CN103710636A

CN103710636A - Uoe焊管弯边机铸造压模及制备方法和铸造模型

Info

Publication number: CN103710636A
Application number: CN201310728749.3A
Authority: CN
Inventors: 袁厚之; 赖兴涛; 刘行一; 李新文; 张凝
Original assignee: SHANDONG PROVINCE SIFANG TECHNICAL DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: Shandong Sifang Technology Development Group Co., Ltd.
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN103710636B

Abstract

本发明公开了一种UOE焊管弯边机铸造压模及其制备方法，铸造压模以重量百分比计为：C：1.6～2.4%、Si：0.2～1.0%、Mn：1.2～1.8%、P≤0.05%、S≤0.05%、Nb：1.5～3.0%、Cr：12.0～16.0%、RE：0.05～0.3%，余量为Fe;本发明的制备方法采用在压模铸型中设置了与铸件等长，两端带有浇口的横浇道,在横浇道上设置有多个与铸型型腔连接的分浇道，浇铸时将融熔铁水从横浇道的两端同时浇入，使融熔铁水迅速进入多个分浇道并且很快完全充型的方法，并且在压模铸型下方设置有纵向和横向运动平台，使压模铸型进行纵向和横向运动，使液体在压模铸型中同时均匀凝固和结晶；本发明制备的产品强度高，耐磨性好，可以用来代替同领域锻造模具。

Description

UOE焊管弯边机铸造压模及制备方法和铸造模型

技术领域

本发明涉及金属铸造技术领域，尤其涉及一种UOE焊管弯边机铸造压模及其制备方法，和铸造压模用铸造模型。

背景技术

长距离输送管道已经成为现代原油、天然气、成品油、煤浆或矿浆运输体系的一个重要组成部分。而输送管道的制造和生产质量也对材料科学、冶金技术、制管工艺等提出了更高的要求。目前，世界上最先进的UOE直缝焊管技术得到了迅速发展。UOE是利用宽厚钢板制造大口径直缝焊管的先进工艺，它以高质量、高产能的特点成为制管行业的主流。我国的宝钢、中油天宝、番禺珠江、沙钢等企业也已经引进建成了多条UOE大口径厚壁直缝焊管生产线。

UOE技术在生产直缝焊管时，其管坯成型工序包括采用上下模具将宽厚钢板进行纵向弯边、U成型和O成型。这些成型工序是保证最终制品焊缝区域的几何形状和尺寸精度的重要工序。其中，成型模具的强度和耐磨性、在生产中损坏的频率，不仅是影响UOE管坯成型质量的重要因素，也是影响UOE管坯成型产量的重要因素。

目前，我国引进的UOE管坯成型弯边机的上下模具均为锻造合金模具钢，如德国选用锻造的X155CrVMo121材质的模具，相当于我国的Cr12Mo1V1材质。如附图1、2所示，该模具为细长件，长约6m、宽约0.6m、高约0.4m。X155CrVMo121、Cr12Mo1V1属冷作模具钢，具有较高的淬硬性和淬透性，表现出较高的强韧性和耐磨性，综合性能优良。该钢在结晶过程中易形成大量的共晶网状碳化物，含量约20%左右，沿轧制或拔长锻造方向呈带状、网状、块状堆集分布，偏析程度随钢材直径增大而严重。其组织中共晶碳化物分布不均匀，易引起淬火异常变化和脆化，甚至引起在使用中开裂。因此在制造大型压模时对材质的纯净度要求高。需要反复加热、反复拔长、镦粗锻造才能获得优质矩形锻坯，能耗高且材料利用率低。同时该种材料对热处理的要求高，难度很大。如引进此种产品，不仅价格昂贵且周期长。引进企业曾投入很大人力和资金对此种产品模仿国外锻造制造工艺进行试制，由于种种原因始终未能成功。目前，对于上述关键模具的国产化和开发制造技术更简便实用的研究还没有很好的结果。如：对模具材质的研究，对模具强度和耐磨性的研究，对板边弯曲时模具的成型力、托料力和侧压力的研究等。如能开发一种制造技术更简便实用、强度高，耐磨性好，成本低，节省材料的UOE管坯成型模具对发展大口径厚壁直缝焊管生产技术将是一种贡献。

发明内容

本发明的目的是开发一种含高铌高铬的UOE焊管机组弯边机用铸造压模，该压模强度高，耐磨性好，工艺简单，生产成本低，以弥补目前锻造模具工艺及装备要求高，生产成本高的问题。本发明的技术方案如下：

本发明的一方面是提供一种UOE焊管弯边机铸造压模，该铸造压模的成分以重量百分比计为：C：1.6～2.4%、Si：0.2～1.0%、Mn：1.2～1.8%、P≤0.05%、S≤0.05%、Nb：1.5～3.0%、Cr：12.0～16.0%、RE：0.05～0.3%，余量为Fe。

本发明的另一方面是提供一种UOE焊管弯边机铸造压模制备方法，该方法采用以下步骤：

采用平浇铸造压模铸型，压模铸型曲面向下，浇铸温度1380-1420；

本发明在压模铸型中设置有与铸件等长，两端带有浇口的横浇道，在横浇道上设置有多个与铸型型腔连接的分浇道，分浇道可根据压模铸型的大小设置为3-6个或更多；浇铸时将精炼后的铁水从横浇道的两端同时浇入，使融熔铁水迅速进入多个分浇道并且很快完全充型;

本发明还在压模铸型下方设置有进行纵向和横向交替运动的平台，浇铸完成后一段时间，当铁水温度降至1280～1300℃时，启动运动平台，使压模铸型交替进行纵向和横向运动，使压模铸件有序均匀凝固；当温度降至900～950℃时，停止运动平台，至温度降至200℃以下时开箱。在压模铸型中设置了多点测温探头，以随时监控压模铸型温度的变化。

本发明的纵向或横向运动幅度为3-5mm，40～60次/min，每次纵向或横向运动4～6分钟后，静置2～3分钟后再进行下一个纵向或横向运动，直到铁水在压模铸型中均匀凝固。然后对铸件进行退火，粗加工，硬化处理，最后精加工成压模产品。

本发明的再一方面是提供一种UOE焊管弯边机铸造压模用铸造模型，该铸造模型是在平浇铸造压模铸型中设置有多个分浇道，分浇道的多少可根据压模铸型的大小设置为3-6个或更多。其中，压模铸型的曲面即工作面向下，在压模铸型中设置有与铸件等长，两端带有浇口的横浇道，在横浇道上设置有多个与铸型型腔连接的分浇道；在压模铸型下方设置有进行纵向和横向交替运动的平台；以及在压模铸型中设置有多点测温探头，以随时监控压模铸型温度的变化。

本发明的上述铸造压模的抗拉强度为700～740Mpa，冲击韧性≥4J/cm²，硬度HRC58～61。

本发明采用UOE焊管弯边机铸造压模用铸造模型以及制备方法所制备的UOE焊管机组弯边机铸造压模，采用了合理选择的铸造成分，具有创造性的铸造铸型和科学的铸造方法，在铸造时采用了多个与压模铸型型腔连接的分浇道同时浇铸并使铸型很快完全充型，通过纵向和横向交替运动平台的运动，使液体在压模铸型中同时有顺序的均匀凝固和结晶。本发明所制备的UOE焊管机组弯边机铸造压模，实现了以铸代锻的生产方式，省略了锻造工序，完全可以替代锻造压模。其压模成分合理、制备工艺简单实用，节约了大量合金材料和制造能源，使生产成本大大降低。

附图说明

图1是现有弯边机下模的结构示意图；

图2是现有弯边机上模的结构示意图；

图3是本发明多浇道铸造模型的结构示意图。其中，

1.为浇口，2.为横浇道，3.为分浇道，4.为铸型型腔。

具体实施方式

以下参照本发明的设计思想，示例性实施例并结合附图对本发明作如下详细说明。

宽厚钢板制造大口径直缝焊管的管坯成型工序主要是采用上下模具将宽厚钢板进行纵向弯边，U成型和O成型，以保证最终制品焊缝区域的几何形状和尺寸精度。成型模具不仅承受很大的成型力、托料力和侧压力，还要具有高的硬度和耐磨性，在使用中保持正确形状以保证宽厚钢板的正确变形，以及在使用中模具不产生剥落等缺陷以避免划伤钢板。

本发明首先在UOE焊管机组弯边机用铸造压模的成分上进行了合理的成分选择，铸造压模以重量百分比计为：C：1.6～2.4%、Si：0.2～1.0%、Mn：1.2～1.8%、P≤0.05%、S≤0.05%、Nb：1.5～3.0%、Cr：12.0～16.0%、RE：0.05～0.3%，余量为Fe。本发明还对其成分进行优化选择，即优先选择铸造压模以重量百分比计为：C：1.8～2.2%、Si：0.4～0.8%、Mn：1.4～1.6%、P≤0.05%、S≤0.05%、Nb：1.8～2.5%、Cr：13.0～15.0%、RE0.05～0.3%，余量为Fe。

本发明的铸造成分中有较高铌含量。铌是一种VB族金属元素，其原子序数为41，原子量为92.91，原子半径为1.43×10^-8厘米。铌是一种最有效的细化晶粒的合金化元素。铌可以细化晶粒、延迟再结晶、沉淀强化基体，固溶铌可以推迟相转变，促进低温转变产物的生成。由于铌在高铬铸铁中全部以碳化铌的形式存在,与碳化铬互不相溶，故铌能较大幅度地提高高铬铸铁的韧性和耐磨性。采用适量的铌和锰配合还可以替代高铬铸铁中的钼。铌的强化效果作用非常显著，为硅的35-78倍、锰的41-87倍、铬的50-117倍、镍的87-175倍，可以代替2倍的钒或3倍的钛。因此，本发明采用了1.5～3.0%的铌，来达到强化压模的性能，节约材料的效果。在保证压模产品使用性能和质量的前提下，本发明没有使用传统高铬材料中的Ni、Mo、V等贵重金属，实现减排和降低成本的目的和效果。

锻造材质X155CrVMo121和Cr12Mo1V1的化学成分分别为C：1.50～1.60%、Si：0.10～0.40%、Mn：0.15～0.45%、P：≤0.030%、S：≤0.030%、Cr：11.0～12.0%、Mo：0.60～0.80%、V：0.90～1.10%；和C：1.40～1.60%、Si：≤0.60%、Mn：≤0.60%、P：≤0.030%、S：≤0.030%、Cr：11.0～13.0%、Mo：0.70～1.20%、V：0.50～1.10%，与本发明的铸造材料成分相比成本要高，因其还含有Mo和V。此外，铸造成型比锻造成型更加接近成品形状，增加了材料利用率，省略了锻造工序，节约了大量能源，与锻造压模模具制造技术相比，本发明最大限度地降低了贵重金属的使用和制造成本。

本发明上述压模成分的选择，适用于制备铸造模具，尤其适用于与引进UOE焊管机组弯边机用模具配套的细长压模的铸造成型和加工。

本发明在制备UOE焊管机组弯边机用铸造压模时，采用了本发明独特设计的铸造模型，并采用了以下步骤进行制备：

本发明采用平浇铸造模型，压模曲面即工作面向下，使截面积自下而上呈从小到大，有利于顺序均匀凝固，浇铸温度1380～1420℃。

本发明在压模铸型中设置了与铸件基本等长，两端带有浇口的横浇道，在横浇道上设置有多个与铸型型腔连接的分浇道，本发明在实施中根据压模铸型的大小和长度设置为4-6个，也可以设置更多的分浇道。在浇铸时将融熔或精炼的铁水从横浇道的两端同时浇入，使铁水迅速进入多个分浇道和很快进入型腔做到完全充型，大大提高了浇铸速度，保证了铸件凝固的一致性。

本发明在压模铸型的下方设置有可以进行纵向和横向交替运动的平台和操作装置，在浇铸完成后铸型静置一段时间，当铁水温度降至1280～1300℃时，启动运动平台，使压模铸型交替进行纵向和横向运动，运动频率为40～60次/min，运动幅度为3～5mm、每一方向运动4～6分钟后，静置2～3分钟然后再进行另一方向运动。当温度降至900～950℃时，停止运动平台，使铸件均匀的凝固，使铸件组织的晶粒更加细化；待温度降至200℃以下时开箱，清理铸件铸坯。

本发明的运动原理在于通过压模铸型的运动，使最初形成的枝晶被破碎，破碎的枝晶分布于整个液体中，因而创造了有效的形核核心，导致铸件产生细小、均匀和等轴的晶粒，同时还可以有效的避免缩松等铸造缺陷的产生。本发明的铸造压模经过超声波探伤达到国标2级以上。本发明在压模铸型中设置了多点测温探头，铸件温度可以通过设置在铸型中的测温探头进行探测，以随时监控铁水温度的变化。

根据本发明的方法所制备的铸造压模获得了组织均匀细化的等轴细晶优质铸坯。铸造压模的性能可达到，抗拉强度700～740Mpa，冲击韧性≥4J/cm²，硬度HRC58～61，完全满足了大口径厚壁直缝UOE焊管机组弯边机用模具的服役条件。经实际装机使用，均已达到了进口锻造X155CrVMo121模具的水平。而本发明铸造方法制造的模具，不但节省了合金材料，还以铸代锻简化了生产工艺，使生产成本大大降低，体现了明显的技术进步。

本发明的铸造压模铸坯在经过常规的退火软化，粗加工，硬化热处理后，经精加工成为铸造压模产品。

实施例1

实施例1是本发明为国内引进UOE焊管机组弯边机制造的铸造压模下模，该压模长5.9m、宽0.595m、高0.3m；压模的成分按重量百分比选择为：C：1.8%、Si：0.25%、Mn：1.2%、P:0.02%、S:0.02%、Nb：2.9%、Cr：13.0%、RE：0.25，余量为Fe。

根据实施例1的压模成分，采用本发明的铸造模型和制备方法进行了以下压模铸件的铸造。

本实施例采用平浇铸造模型，压模曲面即工作面向下，在压模铸型中设置了长5.9m两端带有浇口的横浇道，在横浇道上均匀设置有5个与铸型型腔连接的分浇道，将精炼铁水从横浇道的两端同时浇入，使铁水迅速进入5个分浇道，通过分浇道很快进入铸型型腔并且很快完全充型，用时约35s。浇铸温度1380℃，浇铸完成后使铸型静置，当铁水温度降至1280～1300℃时，启动运动平台，以50次/min频率进行横向幅度为3～5mm的运动，运动5分钟后静止3分钟，然后再以同样的频率、幅度和时间进行纵向运动，以此类推，直至铁水温度降至900℃时停止，使铸件均匀的凝固，组织晶粒更加细化。待温度降至200℃以下时开箱清理铸件铸坯。经过超声波探伤和金相测试，本实施例凝固均匀，未见缩松等铸造缺陷，压模铸坯结晶晶粒细小、均匀。压模铸件的性能质量得到了保证。

对所述的压模铸坯进行常规的退火软化、粗加工、硬化热处理、精加工出UOE焊管机组弯边机铸造压模下模产品。

经测验，本实施例压模的抗拉强度达到720Mpa，冲击韧性5J/cm²，而压模的硬度达到了HRC60。经实际装机使用，达到了进口锻造产品的性能，使铸造压模完全可以替代进口锻造模具，同比磨损量小于进口锻造压模，满足了大口径厚壁直缝UOE焊管机组弯边机用下模的需求，实现了该种模具的高质量国产化。

实施例2

实施例2为本发明为国内引进UOE焊管机组弯边机制造的铸造压模下模，该压模长5.8m、宽0.595m、高0.3m；压模的成分按重量百分比选择为：C：2.0%、Si：0.5%、Mn：1.4%、P:0.03%、S:0.02%、Nb：2.4%、Cr：14.0%、RE：0.1，余量为Fe。

根据本实施例的压模成分和本发明的铸造模型，进行压模铸件的铸造。本实施例采用平浇铸造模型，压模曲面即工作面向下，在压模铸型中设置了长5.8m两端带有浇口的横浇道，在横浇道上设置了4个与铸型型腔连接的分浇道，将精炼铁水从横浇道的两端同时浇入，铁水迅速进入各个分浇道并且很快进入铸型型腔，用时约35s使型腔很快完全充型。浇铸温度1400℃，浇铸后铸型静置一段时间，当铁水温度降至1280～1300℃时，启动运动平台以40次/min频率进行横向幅度为3～5mm的运动，运动4分钟后静止2分钟，再以同样的频率、幅度和时间进行纵向运动，如此反复，至铁水温度降至920℃时停止运动。待温度降至200℃以下开箱。经过超声波探伤和金相测试，本实施例的铸件晶粒细小、凝固均匀，未见其它铸造缺陷。对铸件进行退火，粗加工，硬化，精加工等工序处理，使其成为性能良好的UOE焊管机组弯边机铸造下模。

经测验，本实施例压模的抗拉强度达到710Mpa，冲击韧性4.5J/cm²，而压模的硬度达到了HRC59。实际装机使用后证明，铸造压模的使用性能与锻造压模的性能相同，同比磨损量小于进口锻造压模，完全可以替代锻造模具。

实施例3

实施例3为本发明为国内引进UOE焊管机组弯边机制造的铸造压模上模，该压模长6m、宽0.6m、高4m；压模的成分按重量百分比选择为：C：2.2%、Si：0.7%、Mn：1.6%、P:0.03%、S:0.02%、Nb：1.9%、Cr：15.0%、RE：0.2，余量为Fe。

按照本实施例压模成分和本发明的铸造模型，采用本发明的制备方法进行压模的铸造。采用平浇铸造模型，压模工作面向下，在6m压模铸型中设置了两端带有浇口的横浇道，横浇道上设置有6个与铸型型腔连接的分浇道，当融熔铁水从横浇道的两端同时浇入时，铁水迅速进入各分浇道，并且很快进入型腔进行完全充型。浇铸温度1420℃，浇铸后铸型静置至铁水温度降至1280～1300℃时，启动运动平台，以60次/min频率进行横向幅度为3～5mm的运动，运动6分钟后静止3分钟，再以同样的频率和时间进行纵向运动，直至铁水温度降至950℃时停止。在温度降至200℃以下时开箱处理铸件。然后对铸件进行热处理和粗精加工即可。

本实施例经过探伤和测试，没有铸造缺陷，金相组织细小均匀。同时，压模的抗拉强度达到了740Mpa，冲击韧性4.2J/cm²，而压模的硬度也达到了HRC61。经实际使用中性能良好，同比磨损量小于进口锻造压模，实现了非常好的性价比效果。

实施例4

实施例4为本发明为国内引进UOE焊管机组弯边机制造的铸造上模，该压模长5.9m、宽0.6m、高0.35m；压模的成分按重量百分比选择为：C：2.4%、Si：0.8%、Mn：1.8%、P:0.026%、S:0.02%、Nb：1.6%、Cr：16.0%、RE：0.3，余量为Fe。

按上述压模成分，采用本发明的铸造模型和制备方法，本实施例采用平浇铸造模型，压模工作面向下，在压模铸型中设置了长5.9m两端带有浇口的横浇道，在横浇道上设置有5个与铸型型腔连接的分浇道，融熔铁水从横浇道的两端同时浇入各分浇道，并且迅速进入型腔进行充型，仅用时约32s。浇铸温度1410℃。将铸型静置到铁水温度降至1280～1300℃时，启动运动平台以50次/min频率进行横向幅度为3～5mm的运动，运动5分钟后静止3分钟，然后再进行同样的纵向运动，直至铁水温度降至930℃时停止。当温度降至200℃以下时开箱清理铸坯。最后进行热处理和粗精加工。

本实施例的产品经检测，各项性能指标均达到了所要求的指标。

上述实施例已经使用在国内的大型钢管生产企业，并且经过使用证明，均可与进口锻造压模相媲美，其耐磨性能已经达到了进口锻造压模水平，且同比磨损量小于进口锻造压模。因此可以说，铸造压模完全可以替代进口锻造模具，完全可以满足大口径厚壁直缝UOE焊管机组弯边机用压模的需求。

本发明采用合理的设计成分，设计了独特的铸造模型，并且采用具有创造性的铸造方法制备的UOE焊管机组弯边机铸造压模，产品的使用性能与进口锻造压模相比更好。本发明可以代替锻造压模，使生产成本大幅降低，节能节材。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明设计思想的范围内，可以进行各种变形和修改，这些变化均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种UOE焊管弯边机铸造压模，其特征在于，所述铸造压模以重量百分比计为：C：1.6～2.4%、Si：0.2～1.0%、Mn：1.2～1.8%、P≤0.05%、S≤0.05%、Nb：1.5～3.0%、Cr：12.0～16.0%、RE：0.05～0.3%，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述铸造压模，其特征在于，所述铸造压模以重量百分比计为：C：1.8～2.2%、Si：0.4～0.8%、Mn：1.4～1.6%、P≤0.05%、S≤0.05%、Nb：1.8～2.5%、Cr：13.0～15.0%、RE0.05～0.3%，余量为Fe。

3.一种UOE焊管弯边机铸造压模制备方法，其特征在于，采用以下步骤：

在压模铸型中设置有与铸件等长，两端带有浇口的横浇道，在横浇道上设置有多个与铸型型腔连接的分浇道，浇铸时将精炼后的铁水从横浇道的两端同时浇入，使融熔铁水迅速进入多个分浇道并且很快完全充型;

在压模铸型下方设置有进行纵向和横向交替运动的平台，浇铸完成后一段时间，当铁水温度降至1280～1300℃时，启动运动平台，使压模铸型交替进行纵向和横向运动，使压模铸件有序均匀凝固；当温度降至900～950℃时，停止运动平台，至温度降至200℃以下时开箱；

然后对铸件进行退火，粗加工，硬化处理，最后精加工成压模产品。

4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述多个分浇道根据压模铸型的大小设置为3-6个或更多。

5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述压模铸型进行纵向和横向交替运动包括，纵向或横向运动幅度为3-5mm，40～60次/min，每次纵向或横向运动4～6分钟后，静置2～3分钟后再进行下一个纵向或横向运动，直到铁水在压模铸型中均匀凝固。

6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，在所述压模铸型中设置了多点测温探头，以随时监控压模铸型温度的变化。

7.一种UOE焊管弯边机铸造压模用铸造模型，其特征在于，在平浇铸造压模铸型中设置有多个分浇道；其中，压模铸型曲面向下，在压模铸型中设置有与铸件等长，两端带有浇口的横浇道，在横浇道上设置有多个与铸型型腔连接的分浇道；在压模铸型下方设置有进行纵向和横向交替运动的平台。

8.根据权利要求8所述铸造模型，其特征在于，所述多个分浇道根据压模铸型的大小设置为3-6个或更多。

9.根据权利要求8所述铸造模型，其特征在于，所述压模铸型进行纵向和横向交替运动包括，纵向或横向运动幅度为3-5mm，40～60次/min，每次纵向或横向运动4～6分钟后，静置2～3分钟后再进行下一个纵向或横向运动。

10.根据权利要求8所述铸造模型，其特征在于，在所述压模铸型中设置了多点测温探头，以随时监控压模铸型温度的变化。

11.根据权利要求1或3或7，其特征在于，所述铸造压模的抗拉强度为700～740Mpa，冲击韧性≥4J/cm²，硬度HRC58～61。