CN112090984A - 铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺 - Google Patents

铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，其特征包括合金工具钢材料的选择，在碳素工具钢中按质量百分比加入的合金元素如下：C＝1.4～1.6；Mn≤0.60；Si≤0.60；P≤0.030；S≤0.030；Cr＝11.00～13.00；Mo＝0.70～1.20；V≤1.10；Co≤1.00；等径直管成品材料硬度值HB≤255；通过冷压式锥管成型装置进行锥管成型，保持管体变化率和成型环境温度等工艺手段；在高硬度状态下通过恒低温、冷压、压缩比的控制，圆整度的设计使锥管在成型过程中避免在材料疲劳状态下成型，不仅保证了产品内外各成型尺寸，而且使产品内部材料晶粒均匀细致，达到良好的各项力学性能。

Description

铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺
技术领域
本发明涉及锥管制造技术，尤其是一种铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺。
背景技术
公开技术中无缝锥管加工基本上有以下几种，一是热钆型，如专利公告号为CN104438398A设计的一种无缝钢管锥形加工工艺，设有固定到拉伸夹具装置中频可控加热装置和可变截面成型旋转模具，通过拉拔延伸装置对加热的钢管进行拉拔，温度控制在1200℃左右，运用可变截面成型模具进行挤压达到所需成型的无缝钢管。这种方式可以作为普通钢材锥管的加工，产品晶粒粗，成型后还需要进行切割整形处理，材料利用率低，后序加工工艺多。
另一种是冷压型，如本申请人设计的专利公开号为CN111014302A，一种多辊式无缝锥管超精密成型装置及无缝锥管成型工艺，成型装置包括机架、管材驱动装置、锥管成型辊模和往复运动机构；锥管成型辊模包括若干组沿待加工管材轴线方向依次排列的成型模块，每组成型模块均包括三个绕轴线径向围绕分布的辊模本体，三个辊模本体配合后形成一个整圆形的冷压模口，且随着三个辊模本体的同步旋转，形成的冷压模口直径逐渐增大或减小；成型加工时，进入锥管成型辊模内的直管驱动辊模本体旋转，辊模本体给予直管反作用力对其进行成型加工。
由于铬钼钒钢管具有能100％回收、符合环保、节能、节约资源等国家战略的优点，而目前我国铬钼钒钢管消费量占钢材总量的比重仅为发达国家的一半，随着铬钼钒钢管使用领域的扩大，为各行业发展提供更广阔的空间，未来我国高压铬钼钒钢管长材的需求年均增长10％以上，因此，高精度、高机械性能的铬钼钒钢管是目前本领域急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，它具有一次性成型、尺寸精度高、机械性能优越等特点。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，其特征包括以下内容：
(一)选用合金工具钢材料，在碳素工具钢中按质量百分比加入的合金元素如下：C＝1.4～1.6；Mn≤0.60；Si≤0.60；P≤0.030；S≤0.030；Cr＝11.00～13.00；Mo＝0.70～1.20；V≤1.10；Co≤1.00。
(二)等径直管成品材料硬度值HB≤255。
(三)将等径直管通过冷压式锥管成型装置进行锥管成型，在成型过程中保持管体变化率(压缩比)≤0.05，即管体任意部位每次缩径量在每毫米长度内的变化量小于等于0.05mm。
(四)在锥管成型过程中保持工件自身温度为40℃；这里所指的工件自身温度即管体在辊压过程中自身产生热量所达到的温度。
(五)锥管成型圆整度通过圆整滚压系数控制，成型模每360度旋转6-8次。
(六)锥管成型辊模沿管体长度方向每分钟旋压次数为55-65次。
(七)锥管成型辊模同步匀速旋转进给量每次0.25～0.30mm。
前述的铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺中，作为优选，在锥管成型过程中，单个成型辊模与被加工产品接触面宽度：即压痕弧面辊行距离≥38mm。
前述的铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺中，作为优选，锥管成型过程中保持工件成型环境温度，采用恒温循环冷却液。
前述的铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺中，作为优选，在锥管成型过程中工件自身温度最大值≤80℃。
前述的铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺中，作为优选，所述管体变化率(压缩比)(压缩比)通过等径直管和目标锥管尺寸差值，由冷压式锥管成型装置往复次数完成。
前述的铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺中，作为优选，当锥管成型过程中管体变化率(压缩比)＞0.05，按锥管成型工艺的1*n次进行。
本技术方案选用合金工具钢铬钼钒钢管材料作为产品母材，并进一步对其微量元素进行优化，在符合制管要求的前提下，以优质机械性能成品为研究对象。在等径直管成型时，通过管体温度的限定、硬度值HB的设计等多种手段来保持管体材料自身处于最佳金属力学性能状态的同时被冷压变形加工。
本方案利用多辊式无缝锥管超精密成型装置将等径直管进行成型，在成型过程中始终保持管体任意被加工的部位，每次缩径量在每毫米长度内均在0.05mm以内，引入圆整度概念，通过独特的圆整滚压系数来控制圆度、壁厚偏差、均匀性等参数，如成型模每360度旋转6-8次，从而工件会获得2倍的整圆次数，使得锥管表面“成型节点”自然过渡。
不仅如此，本工艺在锥管成型时，各模具(多辊模)沿管体长度方向每分钟旋压次数设为定量定值，由于模具与产品之间必然存在间隙，本方案的锥管成型过程又是一个往复动作，管体在前进时辊压形变，在后退时也必然出现回弹，无论回弹量多少，本方法由各模具同步匀速施压，共同旋转进给量限值，压痕直行距离合理分布，既避免被加工体在自身材料疲劳状态下加工，使管体全方位得到晶粒公布均匀，又使得弹性、刚度、强度等力学性能达到最优。
另外，等径直管、锥管成型时，材料温度保持低常温状态，采用低成本易购的恒温循环冷却液，防止因较高温度带来的材料分子结构形变。也就是：通过冷却装置及冷却油润滑消除热量，形成金属表面冷却微环境来实现连续成型加工，从而保证原始材料的原始性能。
进一步，本工艺也设有备份工艺，如，在锥管成型过程中管体变化率(压缩比)出现设定值时，可以通过成型次数、辅加保温回火工艺来保证其力学性能。
本技术方案中的管体变化率(压缩比)还可以理解为锥管连续任意截面的同步变化，其工艺手段是根据合金工具钢自身的材料晶粒特征，设计了一种通过连续不间断的微动态变形，获得无成型节点、高机械性能的锥管成型方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在高硬度状态下通过恒低温、冷压、压缩比的控制，圆整度的设计等手段使锥管在成型过程中避免在材料疲劳状态下成型，避免管体在成型过程中出现裂伤，不仅保证了产品内外各成型尺寸，而且使产品内部材料晶粒均匀细致，各项力学性能达到优良。
本工艺获得的锥管产品可以应用于熔喷布生产线，大大延长锥管使用寿命，提高熔喷布质量。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一：一种铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，包括以下内容：
(一)选用合金工具钢材料，在碳素工具钢中按质量百分比加入的合金元素如下：C＝1.4；Mn＝0.60；Si＝0.60；P＝0.030；S＝0.030；Cr＝11.00；Mo＝0.70；V＝1.10；Co＝1.00；其它为铁。
(二)制作等径直管成品，其材料硬度值为HB＝255。
(三)将等径直管通过多辊式冷压式锥管成型装置进行锥管成型，芯棒按标准内孔值+0.20mm配制，具体过程是将等径直管安装在管材驱动装置上，在管材驱动装置作用下等径直管自身做旋转运动，并按设定的速度沿直线输入锥管成型辊模内，每组成型辊模由上下2件单个成型辊模围绕中心线均匀分布构成，根据产品长度设多组成型辊模；锥管成型辊模通过往复运动，使进入锥管成型辊模内的等径直管得到滚压成型。
在成型过程中保持管体变化率(压缩比)≤0.05，即管体任意部位每次缩径变化量每毫米长度内均小于等于0.05mm；采用恒温循环冷却方式获得皂化冷却液，在锥管成型过程中保持工件成型环境温度为40℃；锥管成型圆整度通过圆整滚压系数进行控制，要求是成型模自身旋转运动每360度分6次进行，使锥管得到12-16次的连续修整；锥管成型辊模沿管体长度方向每分钟旋压次数为55次；各成型辊模同步匀速旋转，进给量每次0.25mm。单个成型辊模与被加工产品接触面宽度：即压痕弧面辊行距离为38mm。
以Φ146*12.4(单位mm，下同)直管为例，如果小端直径为90mm，则根据上述工艺可以一次成型。
成品锥管部分力学性能及公差经检测各指标如下:
1.抗拉强度(бb)：1100MPa。
2.延伸率(δ)：7。
3.硬度：布氏硬度(HB)：255。
4.管体表面粗糙度Ra(μm)：未抛光等不去除材料状态下25。
5.圆度：0.005mm。
实施例二：一种铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，其成型过程与实施例一相同，同样以Φ146*12.4直管为例，如果小端直径为50mm，则属于管体变化率(压缩比)大于0.05以上的情况，则锥管成型工艺按实施例一的1*3次进行，另外辅加保温回火工艺，技术要求是在400-420℃温度下保温4小时。
成品锥管部分力学性能经检测各指标如下:
1.抗拉强度(бb)：1050MPa。
2.延伸率(δ)：9。
3.硬度：布氏硬度(HB)：255。
4.管体表面粗糙度Ra(μm)：未抛光等不去除材料状态下12.5～25。
5.圆度：0.006mm。
实施例三：一种铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，包括以下内容：
(一)选用合金工具钢材料，在碳素工具钢中按质量百分比加入的合金元素如下：C＝1.5；Mn≤0.60；Si≤0.60；P≤0.030；S≤0.030；Cr＝12.00；Mo＝0.95；V≤1.10；Co≤1.00；其它为铁。
(二)制作等径直管成品，其材料硬度值为HB＝255。
(三)将等径直管通过多辊式冷压式锥管成型装置进行锥管成型，芯棒按标准内孔值+0.20mm配制，具体过程是将等径直管安装在管材驱动装置上，在管材驱动装置作用下等径直管自身做旋转运动，并按设定的速度沿直线输入锥管成型辊模内，每组成型辊模由上下2件单个成型辊模围绕中心线均匀分布构成，根据产品长度设多组成型辊模；锥管成型辊模通过往复运动，使进入锥管成型辊模内的等径直管得到滚压成型。
在成型过程中保持管体变化率(压缩比)≤0.05，即管体任意部位每次缩径变化量每毫米长度内均小于等于0.05mm；采用恒温循环冷却方式获得皂化冷却液，在锥管成型过程中保持工件成型环境温度为50℃以下；锥管成型圆整度通过圆整滚压系数进行控制，要求是成型模自身旋转运动每360度分7次进行，使锥管得到12-16次的连续修整；锥管成型辊模沿管体长度方向每分钟旋压次数为55次；各成型辊模同步匀速旋转，进给量每次0.25mm。单个成型辊模与被加工产品接触面宽度：即压痕弧面辊行距离为38mm。
以Φ146*12.4(单位mm，下同)直管为例，小端直径为90mm，则根据上述工艺一次成型。
成品锥管部分力学性能经检测各指标如下:
1.抗拉强度(бb)：1100MPa。
2.延伸率(δ)：7。
3.硬度：布氏硬度(HB)：255。
4.管体表面粗糙度Ra(μm)：未抛光等不去除材料状态下12.5。
5.圆度：0.005mm。
实施例四：一种铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，包括以下内容：
(一)选用合金工具钢材料，在碳素工具钢中按质量百分比加入的合金元素如下：C＝1.6；Mn≤0.60；Si≤0.60；P≤0.030；S≤0.030；Cr＝13.00；Mo＝1.2；V≤1.10；Co≤1.00；其它为铁。
(二)制作等径直管成品，其材料硬度值为HB＝255。
(三)将等径直管通过多辊式冷压式锥管成型装置进行锥管成型，芯棒按标准内孔值+0.20mm配制，具体过程是将等径直管安装在管材驱动装置上，在管材驱动装置作用下等径直管自身做旋转运动，并按设定的速度沿直线输入锥管成型辊模内，每组成型辊模由上下2件单个成型辊模围绕中心线均匀分布构成，根据产品长度设多组成型辊模；锥管成型辊模通过往复运动，使进入锥管成型辊模内的等径直管得到滚压成型。
在成型过程中保持管体变化率(压缩比)≤0.05，即管体任意部位每次缩径变化量每毫米长度内均小于等于0.05mm；采用恒温循环冷却方式获得皂化冷却液，在锥管成型过程中保持工件成型环境温度为30℃；锥管成型圆整度通过圆整滚压系数进行控制，要求是成型模自身旋转运动每360度分8次进行，使锥管得到12-16次的连续修整；锥管成型辊模沿管体长度方向每分钟旋压次数为55次；各成型辊模同步匀速旋转，进给量每次0.25mm。单个成型辊模与被加工产品接触面宽度：即压痕弧面辊行距离为38mm。
以Φ146*12.4(单位mm，下同)直管为例，小端直径为90mm，则根据上述工艺一次成型。
成品锥管部分力学性能经检测各指标如下:
1.抗拉强度(бb)：1100MPa。
2.延伸率(δ)：7。
3.硬度：布氏硬度(HB)：255。
4.管体表面粗糙度Ra(μm)：未抛光等不去除材料状态下12.5。
5.圆度：0.006mm。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的工艺、方法等均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，其特征包括以下内容：
(一)选用合金工具钢材料，在碳素工具钢中按质量百分比加入的合金元素如下：C＝1.4～1.6；Mn≤0.60；Si≤0.60；P≤0.030；S≤0.030；Cr＝11.00～13.00；Mo＝0.70～1.20；V≤1.10；Co≤1.00；
(二)等径直管成品材料硬度值HB≤255；
(三)将等径直管通过冷压式锥管成型装置进行锥管成型，在成型过程中保持管体变化率(压缩比)≤0.05，即管体任意部位每次缩径量在每毫米长度内的变化量小于等于0.05mm；
(四)在锥管成型过程中保持工件自身温度为40℃；
(五)锥管成型圆整度通过圆整滚压系数控制，成型模每360度旋转6-8次；
(六)锥管成型辊模沿管体长度方向每分钟旋压次数为55-65次；
(七)锥管成型辊模同步匀速旋转进给量每次0.25～0.30mm。
2.根据权利要求1所述的铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，其特征是，在锥管成型过程中，单个成型辊模与被加工产品接触面宽度：即压痕弧面辊行距离≥38mm。
3.根据权利要求1所述的铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，其特征是，所述锥管成型过程中保持工件成型环境温度，采用恒温循环冷却液。
4.根据权利要求1所述的铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，其特征是，在锥管成型过程中工件自身温度最大值≤80℃。
5.根据权利要求1所述的铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，其特征是，所述管体变化率(压缩比)通过等径直管和目标锥管尺寸差值，由冷压式锥管成型装置往复次数完成。
6.根据权利要求1所述的铬钼钒钢无缝锥管的成型工艺，其特征是，当锥管成型过程中管体变化率(压缩比)＞0.05，按锥管成型工艺的1*n次进行。
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