CN112108521A - 一种新型坯料及其预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型坯料以及坯料的预处理方法，新型坯料的特征在于：所述坯料的一端为咬入端，另一端为送入端；所述咬入端上形成有用于顶头插入的锥形槽；所述送入端上形成有用于穿孔的通孔；所述通孔的内腔与所述锥形槽的内腔连接相通；所述通孔通过圆弧与所述锥形槽连接。本发明通过机加工的方式对坯料加工，使坯料内表面可平滑过渡，不会存在台阶，可以降低轧制过程中坯料金属对顶头表面的损伤，提高了毛管内表面质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型坯料及其预处理方法，主要用于高合金无缝管的生产。
背景技术
钢管厂利用轧制机组，可生产碳钢、低合金钢、中合金钢及高合金等中、厚壁的无缝钢管。钢坯(一般为实心)需要在穿孔机工序完成定型，即将轧制断面定为圆环状。钢管厂采用的设备是两辊式斜轧穿孔机，使用锥形辊，坯料采用圆坯，使用通用的子弹头型顶头。
高合金钢(一般指合金质量百分比≥5％)无缝钢管生产时，为了保证获得较好的材料组织及成品的性能要求，轧制温度要求控制低温(料温一般要求1190℃左右)，同时因高合金钢本身的材料特性，其强度较一般合金钢高，轧制过程变形抗力大，穿孔工序易发生因坯料未顺利二次咬入而造成的前卡，导致坯料报废、坯料卡在穿孔机中造成生产中断。目前，高合金钢的生产，普遍采用对坯料进行全长通孔的预处理方法减小坯料咬入阶段的变形阻力及轧制全过程的轴向变形阻力，同时生产时穿孔机采用钼基顶头(穿孔前对钼基顶头进行预热处理)。
随着高合金钢合金含量的增加(合金质量百分比≥20％)及不同成分钢种的特性，要求控制更低的轧制温度(料温≤1180℃)，穿孔过程变形抗力进一步增大，钼基顶头的损耗增加，甚至通孔坯料也无法顺利咬入。
发明内容
发明人发现，对于坯料预处理方法为，若采用常规做法对与之配合的穿孔机去改动，存在以下几个方面的技术瓶颈，具体为：1)该设备结构复杂，属设备供应商的专有技术，自已不具备改进技术能力；2)目前本申请人处无配套的钼基顶头预热设备，且现有设备设计无法满足预热顶头的装卸，现有设备场地设置限制与自己本身不具备设备改进技术能力，无法使用钼基顶头；3)相比而言对新型坯料预处理方法进行重新设计可满足使用。但主要有以下几个限制：a)坯料咬入端加工的锥形槽与坯料的原通孔端之间不能形成明显的台阶，若存在台阶则会造成穿孔后毛管内壁存在折叠或裂纹等缺陷，影响内表质量；b)其它参数不变的情况下，在使用普通锻造顶头时，坯料咬入端加工的锥形槽的形貌及槽壁的表面质量会造成顶头表面刮伤导致顶头报废；c)坯料穿孔轧制时又需要加大金属进入变形区(即完成一次咬入后)坯料与顶头之间间距，使坯料在接触顶头前有足够时间完成至少一周的旋转已获得足够的轴向推入力，以改善坯料的二次咬入，顺利完成坯料的穿孔轧制。
经过上述分析，可以确定解决高合金坯料的咬入问题必须从坯料预处理重新设计着手。
为此，发明人通过研究开发出了一种新型坯料及其预处理方法，解决了顶头的损耗增加，以及通孔坯料也无法顺利咬入的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明的第一方面是提供一种新型坯料，其特征在于：所述坯料的一端为咬入端，另一端为送入端；所述咬入端上形成有用于顶头插入的锥形槽；所述送入端上形成有用于穿孔的通孔；所述通孔的内腔与所述锥形槽的内腔连接相通；所述通孔通过圆弧与所述锥形槽连接。
在如上所述的坯料中，优选：所述通孔的轴线与所述锥形槽的轴线为同一条直线。
在如上所述的坯料中，优选：所述锥形槽的一端与所述咬入端在同一水平面上，另一端通过所述圆弧与所述通孔连接；所述锥形槽的一端直径大于所述锥形槽的另一端直径。
在如上所述的坯料中，优选：所述圆弧的圆心不位于所述通孔内腔与所述锥形槽内腔组成的顶头腔中；所述锥形槽的粗糙度不大于Ra12.5。
在如上所述的坯料中，优选：所述坯料的长度范围为1～8m；锥形槽的长度范围为100～400mm。
在如上所述的坯料中，优选：所述锥形槽的一端直径范围为100～500mm；所述坯料的直径与所述锥形槽的一端直径比值为1.2～2.5。
在如上所述的坯料中，优选：所述通孔直径的范围为30～300mm；所述通孔直径与所述坯料的直径比值为0.1～0.25。
在如上所述的坯料中，优选：所述锥形槽的圆锥角范围为7°～45°；所述圆弧半径范围为80～135mm；所述圆锥角为所述锥形槽的母线与所述通孔母线的延长线之间夹角。
本发明的第二方面是提供一种坯料预处理方法，包括以下步骤；采用机加工的方式加工坯料送入端端面至坯料内部一部分区域形成基于本发明第一方面所述的通孔；采用机加工的方式加工坯料咬入端端面至坯料内部另一部分区域形成基于本发明第一方面所述的锥形槽；在所述通孔与所述锥形槽的连接处采用机加工的方式加工基于本发明第一方面所述的圆弧。
在如上所述的坯料预处理方法，优选，所述锥形槽内表面采用加工锥形面的方式进行加工。
本发明设计了“采用两段式”结构，不改变原有坯料全长通孔部分的外形及尺寸，只加工坯料咬入端端面至坯料内部一部分区域形成锥形槽，坯料内原通孔部分与端部锥形槽间采用机加工方式圆滑过渡。坯料咬入端端面到坯料原通孔部分之间的区域内表采用加工锥形面的方式进行加工，这样整个锥形槽的内表面可平滑过渡，不会存在台阶，可以降低轧制过程中坯料金属对顶头表面的损伤，而且端部锥形槽足够的长度，有效降低了穿孔机二次咬入时的变形抗力，减少了坯料咬入过程中顶头表面摩擦受力，降低了顶头损耗，使得普通的锻造顶头也可生产高合金无缝管，有效降低了生产成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的局部A处的结构放大图。
附图标记说明：坯料1、通孔2、锥形槽3、圆弧4、咬入端5、送入端6。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1至图2所示，根据本发明的实施例，本发明提供一种新型坯料，坯料1的一端为咬入端5，另一端为送入端6；咬入端5上形成有用于顶头插入的锥形槽3，同时在送入端6上形成有用于穿孔的通孔2，并且通孔2的内腔与锥形槽3的内腔连接相通，使本发明解决了顶头的损耗增加，以及通孔坯料也无法顺利咬入的技术问题，也使坯料1在穿孔轧制时，坯料1在接触顶头前有足够时间完成至少一周的旋转已获得足够的轴向推入力，以改善坯料的二次咬入，顺利完成坯料的穿孔轧制。通孔2通过圆弧4与锥形槽3连接，使锥形槽3与通孔2的连接处平缓过渡，不会存在台阶，可以降低轧制过程中坯料金属对顶头表面的损伤。
在本发明的实施例中，通孔2的轴线与锥形槽3的轴线为同一条直线，即图1中的直线EF，使本发明的锥形槽3与通孔2之间不能形成明显的错位，同时也降低顶头的损耗。
在本发明的实施例中，锥形槽3的一端与咬入端5在同一水平面上，另一端通过圆弧4与通孔2连接，锥形槽3的一端直径大于锥形槽3的另一端直径；使锥形槽3与通孔2之间不能形成明显的台阶，也降低顶头的损耗。
在本发明的实施例中，圆弧4存在以下两种情况，第一种情况为圆弧4的圆心位于通孔2内腔与锥形槽3内腔组成的顶头腔中，第二种情况为圆弧4的圆心不位于通孔2内腔与锥形槽3内腔组成的顶头腔中，在本实施例中，本发明的圆弧4优先选择第二种情况，第二情况下本发明的锥形槽3与通孔2之间不能形成明显的台阶，同时也降低顶头的损耗。锥形槽3的粗糙度不大于Ra12.5，在本实施例中，锥形槽3的粗糙度可以设置为Ra5或Ra6或Ra7或Ra8或Ra9或Ra10或Ra11或Ra12或Ra12.5，使本发明在其它参数不变的情况下，在使用普通锻造顶头时，锥形槽3的内表面不会造成顶头表面刮伤导，增加顶头的使用寿命，降低顶头的损耗。
在本发明的实施例中，坯料1的长度(图1中L)范围为1～8m，在本实施例中，坯料1的长度(图1中L)设置为1m，在其它的实施例，坯料1的长度(图1中L)也可以设置为8m。锥形槽3的长度范围为100～400mm，在本实施例中，锥形槽3的长度设置为100mm或400mm，在其它的实施例，锥形槽3的长度还可以设置为200mm或300mm，使本发明的锥形槽有足够的长度，可显著减小坯料二次咬入过程中顶头对坯料的阻力，有效降低了穿孔机二次咬入时的变形抗力，减少了坯料咬入过程中顶头表面摩擦受力，降低了顶头损耗，使得普通的锻造顶头也可生产高合金无缝管，有效降低了生产成本。
在本发明的实施例中，锥形槽3的一端直径范围为100～500mm，在本实施例中，锥形槽3的一端直径(图1中D1)设置为100mm，在其它的实施例，锥形槽3的一端直径(图1中D1)还可以设置为200mm或300mm或400mm或500mm。坯料1的直径(图1中D2)与锥形槽3的一端直径比值为1.2～2.5，在本实施例中，坯料1的直径与锥形槽3的一端直径比值设置为1.2，在其它的实施例中，坯料1的直径与锥形槽3的一端直径比值还可以设置为1.3或1.5或1.7或1.9或2.1或2.3或2.5，以确保不同规格坯料生产时，坯料在接触到顶头前获得足够大的轧制力，便于坯料成功二次咬入。
在本发明的实施例中，通孔2直径的范围为30～300mm；在本实施例中，通孔2直径(图1中D3)设置为30mm，在其它的实施例，通孔2直径(图1中D3)还可以设置为500mm或600mm或800mm或1000mm或1200mm或1400mm或1600mm或180mm或220mm或240mm或280mm或300mm。通孔2直径与坯料1的直径比值为0.1～0.25，在本实施例中，通孔2直径与坯料1的直径比值设置为0.1，在其它的实施例中，通孔2直径与坯料1的直径比值还可以设置为0.15或0.2或0.25，通孔2可消除坯料芯部缺陷，改善成品钢管内表质量，降低坯料穿孔过程中变形阻力。
在本发明的实施例中，锥形槽3的圆锥角(图1中α)范围为7°～45°；在本实施例中，圆锥角的度数可以为9°或11°或15°或17°或20°或22°或24°或26°或28°或30°或33°或35°或37°或41°或43°或45等。圆弧4半径范围为80～135mm，在本实施例中，圆弧4半径设置为80mm，在其它的实施例中，圆弧4半径还可以设置为90mm或100mm或110mm或120mm或135mm，圆锥角为锥形槽3的母线与通孔2母线的延长线之间夹角，即图1中角α；其中锥形槽3的母线为图1中线段GH，其中通孔2母线为图1中线段HJ。
在本发明的实施例中，本发明还提供一种坯料预处理方法，包括以下步骤：步骤S11：采用机加工的方式加工坯料1送入端6端面至坯料1内部一部分区域形成上述的通孔2；步骤S22：采用机加工的方式加工坯料1咬入端5端面至坯料1内部另一部分区域形成上述的锥形槽3；步骤S33：在通孔2与锥形槽3的连接处采用机加工的方式加工上述的圆弧4。
本发明通过机加工的方式对坯料加工，使坯料内表面可平滑过渡，不会存在台阶，可以降低轧制过程中坯料金属对顶头表面的损伤；若存在台阶则会造成穿孔后毛管内壁存在折叠或裂纹等缺陷，影响毛管内表面质量。
在本发明的实施例中，锥形槽3内表面采用加工锥形面的方式进行加工，使锥形槽3内表面光滑，降低轧制过程中锥形槽3内表面对顶头表面的损伤。
本发明首创一种新型坯料预处理方法用于高合金无缝钢管的轧制。原来合金含量20％以上(合金质量百分比≥20％)的高合金钢穿孔时易卡钢或无法生产，每年高合金钢管合同量40吨(460厂2019年数据)，吨钢利润20.5万元/吨，销售利润40*20.5＝820万元/年；钼基顶头26.7万元/吨，普通锻造顶头3万元/吨，全年高合金合同顶头消耗约2吨，使用普通锻造顶头生产可降本：(26.7-3)*2＝47.4万元，全年创效820+47.4＝867.4万元。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)
1.一种新型坯料，其特征在于：
所述坯料的一端为咬入端，另一端为送入端；
所述咬入端上形成有用于顶头插入的锥形槽；
所述送入端上形成有用于穿孔的通孔；
所述通孔的内腔与所述锥形槽的内腔连接相通；
所述通孔通过圆弧与所述锥形槽连接。
2.根据权利要求1所述的坯料，其特征在于：
所述通孔的轴线与所述锥形槽的轴线为同一条直线。
3.根据权利要求1所述的坯料，其特征在于：
所述锥形槽的一端与所述咬入端在同一水平面上，另一端通过所述圆弧与所述通孔连接；
所述锥形槽的一端直径大于所述锥形槽的另一端直径。
4.根据权利要求1所述的坯料，其特征在于：
所述圆弧的圆心不位于所述通孔内腔与所述锥形槽内腔组成的顶头腔中；
所述锥形槽的粗糙度不大于Ra12.5。
5.根据权利要求1所述的坯料，其特征在于：
所述坯料的长度范围为1～8m；
锥形槽的长度范围为100～400mm。
6.根据权利要求3所述的坯料，其特征在于：
所述锥形槽的一端直径范围为100～500mm；
所述坯料的直径与所述锥形槽的一端直径比值为1.2～2.5。
7.根据权利要求1所述的坯料，其特征在于：
所述通孔直径的范围为30～300mm；
所述通孔直径与所述坯料的直径比值为0.1～0.25。
8.根据权利要求1所述的坯料，其特征在于：
所述锥形槽的圆锥角范围为7°～45°；
所述圆弧半径范围为80～135mm；
所述圆锥角为所述锥形槽的母线与所述通孔母线的延长线之间夹角。
9.一种坯料预处理方法，其特征在于，包括以下步骤；
采用机加工的方式加工坯料送入端端面至坯料内部一部分区域形成根据权利要求1所的通孔；
采用机加工的方式加工坯料咬入端端面至坯料内部另一部分区域形成根据权利要求1所述的锥形槽；
在所述通孔与所述锥形槽的连接处采用机加工的方式加工根据权利要求1所述的圆弧。
10.根据权利要求9所述的坯料预处理方法，其特征在于，
所述锥形槽内表面采用加工锥形面的方式进行加工。
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