CN105290282B - 一种超高筒体件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高筒体件的制造方法，该方法生产的筒体件的规格范围为：外径650～900mm，高度700～900mm，高径比1～1.3，该方法包括熔炼浇注、锻造、棒料/管坯退火、热穿孔、荒管/环坯退火、碾环以及筒体件退火步骤，该方法具有批量生产周期短、成材率高、工艺成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及筒体件加工技术领域，具体地，涉及一种超高筒体件的制造方法。
背景技术
筒体件是一种空心构件，一般地，高度/直径≥1，属于一种特殊的环件，而外径小的环件可以通过热轧无缝钢管锯切下料得到，正常规格的环件可以通过棒料作为坯料下料后经过镦粗、冲孔、碾轧成型。而超高筒体件(H＞500mm)，尤其高度接近900mm时，靠近5M碾环机的高度极限，若采用正常碾环工艺流程，由于下料长，导致筒体件成型困难，若采用棒料掏孔后碾扩成型，钢料利用率太低，成本较高。因此，寻求一种既满足技术要求，又经济的成型方法具有十分重要的意义。
采用一般的下料～镦粗～冲孔～碾轧工艺无法满足无缝筒体的高度不小于700mm的生产工艺要求，而且存在制备工艺复杂、流程长、材料利用率低等缺点。具体地，筒体件生产规格为外径Φ为650-900mm，高度700～900mm，高径比1～1.3时，若采用常规工艺生产筒体件，比如下料～镦粗～冲孔～碾轧工艺，存在以下几个方面的技术瓶颈，1)该类筒体件的高度超出了2.5M碾环机的碾轧高度极限；2)外径尺寸超出了170/219/460无缝钢管机组的成管极限；3)5M碾环机碾轧高度虽然满足要求，但是下料长度长，导致常规工艺的冲孔极为困难。4)若采用棒料内镗孔～碾轧成型，成材率大大降低，成本升高，不经济适用。
国外也有采用挤压机压钛合金厚壁Φ460mm×114mm×2380mm筒体，但挤压机的吨位非常巨大，加工费用昂贵，成本偏高。
因此，开发一种生产周期短、成材率高、工艺成本低的高度不小于700mm的无缝筒体件的生产方法是非常必要的。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种超高筒体件的制造方法，该方法生产的筒体件的规格范围为：外径650～900mm，高度700～900mm，高径比(即高与外径之比)1～1.3。中间荒管的尺寸可依据筒体件的规格进行灵活设计。应用该制造方法具有批量生产周期短、成材率高、工艺成本低等优点。将其应用在工业壳体上，可使筒体件减少为2件，使焊接接头减少，同时降低了筒体件之间的开裂风险，大大缩短了工业壳体的生产周期，增加使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种超高筒体件的制造方法，该制造方法依次包括熔炼浇注、锻造、棒料/管坯退火、热穿孔轧制、荒管/环坯退火、碾环以及筒体件退火步骤，其中：
在熔炼浇注步骤中，首先采用6t真空感应炉将原料进行熔炼浇注，之后采用6t真空自耗炉进行重熔浇注，得到Φ638mm真空自耗锭；
在所述锻造步骤中，采用45MN快锻机将所述直径Φ638mm真空自耗锭锻制成直径Φ500mm的棒料/管坯；
在所述热穿孔轧制步骤中，采用460轧管机组将所述直径Φ500mm的棒料/管坯热穿孔并进行轧制，从而得到外径为Φ530mm、壁厚为80～120mm的荒管/环坯；
在所述碾环(环轧)步骤中，首先根据所需筒体件的规格计算所述荒管/环坯的下料长度，然后将下料后的荒管/环坯进行加热，之后通过5M碾环机进行环轧，以得到高度为700～900mm、外径为650～900mm，高和外径比为1～1.3的筒体件。
在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，所述筒体件的壁厚为50-80mm。
在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述锻造步骤中，首先将所述直径Φ638mm真空自耗锭进行加热，加热温度为1170～1200℃，该范围包括了其中的任何数值，例如为1170℃、1180℃、1190℃、1195℃、1200℃等，保温时间为5～7h，该范围包括了其中的任何数值，例如为5h、6h、7h等；然后将Φ638mm真空自耗锭放置于45MN快锻机上进行锻造，所述45MN快锻机的始锻温度≥1050℃，示例性地，该始锻温度可以为1050℃、1060℃、1180℃、1200℃等；停锻温度≥850℃，示例性地，该停锻温度可以为850℃、860℃、880℃、900℃等。
在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述棒料/管坯退火步骤中，退火温度为660～680℃，该范围包括了其中的任何数值，例如为660℃、665℃、670℃、680℃等，保温时间为24～28h，该范围包括了其中的任何数值，例如为24h、25h、26h、28h等，冷却速度≤30℃/h，示例性地，该冷却速度可以为30℃/h、25℃/h、20℃/h等，出炉温度≤350℃，示例性地，出炉温度可以为280℃、300℃、330℃、350℃等，出炉后空冷。
在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述热穿孔轧制步骤中，首先将退火的所述棒料/管坯加热，加热温度为1200～1230℃，该范围包括了其中的任何数值，例如为1200℃、1210℃、1220℃、1230℃等，保温时间为2～3h，该范围包括了其中的任何数值，例如为2h、2.5h、3h等，然后将所述棒料/管坯放置于460轧管机组上进行一火热穿孔并进行轧制；其中，热穿孔轧制的开始温度为≥1100℃(比如1220℃、1200℃、1180℃、1150℃、1120℃、1110℃)，终轧温度为≥900℃(比如1080℃、1050℃、1020℃、1000℃、980℃、950℃)。
在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述荒管/环坯退火步骤中，退火温度为660～680℃，该范围包括了其中的任何数值，例如为660℃、665℃、670℃、680℃等，保温时间为10～12h，该范围包括了其中的任何数值，例如为10h、11h、12h等，冷却速度≤30℃/h，示例性地，该冷却速度可以为30℃/h、25℃/h、20℃/h等，该出炉温度≤350℃，示例性地，出炉温度可以为280℃、300℃、330℃、350℃等，出炉后冷却方式为空冷。
在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述碾环步骤中，所述荒管/环坯的下料长度比所述筒体件高度大10-15mm。
在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述碾环步骤中，所述加热的温度为1150～1170℃，该范围包括了其中的任何数值，例如为1150℃、1160℃、1170℃等，保温时间为2～4h，该范围包括了其中的任何数值，例如为2h、3h、4h等；所述环扎时的开轧温度≥1050℃，示例性地，该开轧温度可以为1050℃、1100℃、1200℃等；停轧温度≥850℃，示例性地，该停轧温度可以为850℃、860℃、900℃、1000℃等。
在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述筒体件退火步骤中，退火温度为660～680℃，该范围包括了其中的任何数值，例如为660℃、665℃、670℃、680℃等，保温时间为10～12h，该范围包括了其中的任何数值，例如为10h、11h、12h等，冷却速度≤30℃/h，示例性地，该冷却速度可以为30℃/h、25℃/h、20℃/h等，出炉温度≤350℃，示例性地，该出炉温度可以为280℃、300℃、330℃、350℃等，出炉后冷却方式为空冷。
在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述碾环步骤中，所述5M碾环机的转速设定为600～700r/min，该范围也包括其中的任何数值，如610r/min、620r/min、630r/min、650r/min、680r/min、700r/min等。
在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述熔炼浇注步骤中，所述真空感应炉的真空度为0.1Pa，浇注温度为1580-1600℃；所述真空自耗炉的真空度为0.01Pa，熔速为400Kg/h。
在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述筒体件退火步骤后还设有机加工步骤，以将所述退火后的筒体件机加工至所需的成品规格。
在上述制造方法中，所述原料可以为低合金超高强度钢，也可以为马氏体时效钢。所用原料，比如钛合金等。更具体地，所述原料可以为低合金超高强度钢如30Si2MnCrMoVE、300M、D6AC、30Cr3SiNiMoVA，或马氏体时效钢C250、T250等。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明方法具有批量生产周期短、成材率高、工艺成本低等优点，而且该方法得到的筒体件，外径650～900mm，壁厚50～80mm，高度不小于700mm且不超过900mm、高径比为1～1.3、其中间荒管的尺寸可依据筒体件的规格进行灵活设计。
附图说明
图1是本发明实施例1的6t真空自耗锭的结构示意图；
图2是本发明实施例1的45MN快锻锻制棒材(管坯)的结构示意图；
图3是本发明实施例1的460机组穿轧荒管(环坯)的横截面示意图；
图4是本发明实施例1的5M碾环机碾轧后得到的筒体件的视图，其中(a)俯视图、(b)主视图和左视图；
图5是本发明实施例1的机加工后成品的视图，其中(a)俯视图、(b)主视图和左视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面以实施例的方式对本发明进一步地详细描述。
实施例1
本实施例生产的筒体件规格如下：外径Φ690mm、壁厚60mm和高度870mm，高径比达1.3。
具体生产方法如下：
(1)管坯生产(45MN快锻机)：将30Si2MnCrMoVE钢真空自耗锭Φ638mm×2400mm，如图1所示；通过45MN快锻机锻制Φ500mm×3800mm棒料，如图2所示。
关键工艺参数：真空自耗锭的加热温度为1200℃，保温时间5h；锻造过程参数设置：开锻温度1060℃，停锻温度860℃。
(2)管坯退火(退火炉)：退火加热温度670℃，保温时间25h，冷却速度30℃/h，出炉温度350℃，出炉后冷却方式为空冷；
(3)荒管生产(460机组)：将管坯加热，加热温度1230℃，保温时间2.5h，一火穿孔后规格Φ555*92，轧制后规格为Φ530*85mm，如图3所示；穿孔轧制的开始温度为1200℃，终轧温度为1000℃。
(4)荒管退火(退火炉)：退火加热温度670℃，保温时间11h，冷却速度30℃/h，出炉温度350℃，出炉后冷却方式为空冷；
(5)下料：用带锯下料，下料后荒管的长度为筒体件的生产高度+10mm即880mm；
(6)筒体件环轧(5M碾环机)：关键工艺参数：加热温度1170℃，保温时间3h；锻造过程参数：开轧温度1050℃，停轧温度850℃；此时得到的筒体件规格如下：外径Φ690mm、壁厚60mm和高度870mm，如图4所示。
(7)筒体件退火:退火加热温度670℃，保温时间11h，冷却速度25℃/h，出炉温度300℃，出炉后冷却方式为空冷。
(8)将退火后的筒体件车光至所需的尺寸，如图5所示。
该实施例得到的筒体件的力学性能参见表1。
表1实施例1得到的筒体件的力学性能
| 性能参数 | Rp0.2(Mpa) | Rm(Mpa) | A(％) | Z(％) | Aku(J) |
| 标准 | ≥1320 | ≥1620 | ≥9 | ≥40 | ≥40 |
| 本实施例实测 | 1490 | 1763 | 11 | 52 | 52 |
实施例2
本实施例生产的筒体件规格如下：外径Φ650mm、壁厚60mm和高度745mm。
具体生产方法如下：
(1)管坯生产(45MN快锻机)：将30Si2MnCrMoVE钢真空自耗锭Φ638mm×2400mm；通过45MN快锻机锻制Φ500mm×3800mm棒料。
设置工艺参数：真空自耗锭的加热温度1170℃，保温时间6h；锻造过程参数：开锻温度1150℃，停锻温度900℃；
(2)管坯退火(退火炉)：退火温度660℃，保温时间25h，冷却速度30℃/h，出炉温度320℃，出炉后冷却方式为空冷；
(3)荒管生产(460机组)：将管坯加热，加热温度1220℃，保温时间2.5h，一火穿孔后规格Φ520*90，轧制后规格为Φ500*80mm；穿孔轧制的开始温度为1150℃，终轧温度为950℃。
(4)荒管退火(退火炉)：退火加热温度660℃，保温时间12h，冷却速度30℃/h，出炉温度320℃，出炉后冷却方式为空冷；
(5)下料(带锯)：用带锯按长度755mm下料；
(6)筒体件环轧(5M碾环机)：关键工艺参数：加热温度1150℃，保温时间4h；锻造过程参数设置：开轧温度1080℃，停轧温度870℃；得到的筒体件的规格如下：外径Φ650mm、壁厚60mm和高度745mm。
(7)退火及车加工:退火加热温度670℃，保温时间10h，冷却速度25℃/h，出炉温度330℃，出炉后冷却方式为空冷，按成品规格车光。
该实施例得到的筒体件的力学性能参见表2。
表2实施例2得到的筒体件的力学性能
| 性能参数 | Rp0.2(Mpa) | Rm(Mpa) | A(％) | Z(％) | Aku(J) |
| 标准 | ≥1320 | ≥1620 | ≥9 | ≥40 | ≥40 |
| 本实施例实测 | 1477 | 1735 | 11 | 53 | 62 |
实施例3
该实施例得到的筒体件规格如下：外径700mm，壁厚90mm，高度890mm。
具体生产方法如下：
(1)管坯生产(45MN快锻机)：将30Si2MnCrMoVE钢真空自耗锭Φ638mm，通过45MN快锻机锻制Φ500mm管坯，
设置工艺参数：加热温度1170℃，保温时间6h；锻造过程参数：开锻温度1150℃，停锻温度900℃；
(2)管坯退火(退火炉)：退火温度660℃，保温时间25h，冷却速度30℃/h，出炉温度320℃，出炉后冷却方式为空冷；
(3)荒管生产(460机组)：将管坯加热，加热温度1220℃，保温时间2.5h，一火穿孔后规格Φ520*90，轧制后规格为Φ500*80mm；穿孔轧制的开始温度为1150℃，终轧温度为950℃。
(4)环坯退火(退火炉)：退火加热温度660℃，保温时间12h，冷却速度30℃/h，出炉温度320℃，出炉后冷却方式为空冷；
(5)下料(带锯)：用带锯按长度900mm下料；
(6)筒体件环轧(5M碾环机)：关键工艺参数：加热温度1150℃，保温时间4h；锻造过程参数设置：开轧温度1100℃，停轧温度920℃，得到的筒体件的外径700mm，壁厚90mm，高度890mm。
(7)退火及车加工:退火加热温度680℃，保温时间12h，冷却速度25℃/h，出炉温度330℃，出炉后冷却方式为空冷.按成品规格车光。
该实施例得到的筒体件的力学性能参见表3。
表3实施例3得到的筒体件的力学性能
| 性能参数 | Rp0.2(Mpa) | Rm(Mpa) | A(％) | Z(％) | Aku(J) |
| 标准 | ≥1320 | ≥1620 | ≥9 | ≥40 | ≥40 |
| 本实施例实测 | 1497 | 1765 | 11 | 52 | 71 |
从以上实施例得到的筒体件的力学性能可以得到，采用本发明方法得到的筒体件的力学性能优于标准值。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超高筒体件的制造方法，其特征在于，依次包括熔炼浇注、锻造、棒料/管坯退火、热穿孔轧制、荒管/环坯退火、碾环以及筒体件退火步骤，其中：
在所述熔炼浇注步骤中，首先采用6t真空感应炉将原料进行熔炼浇注，之后采用6t真空自耗炉进行重熔浇注，得到直径Φ638mm真空自耗锭；
在所述锻造步骤中，采用45MN快锻机将所述直径Φ638mm真空自耗锭锻制成直径Φ500mm的棒料/管坯；
在所述热穿孔轧制步骤中，采用460轧管机组将所述直径Φ500mm的棒料/管坯热穿孔并进行轧制，从而得到外径为Φ530mm、壁厚为80～120mm的荒管/环坯；
在所述碾环步骤中，首先根据所需筒体件的规格计算所述荒管/环坯的下料长度，然后将下料后的荒管/环坯进行加热，之后通过5M碾环机进行环轧，以得到高度为700～900mm、外径为650～900mm，高和外径比为1～1.3的筒体件。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述锻造步骤中，首先将所述直径Φ638mm真空自耗锭进行加热，加热温度为1170～1200℃，保温时间为5～7h；然后将直径Φ638mm真空自耗锭放置于45MN快锻机上进行锻造，所述45MN快锻机的始锻温度≥1050℃，停锻温度≥850℃。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述棒料/管坯退火步骤中，退火温度为660～680℃，保温时间为24～28h，冷却速度≤30℃/h，出炉温度≤350℃，出炉后空冷。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述热穿孔轧制步骤中，首先将退火的所述棒料/管坯加热，加热温度为1200～1230℃，保温时间为2～3h，然后将所述棒料/管坯放置于460轧管机组上进行一火热穿孔并进行轧制，其中，热穿孔轧制的开始温度为≥1100℃，终轧温度为≥900℃。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述荒管/环坯退火步骤中，退火温度为660～680℃，保温时间为10～12h，冷却速度≤30℃/h，出炉温度≤350℃，出炉后冷却方式为空冷。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述碾环步骤中，所述荒管/环坯的下料长度比所述筒体件高度大10-15mm。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述碾环步骤中，所述加热温度为1150～1170℃，保温时间为2～4h；所述环轧时的开轧温度≥1050℃，停轧温度≥850℃。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述筒体件退火步骤中，退火温度为660～680℃，保温时间为10～12h，冷却速度≤30℃/h，出炉温度≤350℃，出炉后冷却方式为空冷。
9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述碾环步骤中，所述5M碾环机的转速设定为600～700r/min。
10.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述熔炼浇注步骤中，所述真空感应炉的真空度为0.1Pa，浇注温度为1580-1600℃；所述真空自耗炉的真空度为0.01Pa，熔速为400Kg/h。
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