CN105463311B - 一种高精度冷拔管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高精度冷拔管及其制作方法,采用低合金高强度结构钢作为坯料,主要由碳、硅、锰、磷、硫、铌、钒、钛、铬、镍、铜、氮、钼、调整炼钢质量和机械性能加入的铝元素和微量硼元素以及铁组成,其具有高精度、高强度和高韧性;制作方法简单,制得的钢管不仅精度高,而且强度和韧性都比冷拔管高。利用本发明,可制作出一种强韧化处理的高精度冷拔管,可保证同种材料的冷拔管抗拉强度超出国家标准100Mpa、且V2型缺口冲击试样的测试结果超过27J。
Description
技术领域
本发明涉及一种高精度冷拔管及其制作方法,属于钢管技术领域。
背景技术
行业内的冷拔管,采用多道次冷拔或一道次或两道次连续冷拔成型。对于多道次冷拔的钢管,如果中间不经过多次热处理,有产生细微裂纹甚至断裂的风险;对于一道次或两道次连续冷拔成型的钢管,虽然便于生产,但尺寸精度稳定性差强人意,且没有充分发挥材料的性能,强度还有提升空间。且国内外的冷拔管最终热处理温度一般高于500℃,以去除残余应力,提高冷拔管的韧性,但同时也降低了冷拔管的强度,弱化了冷拔的部分效果。
目前,已有这方面的相关专利,如:于2015年2月11日公开的专利名称为“一种高强度冷拔钢管的制造方法”的发明专利,制造方法包括如下步骤:去应力退火;将轧制管引入加热炉中加热并且保温,随炉冷却后出炉得到退火管坯;酸洗处理;将退火管坯进行酸洗,去除表面的锈皮;磷化处理;在管坯的表面形成磷酸锌的化学生成覆膜;皂化处理;在覆膜上形成金属皂等润滑覆膜;冷拔;将待冷拔管坯进行冷拔加工,得到冷拔管;成品热处理;将冷拔管引入退火炉进行成品热处理,控制成品热处理的温度和时间得到高强度冷拔钢管。该发明的方法得到强度高、表面性能优良的机械结构用钢管。但是,在实际使用过程中存在如下问题:
1、该发明采用冷扎加冷拔的方式制造钢管,由于冷轧管的制造方法限制,只能采用热轧管作为毛坯,即实际制造方法为热轧管→冷轧→去应力退火→包括酸洗、磷化、皂化工序的表面处理→一道次冷拔→500-600℃保温8-10小时的成品热处理。由于冷轧是由多道工序加工成型,且比热轧管成本增加超过20%,专利中未述及这种较复杂的、成本高加工方法能提高的多少强度。
2、该发明采用的去应力退火工序,增加了电能消耗;采用的随炉冷却的方式,周期较长;热处理后产生的表面氧化皮增加了后道酸洗工序的难度;由于热处理和酸洗周期增加,使生产周期延长、成本增加。
3、该发明采用500-600℃保温8-10小时的退火工序,生产周期较长、成本高。
4、该发明未述及加工方法对钢管韧性的影响。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种高精度冷拔管,其具有高精度、高强度和高韧性;制作方法简单,制得的钢管不仅精度高,而且强度和韧性都比冷拔管高。利用本发明,可制作出一种强韧化处理的高精度冷拔管,可保证同种材料的冷拔管抗拉强度超出国家标准100Mpa、且V2型缺口冲击试样的测试结果超过27J。
为了实现上述目的,本发明采用的一种高精度冷拔管,采用低合金高强度结构钢作为坯料,化学元素组成及质量百分比含量为:碳C≤0.20%、硅Si≤0.50%、锰Mn≤1.70%、磷P ≤0.035%、硫S≤0.035%、铌Nb≤0.07%、钒V≤0.20%、钛Ti≤0.20%、铬Cr≤0.30%、镍Ni ≤0.80%、铜Cu≤0.30%、氮N≤0.015%、钼Mo≤0.20%,调整炼钢质量和机械性能加入的铝 Al元素和微量硼B元素,余量为铁Fe。
优选地,当钒V≤0.15%、镍Ni≤0.50%、氮N≤0.012%、钼Mo≤0.10%时,抗拉强度≥700Mpa、冲击功≥27。
优选地,当钒V≤0.20%、镍Ni≤0.50%、氮N≤0.015%、钼Mo≤0.10%时,抗拉强度≥745Mpa、冲击功≥27。
优选地,当钒V≤0.20%、镍Ni≤0.80%、氮N≤0.015%、钼Mo≤0.20%时,抗拉强度≥800Mpa、冲击功≥27。
优选地,采用无缝管为坯料冷拔加工成型。
优选地,冷拔管的外径≥70mm,壁厚≥7.5mm。
一种高精度冷拔管的制作方法,制作方法的具体步骤是:
步骤a、车拉拔头:车削外径尺寸比外模小2-3mm,内孔直径-内模外径≥1mm;
步骤b、表面处理:酸洗去除钢管表面氧化皮,磷化液与铁基体反应生成磷化膜,皂化液浸润吸附在疏松多孔的磷化膜孔隙中;
步骤c、两道次冷拔:将皂化后的钢管进行两道次冷拔加工;
步骤d、强韧化热处理:对两道次冷拔的钢管进行强韧化热处理;
步骤e、校直:采用点校的方式,控制任意位置直线度≤0.02mm/m,全长直线度≤2mm,,料头、料尾长度可控制在300mm以内;
步骤f、定尺锯切:根据需求长度锯切冷拔管。
优选地,步骤c中,两个道次总变形量控制在1.25-1.45,第二道次冷拔前停放时间控制在20分钟-5小时,第二道冷拔变形量大于第一道次且减壁量≥1mm,两个道次之间无需二次磷化皂化。
优选地,步骤d中,退火温度为380-500℃,保温时间2.5-5小时,出炉温度≤350℃。
优选地,步骤b中,控制磷化膜厚度10-30μm。
与现有技术相比,本发明采用热轧管,相比于冷轧管,成本更低;采用低合金高强度钢,无需坯料退火,可节约能耗和成本,效率更高;采用两道次冷拔,中间不增加退火,成本更低、效率更高;量化控制磷化膜厚度,可供一次表面处理后的两次冷拔;两个道次冷拔之间不增加退火、第二道次变形大于第一道次,冷拔管直线度更好,有利于保证成品管精度;成品退火采用低温热处理,不仅减少了热处理变形,而且进一步提高冷拔管强度、同时提高了冷拔管的冲击韧性。综合来看,本发明加工周期更短、成本更低、更有利于发挥材料性能,有利于工业化量产。成品冷拔管的低温强韧化热处理,可以同时提高冷拔管的强度和韧性,与常规热处理配合使用,可以使同种材料发挥不同梯度的机械性能,从而可以减少制造企业的原材料种类,进而降低原材料库存。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种高精度冷拔管,采用低合金高强度结构钢作为坯料,化学元素组成及质量百分比含量为:碳C≤0.20%、硅Si≤0.50%、锰Mn≤1.70%、磷P≤0.035%、硫S≤0.035%、铌Nb≤0.07%、钒V≤0.20%、钛Ti≤0.20%、铬Cr≤0.30%、镍Ni≤0.80%、铜Cu≤0.30%、氮N≤0.015%、钼Mo≤0.20%,调整炼钢质量和机械性能加入的铝Al元素和微量硼B元素,余量为铁Fe。
优选地,当钒V≤0.15%、镍Ni≤0.50%、氮N≤0.012%、钼Mo≤0.10%时,抗拉强度≥700Mpa、冲击功≥27。
优选地,当钒V≤0.20%、镍Ni≤0.50%、氮N≤0.015%、钼Mo≤0.10%时,抗拉强度≥745Mpa、冲击功≥27。
优选地,当钒V≤0.20%、镍Ni≤0.80%、氮N≤0.015%、钼Mo≤0.20%时,抗拉强度≥800Mpa、冲击功≥27。
优选地,采用无缝管为坯料冷拔加工成型。
优选地,冷拔管的外径≥70mm,壁厚≥7.5mm。
如图1所示,一种高精度冷拔管的制作方法,制作方法的具体步骤是:
步骤a、车拉拔头:车削外径尺寸比外模小2-3mm,内孔直径-内模外径≥1mm;
步骤b、表面处理:酸洗去除钢管表面氧化皮,磷化液与铁基体反应生成磷化膜,可控制磷化膜厚度10-30μm,皂化液浸润吸附在疏松多孔的磷化膜孔隙中;
步骤c、两道次冷拔:将皂化后的钢管进行两道次冷拔加工;优选地,第二道次冷拔前停放时间控制在20分钟-5小时,可进一步提高冷拔管强度;两个道次总变形量控制在1.25-1.45,第二道冷拔变形量大于第一道次且减壁量≥1mm,将得到更高的尺寸稳定性和提高了冷拔直线度。由于工序b的润滑膜厚度足以支持两道次冷拔,故两道次之间无需二次磷化皂化,进而减少了物料转运、节约了生产成本;
步骤d、强韧化热处理:对两道次冷拔的钢管进行强韧化热处理,通过该处理可同步提升冷拔管的强度和韧性,使残余应力重新分布。当退火温度过高时,韧性有余而强度不足。其退火温度为380-500℃,保温时间2.5-5小时,出炉温度≤350℃;经实验发现,当退火温度为400-500℃,保温时间2.5-5小时,出炉温度≤350℃,得到强韧化处理的冷拔管最佳;
步骤e、校直:采用点校的方式,控制任意位置直线度≤0.02mm/m,全长直线度≤2mm,,料头、料尾长度可控制在300mm以内;
步骤f、定尺锯切:根据需求长度锯切冷拔管。
优选地,在对钢管进行酸洗时,控制酸液中亚铁离子含量并防止形成结晶,可有效缩短酸洗周期。
优选地,在对钢管进行强韧化热处理时,壁厚低于15mm时保温时间2.5-4.5小时,壁厚高于15mm时,保温时间3.5-5小时,经测试,这样处理时,具有较佳的经济性。
优选地,在对钢管进行精校直时,采用点校的方式可校直钢管端部1m范围以内的直线度,从而控制料头、料尾长度可控制在300mm以内,提高了材料的利用率。
优选地,通过控制拔制速度,使冷拔管与模具接触面的瞬时摩擦温度超过200℃,有利于促进磷化皂化膜进一步发生化学反应,提高润滑效果。
由上述制作方法可见,本发明采用钢管经两道次冷拔加工后低温热处理的方法加工而成,加工步骤如下:车拉拔头→包含酸洗、磷化、皂化的表面处理→两道次冷拔→强韧化热处理→精校直,整个制作过程简单,制得的冷拔管不仅精度高,而且保证了强度和韧性,加工周期短、成本低、有利于发挥材料性能,有利于工业化量产。通过合理分配每道次变形及生产节奏、控制两道次冷拔的总变形量保证了冷拔的精度。成品冷拔管的低温强韧化热处理,可以同时提高冷拔管的强度和韧性,与常规热处理配合使用,可以使同种材料发挥不同梯度的机械性能,从而可以减少制造企业的原材料种类,进而降低原材料库存。
Claims (2)
1.一种高精度冷拔管的制作方法,其特征在于,高精度冷拔管采用低合金高强度结构钢作为坯料,化学元素组成及质量百分比含量为:碳C≤0.20%、硅Si≤0.50%、锰Mn≤1.70%、磷P≤0.035%、硫S≤0.035%、铌Nb≤0.07%、钒V≤0.20%、钛Ti≤0.20%、铬Cr≤0.30%、镍Ni≤0.80%、铜Cu≤0.30%、氮N≤0.015%、钼Mo≤0.20%,调整炼钢质量和机械性能加入的铝Al元素和微量硼B元素,余量为铁Fe;采用无缝管为坯料冷拔加工成型;冷拔管的外径≥70mm,壁厚≥7.5mm;高精度冷拔管制作方法的具体步骤是:
步骤a、车拉拔头:车削外径尺寸比外模小2-3mm,内孔直径-内模外径≥1mm;
步骤b、表面处理:酸洗去除钢管表面氧化皮,磷化液与铁基体反应生成磷化膜,皂化液浸润吸附在疏松多孔的磷化膜孔隙中;
步骤c、两道次冷拔:将皂化后的钢管进行两道次冷拔加工;两个道次总变形量控制在1.25-1.45,第二道次冷拔前停放时间控制在20分钟-5小时,第二道冷拔变形量大于第一道次且减壁量≥1mm,两个道次之间无需二次磷化皂化;
步骤d、强韧化热处理:对两道次冷拔的钢管进行强韧化热处理,退火温度为380-500℃,保温时间2.5-5小时,出炉温度≤350℃;
步骤e、校直:采用点校的方式,控制任意位置直线度≤0.02mm/m,全长直线度≤2mm,料头、料尾长度控制在300mm以内;
步骤f、定尺锯切:根据需求长度锯切冷拔管。
2.根据权利要求1所述的一种高精度冷拔管的制作方法,其特征在于,步骤b中,控制磷化膜厚度10-30μm。
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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