CN1080229A

CN1080229A - 一种制造厚壁长管重型机件的方法

Info

Publication number: CN1080229A
Application number: CN 93106430
Authority: CN
Inventors: 石崇哲; 王正品; 王静宜; 范新会; 杨通; 卞建春
Original assignee: XI'AN POLYTECHNICAL COLLEGE
Current assignee: XI'AN POLYTECHNICAL COLLEGE
Priority date: 1993-05-29
Filing date: 1993-05-29
Publication date: 1994-01-05

Abstract

本发明提供一种制造厚壁长管重型机件的方法，涉及炼钢和热加工领域。本发明的方法是在钢熔炼并进行精炼和除气后，离心铸造成厚壁管坯，接着利用铸坯的高温热状态进行旋转精密锻造成型，并随后冷却。本发明的方法用于制造诸如钻铤、加重钻杆、钻杆、高压釜、轴、发电机转子轴、汽轮机转子轴、火炮身管等各种厚壁长管重型机件，具有生产效率高、材料利用率高、投入产出周期短、工艺简便、能耗低、成本低的优点。

Description

本发明是一种制造厚壁长管重型机件的方法，涉及炼钢和热加工领域。

厚壁长管重型机件的特征是：壁厚≥25mm、长度≥2000mm，这具体是指：钻铤、加重钻杆、钻杆、高压釜、轴、发电机转子轴、汽轮机转子轴、火炮身管等，以及其它具有上述特征的机件。这类机件的典型代表是钻铤。

钻铤的技术条件按API（美国石油学会）标准执行。现行的制造方法是：采用4145H钢，其工艺过程为：

（1）电弧炉炼钢;

（2）铸成锭;

（3）铸锭高温加热，1250℃扩散退火;

（4）水压机开坯;

（5）220-350℃扩氢退火150小时;

（6）车削外径和深钻孔等切削加工成厚壁管坯;

（7）高温加热1250℃;

（8）旋转精密锻造成型;

（9）空冷;

（10）860℃正火热处理;

（11）850℃淬火热处理;

（12）450-650℃回火热处理;

（13）校直;

（14）回火去应力;

（15）切削加工截去两端头，车削两端头接头螺纹;

（16）检验，防锈，包装。

现行制造方法的优点是采用了旋转精密锻造成型，有利于产品性能的提高。缺点是耗能特多，在精锻前有数次高温加热及长时间退火，消耗重油燃料平均每支钻铤约1900kg，精锻成型后也有数次热处理加热，由正火和淬火与回火热处理消耗的电能平均每支钻铤约2500kwh;间歇作业，工序繁多，生产效率低，投入产出周期长达2-3个月;钢材利用率低，仅47%;淬火产生裂纹，淬火裂纹废品率有时高达12%;淬火变形大，需要校直;成本高。

本发明的目的是发挥现有方法的优点，消除现有方法的缺点，创造出一种高效、高质、节材、节能、经济的制造厚壁长管重型机件的新方法。

本发明的方法即制造厚壁长管重型机件的工艺过程为：

（1）炼钢并精炼和除气，使H＜2ppm;

（2）离心铸造成厚壁管坯，1000-1300℃热脱膜;

（3）1250-550℃旋转精密锻造成型;

（4）冷却至200℃以下;

（5）200-650℃回火热处理;

（6）切削加工。

工艺步骤（1）为电弧炉炼钢及炉外精炼和真空除气。工艺步骤（3）的旋转精密锻造温度为1250-850℃或1000-550℃。旋转精密锻造成型后工艺步骤（4）的冷却方式为空冷或风冷或冷却液喷淋冷或冷却液浸冷。当工艺步骤（3）的旋转精密锻造温度为1250-850℃，旋转精密锻造成型后工艺步骤（4）的冷却方式为空冷或风冷时，也可以在工艺步骤（4）和（5）之间加入淬火或正火热处理，淬火或正火温度为830-980℃。也可以在淬火或正火热处理之前再加入粗切削加工工艺步骤。

本发明的方法即制造厚壁长管重型机件的工艺过程采用连续作业，简化生产工序，提高生产效率，缩短投入产出周期;炼钢时进行精炼和除气，使H＜2ppm，以取消扩氢退火;采用离心铸造成厚壁管坯以提高铸坯组织质量，省去扩散退火，提高材料利用率，并使之利用热管坯进行旋转精密锻造;保留旋转精密锻造成型工艺以提高产品质量，提高材料利用率和提高生产效率;取消精锻前的多次高温加热以节约能源;采用重型机件用高强韧性高淬透性空冷贝氏体合金结构钢或采用锻后余热热处理工艺使之能取消热处理加热，以节约能源和缩短投入产出周期。所有这些措施都使产品成本大幅度降低。这些目标其所以能够达到，是由于本发明的制造方法采用了技术先进的炼钢精炼和除气技术，采用了技术先进的离心铸造技术，采用了技术先进的旋转精密锻造技术，采用了技术先进的空冷贝氏体钢技术或者采用技术先进的锻造形变热处理技术，这就使得本发明产生了非常突出的经济效益。

本发明的制造方法具有如下优点：

（1）生产过程简单，生产工序减少一半，连续作业，生产效率高，大大缩短投入产出周期。对于钻铤，现有方法的投入产出周期为2-3个月，本发明的方法其投入产出周期仅2-5天;

（2）非常显著地节约了能源，省去了现有方法中的数次高温加热，长时间退火和数次热处理。对于钻铤，现行方法平均每支钻铤消耗重油1900kg，消耗电能2500kwh，而本发明的方法只需消耗重油100kg，消耗电能200kwh;

（3）省去加热炉和热处理设备及其配套系统的投资建造和运行与维修费用;

（4）材料利用率高，对于钻铤，现有方法的材料利用率为47%，本发明的方法高达90%;

（5）产品质量优良，强韧性高;

（6）大大地降低了产品成本。

本发明的非限定实施例：

石油钻井用10in钻铤的制造。产品主要技术要求：外径254mm、内径71.4mm、长度9144mm，（重量3350kg），两端头接头型式NC61，抗拉强度σ_b≥930MPa、夏氏缺口冲击韧性功AKV≥54J。10in钻铤的制造工艺过程为：

（1）电弧炉炼钢，采用重型机件用高强韧性高淬透性空冷贝氏体合金结构钢15SiMn3MoBRe，炉外精炼并除气，使H＜2ppm;

（2）离心铸造成内孔径71mm、长4000mm、外径404mm、重约3700kg的厚壁管坯。采用中转速慢浇注，浇注时间4-10分钟，旋转凝固时间25-45分钟。液压顶推热脱模;

（3）高温铸坯送至1100℃的高温保温炉中待锻（在连续作业生产线上设置此高温保温炉对调节生产节律是必须的）;

（4）热旋转精密锻造，内外径达成型尺寸，长度约9600mm，锻造比＞2，终锻温度＞850℃;

（5）冷却室风冷至＜300℃，平均冷速＞1℃/min（为提高生产效率，节约厂房面积，可以采用风冷）;

（6）250-350℃低温回火4-8h，回火后在冷却室内冷至室温（风冷也是为了提高生产效率，节约厂房面积）;

（7）截去两端头，车削两端头接头螺纹（由于旋转精密锻造的尺寸精度高，因而省去了车削外径工步）;

（8）检验，防锈，包装。性能检测的结果为：抗拉强度平均值σ_b＝1076MPa，散布范围为99.7%的σ_b≥933MPa;夏氏缺口冲击韧性功平均值AKV＝106.4J，散布范围为99.7%的AKV≥69.8J。

Claims

1、一种制造厚壁长管重型机件的方法，其工艺步骤为：

(1)炼钢并精炼和除气，使H＜2ppm；

(2)离心铸造成厚壁管坯，1000-1300℃热脱膜；

(3)1250-550℃旋转精密锻造成型；

(4)冷却至200℃以下；

(5)200-650℃回火热处理；

(6)切削加工。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是：工艺步骤（1）为电弧炉炼钢及炉外精炼和真空除气。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：工艺步骤（3）的旋转精密锻造温度为1250-850℃。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：工艺步骤（3）的旋转精密锻造温度为1000-550℃。

5、根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：旋转精密锻造成型后工艺步骤（4）的冷却方式为空冷或风冷。

6、根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：旋转精密锻造成型后工艺步骤（4）的冷却方式为冷却液喷淋冷或冷却液浸冷。

7、根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：在工艺步骤（4）和（5）之间加入淬火或正火热处理，淬火或正火温度为830-980℃。

8、根据权利要求3所述的方法，其特征是：在工艺步骤（4）和（5）之间加入淬火或正火热处理，其淬火或正火温度为830-980℃。

9、根据权利要求5所述的方法，其特征是：在工艺步骤（4）和（5）之间加入淬火或正火热处理，其淬火或正火温度为830-980℃。

10、根据权利要求7所述的方法，其特征是：在淬火或正火热处理之前再加入粗切削加工工艺步骤。