述方案中,所述H型玻璃垫的主体为H型,且H型主体每条边呈楔形向H型主体的上下空间内扩散,楔形体所在面与玻璃垫H型主体所在面夹角为30度。 
实施上述方案时,步骤(1)中坯料加工严格按照设计的图形尺寸进行加工,技术员负责对坯料加工质量的检验;步骤(2)中环形炉加热需要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,如果实测温度达到设定的目标温度方可进行下一道工序;步骤(3)中在进行感应加热时为保证坯料下端(对应热挤压坯料的前端)在立式感应炉内加热温度达到目标温度,在感应炉的下端添加了100mm厚的垫片,这样能保证坯料整体加热均匀且达到挤压要求的温度;步骤(4)中由操作人员将工模具组装到位且放置于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;步骤(5)中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;步骤(6)中按照设定的挤压机工艺参数对热坯料进行挤压成型;步骤(7)中挤压完毕后锯片下落锯切压余,启动出料系统将不锈钢H型钢制品快速入水冷却;步骤(8)中检验制品的表面质量并对尺寸进行测量。 
本发明的有益效果: 
采用热挤压成型方法制作出的不锈钢H型钢表面质量良好,尺寸精度在误差范围之内,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,整体质量达到了工业用途要求;本发明针对不锈钢实心坯料的加热设计了特殊的工艺,一段加热及多段保温的方法实现了坯料的均匀加热,且保证加热温度控制在目标温度误差范围之内。本发明可应用于一些特殊行业,例如核电上用到的支撑件。
附图说明
图1为H型挤压模的结构示意图。 
图2为H型玻璃垫的结构示意图。 
图3为H型钢取样标注示意图。 
图中A、B为取样点。 
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: 
通过热挤压成型工艺制备H型钢的具体步骤如下:
(1)坯料加工
对钢号为SA-479M TP304A的锻造圆钢进行了剥皮、锯切和车床加工;
(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950℃后出炉,出炉温度公差控制在±10℃内,加热参数如下:
Figure 681661DEST_PATH_IMAGE001
注意: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,如果实测温度达到设定的目标温度方可进行下一道工序;
(3)感应加热:
在感应炉的下端添加了100mm厚的垫片,以保证坯料整体加热均匀且达到挤压要求的温度;一段加热至1220℃,连续五段保温,第六段迅速将温度升至1260℃后快速出炉,具体加热参数如下:
Figure 14553DEST_PATH_IMAGE002
(4)制备工模具
此次不锈钢H型钢热挤压采用了专业设计的H型工模具,挤压模采用了带楔形的H型挤压模(见说明书附图1),挤压模垫和模支撑均为H型;由操作人员将工模具组装到位且放置于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;H型钢玻璃垫(见说明书附图2)的制作已申请中国专利,专利名称为:一种H型钢热挤压用玻璃垫,申请号为:201220493543.8;
(5)润滑 
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,目的在于对坯料的外表面和挤压过程中的挤压模进行润滑;
①玻璃粉选用VP68/2886,将该型号的玻璃粉均匀铺洒在挤压机的润滑台上;
②制作玻璃垫:首先将玻璃粉(100%)+水玻璃(4%)+水(1%)进行混合;然后采用搅拌机充分搅拌0.5小时;再使用玻璃垫制作工具压制成型;最后放入电阻炉内200℃烘干;注意玻璃垫在干燥环境下存放。
(6)热挤压  
采用从德国西马克引进的60MN挤压机进行热挤压成型,挤压比9.4,挤压力理论计算48MN,挤压速度设定300mm/s,压余设置30mm;
(7)冷却  
挤压完毕后锯片下落锯切压余,启动出料系统将不锈钢H型钢制品快速入水(水温25℃左右)冷却至室温;
(8)检验
通过本实施例得到的是一个批次的不锈钢H型钢制品,从中选取两组试样进行力学性能及理化性能测试,并测试了这两组试样的尺寸。
力学性能试验中规格及方法符合标准SA-6M及SA-370M,表1列出了两组试样的实测力学性能;表2列出了两组试样的实测理化性能参数:晶粒度测试符合标准ASTM E11,晶腐试验标准SA-479M S2。测试力学性能及理化参数时,对每组试样选取两个取样点A、B(见说明书附图3所示)。 
表3列出了两组产品的实测尺寸,尺寸及公差符合SA-6M标准要求。 
表1力学性能测试表 
Figure 2013100414055100002DEST_PATH_IMAGE001
表2理化性能测试表
Figure 589071DEST_PATH_IMAGE004
表3.H型钢尺寸测量表
产品序号 d/mm b/mm Tf/mm Tw/mm r/mm
1 229.12 212.12 23.76 14.42 2.96
2 228.12 211.50 23.62 14.50 3.24
经测试,制作出的不锈钢H型钢的表面质量、尺寸精度、理化性能、力学性能等指标均达到了设计要求,此次试制解决了该成型方法中各种技术难题,为该异型材的实际应用及批量生产奠定了基础。目前该产品已试用于核电项目《海阳AP1000项目12号机组余热排出换热器(PRHR HX)支撑及框架》,产品质量符合采购规程NPS-HY-PRHRHX005 版本D)。

Claims (4)

1.一种H型钢热挤压成型方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)坯料加工
对锻造圆钢进行剥皮、锯切和车床加工,工艺要求:经剥皮后外表面光滑无缺陷,粗糙度≤3.2μm,锯切后端面切斜度≤3mm,车床加工后的坯料一端倒外圆R25mm,外径∮388mm,长700mm;
(2)环形炉加热
采用环形炉分阶段加热和均热的方法,具体加热参数为:预热段温度为850℃,一段加热温度为910℃,二段加热温度为980℃,三段加热温度为960℃,均热段温度为950℃,总加热时间不小于6小时,均热段0.5小时;
(3)感应加热:
采用分阶段加热和保温的方法,具体加热方法为:一段加热至1220℃,连续五段保温,第六段时把功率和能量调大,直至温度提升至1260℃时迅速出炉;
(4)制备工模具
此次不锈钢H型钢热挤压采用了专业设计的H型模具,挤压模采用了带锥度的H型挤压模,挤压模垫和模支撑均为H型;
(5)润滑 
对坯料的外表面和挤压过程中的挤压模进行玻璃润滑,润滑玻璃垫为H型玻璃垫;
(6)热挤压  
采用挤压机进行热挤压成型,工艺参数为:挤压比9.4,挤压力理论计算48MN,挤压速度设定300mm/s,压余设置30mm;
(7)冷却  
不锈钢H型钢挤出后迅速入水冷却;
(8)检验
    检验制品的表面质量并测量其尺寸。
2.根据权利要求1所述的H型钢热挤压成型方法,其特征在于:所述感应加热步骤中,在感应炉的下端添加了100mm厚的垫片。
3.根据权利要求1所述的H型钢热挤压成型方法,其特征在于:所述H型挤压模的主体为H型,H型主体每条边呈楔形向H型主体的上下空间内扩散,楔形体所在面与挤压模H型主体所在面夹角为30度。
4.根据权利要求1所述的H型钢热挤压成型方法,其特征在于:所述H型玻璃垫的主体为H型,且H型主体每条边呈楔形向H型主体的上下空间内扩散,楔形体所在面与玻璃垫H型主体所在面夹角为30度。
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