CN1203933C - 温加工制造不锈钢管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温加工制造不锈钢管的方法，属于金属管材轧制技术。它依次按照以下步骤进行，管坯表面机加工；管坯预热到400℃至再结晶温度之间；管坯以轧出速度在10～20m/min范围内及行星轧管机回转盘转速在280～500rpm范围内的高变形速率进行轧制；轧制件冷却。本发明克服了已有技术的工序多，成材率低，制造成本高，制成品质量不稳定等不足。本发明的延伸系数在10～16之间，轧出速度在10～20m/min之间，管材的抗拉强度和延伸率分别为450MPa～550MPa和30%～40%；管材长度可达180m以上；从管坯到成品的总成材率为80%左右，是一种采用温加工制造不锈钢管的先进方法。
Description
技术领域
本发明属于金属管材轧制技术。具体涉及一种加工制造不锈钢管的方法。
背景技术
已有的不锈钢管的制造方法，主要的有穿孔管坯轧制法和不锈钢带成型焊接法等两种。这两种传统的加工方法，前者是将不锈钢实心铸坯，经定尺和再加热后，送入2辊或3辊穿孔机穿成荒管，再将荒管(管坯)通过热轧或冷轧，加工制造成成品管材。所说的这种加工制造方法，是目前所普遍使用的。但这种加工方法，存在着工序多，能耗高，成材率低(仅为60％左右)，不能加工制造超长管材，且管材制造成本高等不足，而缺乏市场竞争力。后者则是将不锈钢铸坯轧制成带钢，进行光亮退火，纵剪分条处理，然后在焊管机组上进行成型焊接，而加工制造成成品管材。所说的这种加工制造方法，具有可以加工生产超长管材，且管材生产成本较前者低，尤其是在小口径薄壁管材的加工制造上，优势明显等长处。但是，由于这种加工制造方法所生产的是有缝焊接管，其焊缝质量成为使用中最关注的问题。虽然人们在焊缝的处理上，进行了大量的工作和努力，但始终不能全面地从根本上消除焊缝所造成的缺陷和泄露，因此，在一些重要的使用场合和中高压流体输送管道和换热器用管上受到限制。且已有技术的加工方法，都未对管坯表面作处理，而存在于管坯表层的铸造缺陷，就将会不可避免地在以后的轧制过程中，被揉和到成品管材的结构中去；同时其加热和轧制都暴露在空气中，所产生的氧化铁皮，同样不可避免地被轧到管材的结构中，而对成品管材的质量，产生破坏性的作用和影响。综观已有的加工制造不锈钢管的方法，均存在着工序多，能耗高，成本高等不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造工序较少，成材率较高，制造成本较低，制品管材质量较好的温加工制造不锈钢管的方法，以克服已有技术的不足。
实现本发明的目的的技术构想，主要基于运用温加工和形变热处理原理，在先对连铸管坯表面作机加工除杂处理，然后赋予管坯一定的初始温度，紧接着将管坯导入变形轧制设备，使管坯在预加热温度，和高变形速率轧制过程中产生的变形热，两者叠加而升温至再结晶温度之上的温度条件下轧制成形，随即冷却而制成成品。而本发明所说的温加工，是与热轧加工和冷轧加工的根本区别所在。具体地说，本发明的在先对经表面机加工除杂处理的管坯的预加热，仅是加热到400℃至再结晶温度之间。本发明这种对管坯预加热的技术措施，与热轧加工方法相比较，能够有效降低能耗，节减制造成本，而与冷轧加工方法相比较，又能够使管坯的变形轧制温度，上升至再结晶温度之上，且具有足够的过热度，而提高了管坯变形的延伸系数，延长了管坯变形区域范围和动态再结晶的过程，而使不锈钢具有足够的条件，实现完全再结晶，从而达到提高轧制效率和制成品管材质量之本发明的初衷。
本发明实现其目的的技术方案是，一种温加工制造不锈钢管的方法，它包括管坯预热、管坯轧制和轧制件冷却步骤，其发明点在于，它依次按照以下步骤进行：管坯表面机加工；管坯预热到400℃至再结晶温度之间；管坯以轧出速度在10～20m/min范围内及行星轧管机回转盘转速在280～500rpm范围内的高变形速率轧制；轧制件冷却；且管坯预热和管坯轧制步骤，是在保护气氛中进行的。
本发明根据各种不锈钢其合金组分和含量不同而不同的再结晶温度，上述各步骤可以有多种具体的技术措施。但本发明经过反复实验而优选的各个步骤的具体技术措施是：
在管坯表面机加工步骤，采取的是车或铣或磨的机械加工方法，且其机加工切削深度，控制在能够去掉管坯表面铸造缺陷的范围内。通过管坯表面机加工，使管坯表面呈无氧化光亮态。而对连铸不锈钢空心管坯而言，切削深度一般控制在0.3mm～0.5mm范围内即可。且由于铣加工工效高于车加工，故本发明推荐的是铣加工。经铣加工切削后所形成的不锈钢废料，可以随即收集后回用。当然对于硬度很高的不锈钢空心管坯，本发明并不排除磨加工处理。
在管坯预热步骤，将经表面机加工的管坯预加热至400℃～650℃。由于不锈钢特别是铁素体和马氏体不锈钢，常温下可塑性低，尤其是在管坯变形热传导尚未形成之前，建立稳定轧制状态比较困难，而本发明在管坯预加热步骤，特地对管坯头部的局部长度(约300mm)范围内，加热至600℃～1000℃。而其以后的预加热温度仍然是400℃～650℃。本发明采取的预加热技术措施，是在线可燃气体火焰加热，或者是卡电电阻加热，或者是管式电炉加热，或者是电感应线圈加热。
在管坯轧制步骤，将预加热的管坯导入变形轧制设备。事实上本发明是在一道次的连续生产流水线上，依次进行本发明的4个步骤。因而正确地说，是将预加热管坯，紧接着导入变形轧制设备，管坯在其预加热温度和其在变形轧制过程产生的形变热，两者叠加在一起而升温至850℃～1200℃的轧制温度条件下轧制成形。由于管坯是在再结晶温度以上，且在一定的过热度状态下发生形变的，无疑管坯的可塑性大，可使延伸系数增加，变形区更长，这一切有利于不锈钢的动态再结晶的过程更完全、更充分，以获得更加均匀的细晶结构。且在多辊行星轧机的多个轧辊的反复辗轧下，而有效保证了本发明制取高质量管材的成功。
在轧制件冷却步骤，对于奥氏体组织的不锈钢轧制件，是在均温条件下，以80℃/秒～160℃/秒降温速率快速冷却至环境温度。所说的在均温条件下快速冷却的均温温度，为轧制温度以上30℃～80℃。对于铁素体和马氏体组织的不锈钢轧制件，则在保护气氛条件下，缓慢冷却至氧化变色温度以下。所谓均温，也可称之为恒温。而均温的实质内涵是，在已经完成变形轧制程序后，且运行离开变形轧制区的轧制件的外围，采用电感应线圈对轧制件再加热，使其温度在变形轧制温度850℃～1200℃的基础上，再升高30℃～80℃，且让此温度均衡地保持一定时间。而后，再让均温的轧制件管材导入水浴或喷淋以80℃/秒～160℃/秒降温速率快速冷却至环境温度。而本发明水浴快速冷却的目的，是令轧制件管材以10m/min～20m/min的轧出速度，通过长约2～4m的乳化液浴槽而实现的。快速冷却实质是一种形变热处理，其目的主要在于进一步细化不锈钢的晶粒，使本发明的制成品管材，在后续深加工过程中乃至后续产品的工作状况下，长期处于优良的力学性能状态。对于铁素体和马氏体组织的不锈钢轧制件，则用控制喷淋冷却强度的方法，使其缓冷到环境温度。
正如在先描述的那样，管坯变形轧制的温度，是决定管坯延伸系数的主要因素，特别是所加工轧制的是不锈钢管材，系多元合金，其组分含量的差异很大。鉴于上述考虑，本发明特别注重变形轧制设备的选用。其变形轧制设备至少应当满足可调控管坯变形温度，具有保护气氛装置，对管坯能够反复辗轧且辗轧面积较大等要求。本发明优选的管坯变形轧制设备，是可调控管坯变形温度的且具有保护气氛装置的2～6辊行星轧管机。
本发明对于管坯轧制温度在预加热、轧制和冷却三个步骤连续作业线上的在线调节和控制，是通过以下三种技术措施来实现的：
第一种是应用在相关工序上的调控技术措施。它是通过调整管坯送进力、管坯预热温度、管坯延伸系数和变形轧制区冷却液流量来实现调控管坯轧制温度的。
而第二种是应用在轧制设备的相关速度的调控技术措施。它是通过调整所说行星轧管机回转盘的转速及轧出速度所实现的变形速率的高低，而调控管坯轧制温度的。本发明优选的调整行星轧管机回转盘的转速范围，控制在280rpm至500rpm之内，而调整轧出速度的范围，控制在10m/min至20m/min之内。也就是说，所说的高变形速率，是通过行星轧管机回转盘转速在280～500rpm范围，及轧出速度的调整而调控的。也就是说，所说的管坯轧制温度，是通过行星轧管机回转盘转速及轧出速度的调整而调控的。
而第三种是应用在轧制设备的相关结构上的调控技术措施。它是通过调整所说行星轧管机的轧辊送进角度，而调控管坯轧制温度的。本发明优选的调整所说轧辊送进角度的范围，控制在6°～8°之间。也就是说，所说的管坯轧制温度，是通过行星轧管机轧辊送进角度在6°～8°范围内的调整而调控的。
具体实施方式
本发明将通过下述具体实施方式作进一步说明，以便对本发明实现其目的的技术方案和特点了解得更加明了。
本发明的典型实施方式之一，轧制的是0Cr19Ni9(304)奥氏体不锈钢管。轧制是在改进后的XR-SG90三辊行星轧管机上进行的。管坯为垂直连铸的，初始尺寸为φ90×25mm，轧前管坯经由3个铣头的铣加工设备，进行表面处理，其切削深度为0.5mm，使管坯表面呈无氧化光亮态，然后在线预加热。采用电感应线圈加热，使管坯的头部300mm长度范围内预热至850℃，其它部分预热至500℃。然后进行由改进后的XR-SG90三辊行星轧管机的轧制加工。管坯在预热温度和变形热温度两者叠加后，很快升温至1100℃～1150℃。轧管机以轧出速度为15m/min进行工作，并持续不断将其所轧制的管件向前送进。在紧挨轧制区的所输送出来的管件的外围，安装有电感应加热器，使轧制件继续升温至1180℃，并将此1180℃的温升持续保持5～10秒钟时间，随即使轧制管件进入长2m的乳化液浴槽内。轧制管件大约在8秒钟的时间内通过水浴，而快速冷却至环境温度。然后向上预弯收卷。轧制后的不锈钢管规格为φ48×2.5mm。延伸系为13.9。不锈钢管表面无任何缺陷存在，轧后管体金相组织呈很细的等轴晶粒状态(完全再结晶态)，抗拉强度≥520MPa，延伸率为38％～42％，成材率为92％左右，管材长度可达180m以上。轧制件管材品质优良。轧制是成功的。
本发明的具体实施方式之二。温轧0Cr17Ni14Mo2(316L)奥氏体不锈钢垂直连铸空心管坯。轧制是在改进后的XR-SG90三辊行星轧管机上进行的。管坯初始尺寸为φ95×25mm。经铣加工对管坯表面进行切削处理，切削深度为0.5mm，使管坯表面呈无氧化光亮状态，然后采用电感应线圈预加热，使管坯的管头部分300mm长度范围内升温至800℃，然后进入改进后的XR-SG90三辊行星轧管机，先将管头建立稳定轧制状态，等待管头成型之后，将管坯预热温度下降到500℃，以后管坯进入轧制程序。其后的轧制程序如同具体实施方式之一。而其轧制温度为1120℃，轧出速度为12m/min，管件冷却前的均温温度为1160℃，轧制后的不锈钢管的规格为φ47×3mm，其延伸系数为12。不锈钢管表面无任何折叠纹和其它缺陷。其抗拉强度≥480MPa，延伸率≥40％。轧制是成功的。这种不锈钢管在后续的拉伸中，几乎无因管体本身的缺陷而发生断管现象。且由于坯管长度长，该坯管可以在盘拉机上以800m/min的速度高效拉伸，在通过盘到盘在线感应退火进行在线软化后，再进一步拉伸。这种方法生产的不锈钢管的成材率，从空心管坯到φ12×1mm的不锈钢管的成材率为88％左右，且其生产成本比已有技术低得很多。
具体实施方式之三。温轧Cr28铁素体不锈钢垂直连铸空心管坯。轧制是在改进后的XR-SG90三辊行星轧管机上进行的。管坯初始尺寸为φ90×25mm。经铣加工对管坯表面进行切削处理，切削深度为0.5mm，使管坯表面呈无氧化光亮状态，然后采用感应线圈预加热，使管坯头部升温至600℃，其他部分管坯预热温度降为450℃，然后进入改进后的XR-SG90三辊行星轧管机，先将管头建立稳定轧制状态，等待管头轧成型之后，以后管坯进入轧制程序。其后轧制程序如同具体实施方式之一。而其轧制温度为1050℃，轧出速度为12m/min，而轧出的管件，在保护气氛下，通过3m长的喷淋筒缓慢冷却到氧化变色温度以下。轧制后的不锈钢管规格为φ47×3mm，其延伸系数为12。不锈钢管表面无任何折叠纹和其他缺陷。其抗拉强度≥530MPa，延伸率≥30％。细晶结构使其低温脆性大大改善。轧制是成功的。
本发明的技术方案，通过其具体实施方式的实践证明，本发明所具有的在线连续作业工序少，自动化程度高，且成材率高，管材制造成本低，轧制件管材品质好，和能够加工生产超长管材等特点，是显而易见的。尤其是本发明采用连铸管坯所形成的连铸连轧工艺，使其生产制造成本相当低，其成本比不锈钢焊管还低，但其售价可比不锈钢焊管高出20％。因此在本发明所能制造的规格和材质范围内，完全可以替代传统制管工艺生产的管材。
Claims (8)
1、一种温加工制造不锈钢管的方法，它包括管坯预热、管坯轧制和轧制件冷却步骤，其特征在于，它依次按照以下步骤进行：管坯表面机加工；管坯预热到400℃至再结晶温度之间；管坯以轧出速度在10～20m/min范围内及行星轧管机回转盘转速在280～500rpm范围内的高变形速率轧制；轧制件冷却，且管坯预热和管坯轧制步骤，是在保护气氛中进行的。
2、根据权利要求1所述的温加工制造不锈钢管的方法，其特征在于，它的各个步骤的技术措施是：
a、在管坯表面机加工步骤，采取的是车或铣或磨的机械加工方法，且其机加工切削深度，控制在能够去掉管坯表面铸造缺陷的范围内；
b、在管坯预热步骤，将经表面机加工的管坯预加热到400℃～650℃；
c、在管坯轧制步骤，将预加热的管坯导入变形轧制设备，管坯在其预加热温度和其在变形轧制过程产生的形变热，两者叠加而升温至850℃～1200℃的轧制温度条件下轧制成形；
d、在轧制件冷却步骤，对于奥氏体组织的不锈钢轧制件，是在均温条件下，以80℃/秒～160℃/秒降温速率，快速冷却至环境温度，所说的在均温条件下快速冷却的均温温度，为轧制温度以上30℃～80℃；对于马氏体或铁素体组织的不锈钢轧制件，则在保护气氛下，缓慢冷却至氧化变色温度以下。
3、根据权利要求1所述的温加工制造不锈钢管的方法，其特征在于，所说的管坯，是用连铸方法制取的空心管坯。
4、根据权利要求2所述的温加工制造不锈钢管的方法，其特征在于，在管坯头部的局部长度约300mm范围内，预加热温度为600℃～1000℃。
5、根据权利要求2所述的温加工制造不锈钢管的方法，其特征在于，所说的管坯变形轧制设备，是可调控管坯变形温度的且具有保护气氛装置的2～6辊行星轧管机。
6、根据权利要求2所述的温加工制造不锈钢管的方法，其特征在于，所说的管坯轧制温度，是通过调整管坯送进力、管坯预热温度、管坯延伸系数和变形轧制区冷却液流量来实现调控的。
7、根据权利要求2所述的温加工制造不锈钢管的方法，其特征在于，所说的管坯轧制温度，是通过行星轧管机回转盘转速及轧出速度的调整而调控的。
8、根据权利要求2所述的温加工制造不锈钢管的方法，其特征在于，所说的管坯轧制温度，是通过行星轧管机轧辊送进角度在6°～8°范围内的调整而调控的。
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