CN113182373B - 一种镍基合金无缝钢管的挤压方法 - Google Patents

一种镍基合金无缝钢管的挤压方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍基合金无缝钢管的挤压方法，该方法采用卧式挤压机实施，依次包括如下步骤：步骤S1：将锻造坯料加工成原料管坯；步骤S2：对原料管坯进行加热与扩孔；步骤S3：对原料管坯进行高压水除鳞，按照倒角为45°并且原料管坯倒角侧与挤压模直接接触的方式进行挤压，得到荒管；步骤S4：对荒管进行固溶处理。采用本发明的挤压方法，使得镍基合金的无缝钢管得到批量生产，提高了成材率，降低其挤压镍基合金的突破力。

Description

一种镍基合金无缝钢管的挤压方法
技术领域
本发明涉及镍基合金无缝钢管生产的技术领域，具体涉及一种镍基合金无缝钢管的挤压方法。
背景技术
镍基合金不锈钢挤压无缝钢管主要运用在高温、高压与耐腐蚀与耐磨领域，由于合金变形温度比较窄，硬度比较高，高温变形比较困难，因此，目前还没有生产该类镍基合金不锈钢挤压无缝钢管的有效方法。
目前，国内生产镍基合金管材的成形方法，一方面是采用斜轧穿孔的方法生产，另一方面是采用水压机挤压成形管材。这两种生产方法都有各自的缺陷，第一种方法生产出来的管材是在两向应力状态下成形，产品的力学性能和长度尺寸不能完全满足用户的需求；第二种方法生产出来的管材由于受到设备的制约，目前只可以生产小规格的管材，但是成材率比较低。
发明内容
针对镍基合金的变形温度比较窄、热塑性差、硬度比较高、高温变形比较困难等问题，本发明提供了一种镍基合金无缝钢管的挤压方法。
具体来说，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种镍基合金无缝钢管的挤压方法，该方法采用卧式挤压机实施，依次包括如下步骤：
步骤S1：将锻造坯料加工成原料管坯；
步骤S2：对原料管坯进行加热与扩孔；
步骤S3：对原料管坯进行高压水除鳞，按照坯料一端倒角为20-45°并且原料管坯倒角侧与挤压模直接接触的方式进行挤压，得到荒管；
步骤S4：对荒管进行固溶处理。
可选地，在步骤S1中，原料管坯的内孔直径是30-100mm，外径是219-450mm。
可选地，步骤S2依次包括：环形炉加热、PP1感应炉加热、扩孔和PE2感应炉加热。
可选地，在环形炉加热中，环形炉加热段的温度是600-850℃，环形炉的出料温度是850-855℃。
可选地，在PP1感应炉加热中，加热段的温度是1130-1220℃，功率是250-500KW，电压是700-950V，加热频率是50-100HZ，电流是1500-2600A，加热时间是2-4min；保温段的电压是719-900V，功率是250-470KW，保温时间是1-3min。
可选地，在扩孔中，扩孔最大突破力是18MN，扩孔速度是204-280mm/s，扩孔时间是3-7s。
可选地，在PE2感应炉加热中，加热段的温度是1120-1180℃，功率是700-900KW，电压是800-1000V，加热频率是50-100HZ，电流是1500-2500A，加热时间是2-10min；保温段的电流是1020-1421A，频率是89-100HZ，电压是486-900V，功率是100-155KW，保温时间是1-6min。
可选地，在步骤S3中，挤压的最大突破力是30.2MN，挤压速度是160-260mm/s，挤压时间是2-8s。
可选地，在步骤S2的扩孔过程中和步骤S3的挤压过程中，采用玻璃粉进行润滑。
相比于现有技术，本发明的镍基合金无缝钢管的挤压方法，至少具有如下有益效果：
采用本发明的挤压方法，使得镍基合金的无缝钢管得到批量生产，提高了成材率，降低其挤压镍基合金的突破力。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1显示的是倒角为23°圆角的常规挤压方式，沿着挤压方向依次为挤压坯料、挤压针与挤压模及挤压筒的组合。
图2显示的是本发明的倒角为45°的挤压方式，沿着挤压方向依次为挤压坯料、挤压针与挤压模及挤压筒的组合。
图3显示了常规的平模变形带。
图4显示了本发明的凸模变形带。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
针对目前生产镍基合金管材的成形方法存在的问题，本发明的发明人通过对工艺进行深入研究，创造性地提出了一种镍基合金无缝钢管的挤压方法，该方法采用卧式挤压机实施，例如60MN卧式挤压机，卧式挤压机为本领域的常规设备，在此不做赘述。本发明的方法包括：将锻造坯料加工成原料管坯；对原料管坯进行加热与扩孔；高压水除鳞和挤压得到荒管；以及，对荒管进行固溶处理。
本发明的发明构思如下：
本发明主要基于在卧式挤压机基础上设计出一种新的镍基合金无缝钢管的挤压方法。本发明为首次采用卧式挤压机进行凸模挤压，通过对此钢种性能研究，并结合挤压设备进行变形模拟试验，确定了采用坯料倒角+最小间隙配合坯料+凸模的组合挤压方法，解决了镍基合金的变形温度比较窄，热塑性差，硬度比较高，高温变形比较困难的难题。
基于上述发明构思，作为一种优选的实施方案，本发明的镍基合金无缝钢管的挤压方法，包括如下步骤：
步骤S1：将锻造坯料加工成原料管坯。
锻造坯料加工成的原料管坯的内孔直径是30-100mm，外径是219-450mm。
例如，经型材厂加工的坯料长度为5m左右，表面粗糙度要求为12μm，圆度为0.015mm左右，经过锯切成长度是500-1300mm的圆柱型实心坯料，经过剥皮，倒圆角与车喇叭口，打内孔(内孔直径是￠30-100mm，可存在±5mm的误差)，制成表面粗糙度为3.2μm，外径为￠219-450mm的原料管坯。
步骤S2：对原料管坯进行加热与扩孔。
优选地，步骤S2进一步包括：
步骤S21：环形炉加热。
将原料管坯输入环形炉中进行加热。环形炉加热段加热温度为600-850℃，加热过程中炉子底部要均匀转动保证炉子底部加热均匀，加热梯度为2-5℃/min，例如4℃/min，保证环形炉出料温度为840-860℃，例如850±5℃。
作为举例，环形炉各段的加热温度可以如下表所示：
加热范围 一段 二段 三段 四段
加热温度 750℃ 800℃ 820℃ 850℃
步骤S22：PP1感应炉加热。
经环形炉加热之后的原料管坯输入PP1工频感应炉进行加热。
加热目标温度为1130-1220℃，加热段功率250-500KW，例如470KW，加热段电压700-950V，例如934V，加热频率50-100HZ，例如97HZ，加热电流1500-2600A，例如2517A，加热时间2-4min，例如2min。保温段电流为1020-1927A，保温段频率为89-100HZ，保温段电压为719-900V，保温段功率为250-470KW，保温时间为1-3min，例如1min。
步骤S23：扩孔。
扩孔前原料管坯外表面均匀涂覆玻璃粉润滑，控制合适的玻璃粉量，喇叭口内的玻璃粉要均匀足量；扩孔设计最大突破力为18MN，扩孔速度设计为204-280mm/s，扩孔时间设计为3-7s，例如3s。
扩孔过程中用的外涂粉例如是型号为GW8的玻璃粉，内涂粉例如是型号为GN26的玻璃粉，润滑过程在润滑平台上进行，润滑时滚轮带着坯料转动使的玻璃粉枪在内孔润滑时保持均匀。原料管坯外部润滑是坯料外部表面与润滑平台玻璃粉滚动接触使的外表面玻璃粉充分润滑。
步骤S24：PE2工频感应炉加热。
扩孔后的原料管坯输入到PE2工频感应炉进行加热。
加热目标温度为1120-1180℃，加热段功率700-900KW，例如820KW，加热段电压800-1000V，例如934V，加热频率50-100HZ，例如90HZ，加热电流1500-2500A，例如1782A，加热时间2-10min；保温段电流为1020-1421A，保温段频率为89-100HZ，保温段电压为486-900V，保温段加热功率为100-155KW，保温时间为1-6min。
步骤S3：高压水除鳞和挤压得到荒管。
首先进行高压水除鳞。PE2感应炉加热后在轨道上的原料管坯在运动过程中用高压探头去除表面的玻璃粉与氧化皮。
高压水除鳞之后，将原料管坯挤压得到荒管。挤压前要求挤压筒的温度为150-420℃，例如350℃左右，挤压过程中的设计最大突破力为30.2MN，挤压速度为160-260mm/s，例如207.2mm/s，挤压时间为2-8s，例如6s，挤压时将坯料放到机械手上与挤压垫夹紧后一起进入挤压筒先进行墩粗坯料与挤压模充满挤压筒后推动坯料进行挤压出荒管。
挤压过程中用的外涂粉例如是型号为GW8的玻璃粉，内涂粉例如是型号为GN26的玻璃粉，润滑过程在润滑平台上进行，润滑时滚轮带着坯料顺时针转动使的玻璃粉枪在内孔旋转润滑时保持均匀。原料管坯外部润滑是坯料外部表面与润滑平台玻璃粉滚动接触使的外表面玻璃粉充分润滑。
在本步骤中，按照坯料倒角为20-45°(优选45°)并且原料管坯倒角侧与挤压模直接接触的方式进行挤压，得到荒管。根据镍基合金钢种性能和设备设计能力，由于挤压过程中其应变速率较高，通过工艺试验和模拟，将坯料倒角由挤压常规产品的后端设计为前端，设计前挤压普通材质坯料倒角为23°圆角、坯料方向为有倒角端面在后，无倒角的端面与挤压模相配合；通过运用DEFORM软件多次模拟结合现场生产实际情况重新设计后，倒角修改为20-45°且坯料倒角侧与挤压模在挤压前墩粗过程中直接无缝隙墩粗。一方面大幅度减少了挤压密封空间里气泡对挤压过程金属流动的影响；另一方面使得挤压过程中坯料与玻璃粉润滑更加均匀稳定减少了局部纵向应力过大对坯料表面质量的影响，无倒角侧在后部与挤压垫直接接触。此方法核心是通过改变坯料端部倒角与挤压模倒角的接触方式以及在挤压筒中坯料的不同挤压方向有效的解决了镍基合金无缝钢管高温难加工的问题。具体如图1和图2所示。其中，图1显示的是倒角为23°圆角的常规挤压方式，图2显示的是本发明的倒角为45°的挤压方式。
在本步骤中，创造性地采用挤压模凸模变形带来代替挤压模平模变形带，使得挤压的变形抗力由40MN降低为30MN左右，且生产出来的管材头部平行度为2mm/m左右，管材端部表面平滑无凹坑与起皮以及舌型口的现象，提高了挤压荒管成材率。具体如图3和图4所示。图3显示了常规的平模变形带，图4显示了本发明的凸模变形带。
步骤S4：对荒管进行固溶处理。
挤压后的荒管出辊道后迅速入水进行冷却，冷却过程保持荒管的平行度为2mm/m，挤压后的荒管禁止在辊道上长时间空冷停留。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
以N08825材质为例，此材质是由铁水经过VOD精炼后模铸成为钢坯，后采用电渣重熔以及均质化退火锻造成Φ219mm的坯料，挤压出规格为Φ114×12mm的成品，成材率为91％，表面粗糙度为3.2μm左右，平直度为2mm/m左右且钢管内外表面无凹坑与起皮的现象。
本实施例的过程具体如下：
Ⅰ锻造坯料的机加工
加工坯料锯切成800mm长的圆柱型实心坯料，经过剥皮，倒圆角与车喇叭口，打内通孔Φ30±5mm制成表面粗糙度为3.2μm，外径为Φ219mm的原料管坯。
Ⅱ环形炉加热
环形炉预热段加热温度为600℃左右，加热梯度为4℃/min，出料温度为850±5℃。
加热范围 一段 二段 三段 四段
加热温度 750℃ 800℃ 820℃ 850℃
ⅢPP1感应炉加热
加热段的温度是1130℃，功率是250KW，电压是800V，加热频率是80HZ，电流是2000A，加热时间是4min；保温段的电压是800V，功率是360KW，保温时间是1min。
Ⅳ扩孔
坯料外表面玻璃粉润滑均匀后扩孔，扩孔最大突破力是18MN，扩孔速度为220mm/s，扩孔时间为3s。
ⅤPE2工频感应炉加热
加热段的温度是1170℃，功率是700KW，电压是800V，加热频率是80HZ，电流是2000A，加热时间是5min；保温段的电流是1250A，频率是100HZ，电压是630V，功率是150KW，保温时间是5min。
Ⅵ高压水除磷
二次加热后在轨道上的坯料在运动过程中用高压探头去除表面的玻璃粉与氧化皮。
Ⅶ玻璃粉润滑
保证内孔和坯料外部表面玻璃粉充分，润滑均匀。
Ⅷ挤压
挤压筒的温度为200℃左右，挤压的最大突破力是30.2MN，挤压速度为207.2mm/s，挤压时间为6s，挤压时将坯料放到机械手上与挤压垫夹紧后一起进入挤压筒先进行墩粗坯料与挤压模充满挤压筒后推动坯料进行挤压出荒管，坯料倒角为45°。
Ⅸ固溶处理
挤压后的规格为Φ114×12荒管出辊道后迅速入水进行冷却，冷却过程保持荒管的平行度为2mm/m。
实施例2
以N08825材质为例，此材质是由铁水经过VOD精炼后模铸成为钢坯，后采用电渣重熔以及均质化退火锻造成Φ219mm的坯料，挤压出规格为Φ114×12mm的成品，成材率为93％，表面粗糙度为3.2μm左右，平直度为2mm/m左右且钢管内外表面无凹坑与起皮的现象。
本实施例的过程具体如下：
Ⅰ锻造坯料的机加工
加工坯料锯切成800mm长的圆柱型实心坯料，经过剥皮，倒圆角与车喇叭口，打内通孔Φ30±5mm制成表面粗糙度为3.2μm，外径为Φ219mm的原料管坯。
Ⅱ环形炉加热
环形炉预热段加热温度为680℃左右，加热梯度为4℃/min，出料温度为850±5℃。
加热范围 一段 二段 三段 四段
加热温度 750℃ 800℃ 820℃ 850℃
ⅢPP1感应炉加热
加热段的温度是1220℃，功率是400KW，电压是950V，加热频率是50HZ，电流是1500A，加热时间是4min；保温段的电压是900V，功率是250KW，保温时间是3min。
Ⅳ扩孔
坯料外表面玻璃粉润滑均匀后扩孔，扩孔速度为220mm/s，扩孔最大突破力是18MN，扩孔时间为3s。
ⅤPE2工频感应炉加热
加热段的温度是1120℃，功率是800KW，电压是900V，加热频率是100HZ，电流是1600A，加热时间是8min；保温段的电流是1380A，频率是91HZ，电压是510V，功率是120KW，保温时间是4min。
Ⅵ高压水除磷
二次加热后在轨道上的坯料在运动过程中用高压探头去除表面的玻璃粉与氧化皮。
Ⅶ玻璃粉润滑
保证内孔和坯料外部表面玻璃粉充分，润滑均匀。
Ⅷ挤压
挤压筒的温度为200℃左右，挤压速度为207.2mm/s，挤压的最大突破力是30.2MN，挤压时间为6s，挤压时将坯料放到机械手上与挤压垫夹紧后一起进入挤压筒先进行墩粗坯料与挤压模充满挤压筒后推动坯料进行挤压出荒管，坯料倒角为45°。
Ⅸ固溶处理
挤压后的规格为Φ114×12荒管出辊道后迅速入水进行冷却，冷却过程保持荒管的平行度为2mm/m。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种镍基合金无缝钢管的挤压方法，其特征在于，该方法采用卧式挤压机实施，依次包括如下步骤：
步骤S1：将锻造坯料加工成原料管坯；
步骤S2：对原料管坯依次进行环形炉加热、PP1感应炉加热、扩孔和PE2感应炉加热；
其中，在环形炉加热中，环形炉加热段的温度是600-850℃，环形炉的出料温度是850-855℃；在PP1感应炉加热中，加热段的温度是1130-1220℃，功率是250-500KW，电压是700-950V，加热频率是50-100HZ，电流是1500-2600A，加热时间是2-4min；保温段的电压是719-900V，功率是250-470KW，保温时间是1-3min；在PE2感应炉加热中，加热段的温度是1120-1180℃，功率是700-900KW，电压是800-1000V，加热频率是50-100HZ，电流是1500-2500A，加热时间是2-10min；保温段的电流是1020-1421A，频率是89-100HZ，电压是486-900V，功率是100-155KW，保温时间是1-6min；
步骤S3：对原料管坯进行高压水除鳞，按照坯料一端倒角为45°并且原料管坯倒角侧与挤压模直接接触的方式进行挤压，得到荒管；
其中，所述挤压模采用凸模变形带，原料管坯倒角侧与挤压模在挤压前墩粗过程中直接无缝隙墩粗；
步骤S4：对荒管进行固溶处理。
2.根据权利要求1所述的镍基合金无缝钢管的挤压方法，其特征在于，在步骤S1中，原料管坯的内孔直径是30-100mm，外径是219-450mm。
3.根据权利要求1所述的镍基合金无缝钢管的挤压方法，其特征在于，在扩孔中，扩孔最大突破力是18MN，扩孔速度是204-280mm/s，扩孔时间是3-7s。
4.根据权利要求1所述的镍基合金无缝钢管的挤压方法，其特征在于，在步骤S3中，挤压的最大突破力是30.2MN，挤压速度是160-260mm/s，挤压时间是2-8s。
5.根据权利要求1所述的镍基合金无缝钢管的挤压方法，其特征在于，在步骤S2的扩孔过程中和步骤S3的挤压过程中，采用玻璃粉进行润滑。
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