CN114310198A - 一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材加工工艺及其加工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材加工工艺，包括下述步骤：步骤一、不锈钢线材气冷降温送入固溶炉进行固溶处理；步骤二、不锈钢线材在固溶炉炉体内进行校直，然后进行二次加热；步骤三、利用激光切割机在不锈钢线材外侧切割出线槽；步骤四、不锈钢线材切割出线槽后穿过带有模孔的模具对线槽进行整形；步骤五，线材输出并水冷；步骤六、送至深冷机进行深冷；步骤七，线材回火，得到最终成品，还公开了一种配套工艺的设备，该设备为固溶炉，固溶炉炉体内依次设有线材校直机构、线材二次加热通道、激光切割机构和线槽整形模具，本发明可高效率的制造生产具有复杂线槽的线材，且生产出的线材具有高光洁耐腐蚀高强度的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材加工工艺及其加工设备。
背景技术
应用于船舶的不锈钢线材对光洁度、耐腐性能具有较高的要求，而一些用于支撑保护光纤等细小且重要的线缆的不锈钢线材，还需要其具有较高的强度要求，因某些船舶制造商的特殊需求，还需要在细小的线材(外径1～3mm)外周制造出复杂线槽，用于嵌入线缆对其进行保护，这给线材的制造加工带来了困难，主要体现在：
如在吐丝管出口端进行热轧，可以较快的速度得到具有线槽的线材，但这种线材的线槽精度低，且由于线材的外径小，在加工过程中产生的变形量大，不能复合要求，且这种方式无法加工出具有复杂线槽的线材；同样由于线槽内结构较复杂，如采用冷拔，则其加工工艺将变得异常复杂，需要多次进行冷拔及退火，还会对线材的表面光洁度造成较大的破坏，需要对其进行再次的固溶处理，能耗高，另外，冷拔也仅适用于加工较短的线材。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材加工工艺及其加工设备。
本发明的技术方案是：一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材加工工艺，包括下述步骤：
步骤一、吐丝机加工出的不锈钢线材通过气冷的方式降温至1100℃，送入固溶炉以1080℃±10℃的温度进行固溶处理；
步骤二、不锈钢线材在固溶炉炉体内进行校直，校直完毕后的不锈钢线材在固溶炉炉体内进行二次加热；
步骤三、利用激光切割机在经二次加热的不锈钢线材外侧切割出线槽；
步骤四、不锈钢线材切割出线槽后穿过带有模孔的模具，模孔内的凸齿对线槽进行整形并在线槽两侧挤压出卡入槽；
步骤五，线槽整形完毕的不锈钢线材在炉体内保温3分钟后输出固溶炉，水冷至常温；
步骤六、水冷完毕后的不锈钢线材进行烘干、卷绕成捆，送至深冷机进行-50℃深冷，保温1小时；
步骤七，深冷处理完毕后的不锈钢线材1小时内进行 160℃回火，得到最终成品。
具体的，步骤二中，对吐丝机加工出的不锈钢线材进行冷却得到的高温气体被吸入固溶炉内，对炉体内的不锈钢线材进行二次加热，二次加热后，该高热气体排出炉体并送至换热器组对余热进行再次利用。
具体的，进入模孔的线材其线槽位置温度为1200℃± 50℃，其余部分温度仍保持1080℃±10℃。
具体的，保温的三分钟为不锈钢线材匀速由模具输送至炉体出口所需的时间。
一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材的设备，包括固溶炉炉体，所述固溶炉炉体两端设有入口和出口，所述固溶炉炉体内还设有线材输送辊，其特征是：所述固溶炉炉体内还依次设有线材校直机构、线材二次加热通道、激光切割机构和线槽整形模具；
所述线材二次加热通道包括一设置固溶炉炉体内的隔热套筒，所述固溶炉炉体的炉壁内分别设有一进气通道和出气通道，所述进气通道和出气通道的一端分别连通隔热套筒的两端，所述进气通道的另一端连接热源，所述隔热套筒的中部还对称设置有一对贯穿隔热套筒内部的通孔，该通孔供线材通过隔热套筒内部；
所述激光切割机构包括埋设于固溶炉炉体炉壁内的环形设备架以及阵列在设备架内周上的多个激光切割喷嘴，各所述切割喷嘴与设置于固溶炉炉体外的激光切割机相连接；
所述线槽整形模具中部具有一模孔，所述模孔一端具有平齿，所述平齿形状与激光切割机构切出的线槽形状相对应，所述模孔的另一端具有端部为弧形倒角的三角形齿，所述三角形齿的两侧还各具有一凸块，所述三角形齿和凸块与平齿之间通过坡面连接。
进一步的，所述出气通道的另一端连接换热器组件。
具体的，所述热源包括一蜗壳，所述蜗壳连接风机，所述蜗壳的进风口设置于吐丝机的吐丝管上方，以吸取冷却不锈钢线材后得到的高温气体。
进一步的，各所述激光切割喷嘴的主体设置于一防护罩内，所述防护罩固定于固溶炉炉体的内部，各所述激光切割喷嘴的喷口露出于防护罩外。
进一步的，所述线槽整形模具固定于一固定架上，所述固定架固定在固溶炉炉体内，所述模孔的两端固定架还分别设有辅助推进轮和辅助拉出轮。
进一步的，所述线材校直机构、线材二次加热通道、激光切割机构都靠近固溶炉炉体的出口端设置，所述线槽整形模具固定在固溶炉炉体的出口上。
本发明的有益效果是：本发明主要解决的了在外径较小 (1～3mm)的不锈钢线材上加工出复杂线槽难的问题，对工艺进行了一系列的优化并设计了相应的设备，主要体现在：
1、不锈钢线材的线槽加工工序在固溶炉内进行，将线槽加工和固溶处理两道工序合并为一道工序，节约了加工所需的时间，且不锈钢线材加工出线槽后其线槽的内壁也得到了固溶处理，可确保不锈钢线材整体的的强度、光洁度和耐腐蚀性能，同时还充分利用了固溶炉内较为恒定的温度环境，以确保具有较复杂结构的线槽加工顺利进行；
2、对吐丝机加工出不锈钢线材进行冷却得到的高温气体进行了充分利用；
3、不锈钢线材进行校直、二次加热后，再利用激光切割机在不锈钢线材外侧切割出线槽，充分利用了不锈钢线材在固溶过程中温度较高的特点，可有效降低对激光切割机频率和功率的要求，具有节能及降低设备购置成本的优点；而激光切割加工出的线槽不会使线材性能产生剧烈变化，且该线槽为后续线材通过模具孔对线槽进行整形及挤压出卡槽预留出变形空间；
4、在固溶炉环境内，切割出线槽后的线材穿过带有模孔的模具对线槽进行挤压整形，利用了激光切割后的余热，集热轧和冷拔的优点于一体，可一次性完成对线槽的加工，并在线材输出过程中对线槽的内壁进行了固溶处理；
5、冷却后的线材送至深冷机进行-50℃深冷，在深冷机保持较低的功耗下进一步降低钢中的残留奥氏体量，提高线材的强度和耐磨性能。
附图说明
图1是本发明的设备的结构示意图；
图2是本发明设备中激光切割机构的结构示意图；
图3是本发明设备中线槽整形模具和固定架的结构示意图；
图4是本发明设备中线槽整形模具正面的结构示意图；
图5是本发明中线槽整形模具背面的结构示意图；
图6是本发明设备另一实施例的结构示意图。
图中：固溶炉炉体1、入口2、出口3、线材输送辊4、线材校直机构5、激光切割机构6、线槽整形模具7、隔热套筒8、进气通道9、出气通道10、设备架11、激光切割喷嘴 12、防护罩13、固定架14、模孔15、辅助推进轮16、辅助拉出轮17、平齿18、三角形齿19、凸块20。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材加工工艺，包括下述步骤：
步骤一、吐丝机加工出的不锈钢线材通过气冷的方式降温至1100℃，送入固溶炉进行固溶处理；
步骤一中，所述固溶炉炉体的温度维持在1080℃± 10℃；
步骤一中，所述不锈钢线材为奥氏体不锈钢线材；
步骤二、不锈钢线材在固溶炉炉体内进行校直，校直完毕后的不锈钢线材在固溶炉炉体内进行二次加热；
步骤二中，对吐丝机加工出不锈钢线材进行冷却得到的高温气体被吸入固溶炉内，对炉体内的不锈钢线材进行二次加热，二次加热后，该高热气体排出炉体并送至换热器组对余热进行再次利用，对余热进行了充分利用；而先进行校直再进行二次加热，主要目的在于一方面避免校直过程中不锈钢线材温度过高导致不锈钢线材变形，另一方面使不锈钢线材可在较高温度的状态下进入下一步工序；
步骤三、利用激光切割机在经二次加热的不锈钢线材外侧切割出线槽；
激光切割具有切割精度高、不产生机械应力、切割面光洁度高的优点，经二次加热的不锈钢线材表面达到了较高的温度，可使激光切割机在较低的频率和功率实现切割(切割过程，激光切割机的频率为200Hz,功率为600W)，以达到节能及降低设备购置成本的目的；
步骤二和步骤三中，预先进行校直还可确保激光切割出的线槽与不锈钢线材的轴向保持平行，以利于后续工序的进行；
步骤四、不锈钢线材切割出线槽后穿过带有模孔的模具，模孔内的凸齿对线槽进行整形并在线槽两侧挤压出卡入槽；
步骤四中对于不锈钢线材的加工方式与冷拔及在吐丝管出口端进行热轧存在显著区别，该区别在于：进入模孔的线材其线槽位置温度为1200℃，其余部分温度仍保持1080℃±10℃，该温度低于吐丝管出口端线材的温度，又明显高于冷拔的温度，而不锈钢线材在该温度状态下仍保持较高的强度；而由于刚经过二次加热及激光的高温切割，不锈钢线材的线槽位置温度明显要高于其他位置的温度，因此不锈钢线材穿过模具上的模孔过程中，除线槽其余部位不易产生变形，制得的不锈钢线材仍可保持较高的精度，且线槽内部的形状及构造更易于成型；
步骤五，加工完毕的不锈钢线材在炉体内保温3分钟后输出固溶炉，水冷至常温；
需要说明的是，该保温的三分钟为不锈钢线材匀速由模具输送至炉体出口所需的时间，该保温过程一方面可对新加工出的线槽进行固溶处理，另一方面相当于对不锈钢线材进行了退火处理，有利于维持不锈钢线材整体的强度、光洁度和耐腐蚀性能；
步骤六、水冷完毕后的不锈钢线材进行烘干，卷绕成捆，送至深冷机进行-50℃深冷，保温1小时，以进一步降低钢中的残留奥氏体量，提高不锈钢线材的强度和耐磨性能；
步骤七，深冷处理完毕后的不锈钢线材1小时内进行 160℃回火，得到最终成品。
综上所述，本发明的加工工艺主要解决的了在外径较小(0.5～3mm)的不锈钢线材上加工出线槽困难的问题，并对工艺进行了一系列的优化，主要体现在：
5、不锈钢线材的线槽加工工序在固溶炉内进行，将线槽加工和固溶处理两道工序合并为一道工序，节约了加工所需的时间，且不锈钢线材加工出线槽后其线槽的内壁也得到了固溶处理，可确保不锈钢线材整体的的强度、光洁度和耐腐蚀性能，同时还充分利用了固溶炉内较为恒定的温度环境，以确保具有较复杂结构的线槽加工顺利进行；
6、对吐丝机加工出不锈钢线材进行冷却得到的高温气体进行了充分利用；
7、不锈钢线材进行校直、二次加热后，再利用激光切割机在不锈钢线材外侧切割出线槽，充分利用了不锈钢线材在固溶过程中温度较高的特点，可有效降低对激光切割机频率和功率的要求，具有节能及降低设备购置成本的优点；而激光切割加工出的线槽不会使线材性能产生剧烈变化，且该线槽为后续线材通过模具孔对线槽进行整形及挤压出卡槽预留出变形空间；
8、在固溶炉环境内，切割出线槽后的线材穿过带有模孔的模具对线槽进行挤压整形，利用了激光切割后的余热，集热轧和冷拔的优点于一体，可一次性完成对线槽的加工，并在线材输出过程中对线槽的内壁进行了固溶处理；
9、冷却后的线材送至深冷机进行-50℃深冷，在较低的功耗下进一步降低钢中的残留奥氏体量，提高线材的强度和耐磨性能。
如图1所示，一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材的设备，包括固溶炉炉体1，所述固溶炉炉体1两端设有入口2和出口3，所述固溶炉炉体1内还设有线材输送辊4，所述固溶炉炉体1内还依次设有线材校直机构5、线材二次加热通道、激光切割机构6和线槽整形模具7；
所述线材校直机构5包括多组交叉设置的校直辊；
所述线材二次加热通道包括一设置固溶炉炉体1内的隔热套筒8，该隔热套筒8的设置目的在于尽量降低对固溶炉炉体1内温度的影响，所述固溶炉炉体1的炉壁内分别设有一进气通道9和出气通道10，所述进气通道9和出气通道 10的一端分别连通隔热套筒8的两端，所述进气通道9和出气通道10的另一端分别连接热源和换热器组件，所述隔热套筒8的中部还对称设置有一对贯穿隔热套筒8内部的通孔，该通孔供线材通过隔热套筒8内部，以实现线材的二次加热；
需要说明的是，进气通道9和出气通道10内的高热气体也起到了保持固溶炉炉体1温度的作用；
具体的，所述热源包括一蜗壳，所述蜗壳内设有风机，所述蜗壳的进风口设置于吐丝机的吐丝管上方，以吸取冷却不锈钢线材后得到的高温气体；
具体的，所述通孔的内径与被加工的线材外径相对应；
具体的，所述隔热套筒8为陶瓷套筒；
结合图2所示，所述激光切割机构6包括埋设于固溶炉炉体1炉壁内的环形设备架11以及阵列在设备架内周上的多个激光切割喷嘴12，各所述激光切割喷嘴12的主体设置于一防护罩13内，所述防护罩13固定于固溶炉炉体1的内部，各所述激光切割喷嘴12的喷口露出于防护罩13外，各所述切割喷嘴与设置于固溶炉炉体1外的激光切割机相连接；
防护罩13的设置为避免激光切割喷嘴12长时间暴露于高温环境下过早损毁；
具体的，所述的激光切割机为YAG激光切割机，该激光切割机具有精度高、配件价格及维护成本低的优点；
结合图3-5所示，所述线槽整形模具7固定于一固定架 14上，所述固定架14固定在固溶炉炉体1内，所述线槽整形模具7中部具有一模孔15，所述模孔15的两端分别设有辅助推进轮16和辅助拉出轮17，以对通过线槽整形模具7 的线材提供助力，使线材上的线槽顺利成型；
具体的，所述模孔15一端具有平齿18，该平齿18形状与激光切割机构6切出的线槽形状相对应，所述模孔15的另一端具有端部为弧形倒角的三角形齿19，所述三角形齿 19的两侧还各具有一凸块20，所述三角形齿19和凸块20 与平齿18之间通过坡面连接，以利于对线槽顺利的挤压成型；
具体的，所述线材输送辊4、线材校直机构5、辅助推进轮16、辅助拉出轮17和线槽整形模具7均为钨钢件。
由于该设备为工艺而设计的配套设备，因此其工作原理在此不再进行赘述；
如图5所示，在另一实施例中，所述线材校直机构5、线材二次加热通道、激光切割机构6都靠近固溶炉炉体1的出口3端设置，所述线槽整形模具7固定在固溶炉炉体1的出口3上，该结构相对于之前的设计，其优点在于移除了线槽整形后再进行固溶处理的工序，缩短了固溶炉的长度，可提高一定的加工效率，适用于对线材性能要求稍低的用户，其缺点在于线槽内壁的光洁度稍差，整体性能也略低于之前设计所加工出的产品。
Claims (10)
1.一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材加工工艺，其特征是，包括下述步骤：
步骤一、吐丝机加工出的不锈钢线材通过气冷的方式降温至1100℃，送入固溶炉以1080℃±10℃的温度进行固溶处理；
步骤二、不锈钢线材在固溶炉炉体内进行校直，校直完毕后的不锈钢线材在固溶炉炉体内进行二次加热；
步骤三、利用激光切割机在经二次加热的不锈钢线材外侧切割出线槽；
步骤四、不锈钢线材切割出线槽后穿过带有模孔的模具，模孔内的凸齿对线槽进行整形并在线槽两侧挤压出卡入槽；
步骤五，线槽整形完毕的不锈钢线材在炉体内保温3分钟后输出固溶炉，水冷至常温；
步骤六、水冷完毕后的不锈钢线材进行烘干、卷绕成捆，送至深冷机进行-50℃深冷，保温1小时；
步骤七，深冷处理完毕后的不锈钢线材1小时内进行160℃回火，得到最终成品。
2.如权利要求1所述的一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材加工工艺，其特征是，步骤二中，对吐丝机加工出的不锈钢线材进行冷却得到的高温气体被吸入固溶炉内，对炉体内的不锈钢线材进行二次加热，二次加热后，该高热气体排出炉体并送至换热器组对余热进行再次利用。
3.如权利要求1所述的一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材加工工艺，其特征是，步骤四中，进入模孔的线材其线槽位置温度为1200℃±50℃，其余部分温度仍保持1080℃±10℃。
4.如权利要求1所述的一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材加工工艺，其特征是，步骤六中，保温的三分钟为不锈钢线材匀速由模具输送至炉体出口所需的时间。
5.一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材的设备，包括固溶炉炉体(1)，所述固溶炉炉体(1)两端设有入口(2)和出口(3)，所述固溶炉炉体(1)内还设有线材输送辊(4)，其特征是：所述固溶炉炉体(1)内还依次设有线材校直机构(5)、线材二次加热通道、激光切割机构(6)和线槽整形模具(7)；
所述线材二次加热通道包括一设置固溶炉炉体(1)内的隔热套筒(8)，所述固溶炉炉体(1)的炉壁内分别设有一进气通道(9)和出气通道(10)，所述进气通道(9)和出气通道(10)的一端分别连通隔热套筒(8)的两端，所述进气通道(9)的另一端连接热源，所述隔热套筒(8)的中部还对称设置有一对贯穿隔热套筒(8)内部的通孔，该通孔供线材通过隔热套筒(8)内部；
所述激光切割机构(6)包括埋设于固溶炉炉体(1)炉壁内的环形设备架(11)以及阵列在设备架内周上的多个激光切割喷嘴(12)，各所述切割喷嘴与设置于固溶炉炉体(1)外的激光切割机相连接；
所述线槽整形模具(7)中部具有一模孔(15)，所述模孔(15)一端具有平齿(18)，所述平齿(18)形状与激光切割机构(6)切出的线槽形状相对应，所述模孔(15)的另一端具有端部为弧形倒角的三角形齿(19)，所述三角形齿(19)的两侧还各具有一凸块(20)，所述三角形齿(19)和凸块(20)与平齿(18)之间通过坡面连接。
6.如权利要求5所述的一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材的设备，其特征是，所述出气通道(10)的另一端连接换热器组件。
7.如权利要求5所述的一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材的设备，其特征是，所述热源包括一蜗壳，所述蜗壳连接风机，所述蜗壳的进风口设置于吐丝机的吐丝管上方，以吸取冷却不锈钢线材后得到的高温气体。
8.如权利要求5所述的一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材的设备，其特征是，各所述激光切割喷嘴(12)的主体设置于一防护罩(13)内，所述防护罩(13)固定于固溶炉炉体(1)的内部，各所述激光切割喷嘴(12)的喷口露出于防护罩(13)外。
9.如权利要求5所述的一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材的设备，其特征是，所述线槽整形模具(7)固定于一固定架(14)上，所述固定架(14)固定在固溶炉炉体(1)内，所述模孔(15)的两端固定架(14)还分别设有辅助推进轮(16)和辅助拉出轮(17)。
10.如权利要求5所述的一种船舶用高光洁耐腐蚀高强度不锈钢线材的设备，其特征是，所述线材校直机构(5)、线材二次加热通道、激光切割机构(6)都靠近固溶炉炉体(1)的出口(3)端设置，所述线槽整形模具(7)固定在固溶炉炉体(1)的出口(3)上。
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