CN219233509U - 合金无缝钢管轧管机芯棒及轧管生产线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种合金无缝钢管轧管机芯棒及轧管生产线。它解决了现有技术设计不合理等缺陷。本合金无缝钢管轧管机芯棒包括咬入段和脱棒段，所述咬入段和脱棒段均为实心构造段，所述咬入段的后端和所述脱棒段的前端通过无缝钢管连接，所述咬入段、所述脱棒段和所述无缝钢管内部形成封闭腔室。本申请优点：封闭腔室使得合金无缝钢管轧管机芯棒穿管后在冷却水池中冷却时，冷却水无法进入至无缝钢管内部，而且由于无缝钢管的内部具有较大的内孔孔径，在轧管的过程中，内部的空气由于换热率低，此时的合金无缝钢管轧管机芯棒不会对轧管形成快速的热量交换，以提高轧管品质。

Description

合金无缝钢管轧管机芯棒及轧管生产线

技术领域

本实用新型属于金属管制造技术领域，尤其涉及一种合金无缝钢管轧管机芯棒及其轧管生产线。

背景技术

阿塞尔轧管机芯棒是阿塞尔轧管机组中的主要变形工具，它是在轧制过程中主要起减壁和延伸的作用，选用合适的芯棒可以轧制出理想均匀壁厚的钢管。在轧制过程中，芯棒是在1000℃以上高温、高压、摩擦等工况条件下使用，如果芯棒刚度和强度不足，极易发生扭曲变形和纵裂失效，所以芯棒的工作段的长度不能太短。芯棒的需求量与无缝钢管的产量同比增长轧机芯棒直径为107～277mm,其工作长度-般为15～18m,属于超长杆件。目前芯棒所用材料为美国热作模具钢H13(4Cr5MoSiV1)，成本较高。

例如，中国专利公开了一种无缝钢管轧管机芯棒，专利号CN201920368432.6，包括棒体，所述棒体的一侧开设有第一螺纹槽，所述第一螺纹槽的内壁螺纹连接有棒头，所述棒体远离第一螺纹槽的一端开设有第二螺纹槽，所述第二螺纹槽的内壁螺纹连接有棒尾，所述棒体、棒头和棒尾的内部中心均开设有导通孔，所述棒头和棒尾靠近棒体的一侧均设置有环形凹槽，所述环形凹槽的中部表面设置有转动环。该一种无缝钢管轧管机芯棒，解决了传统的芯棒一般长度较长，质量较重，不方便移动，且多为实体棒，加热周期长，不利于循环使用，冷热交替容易导致棒体变形，同时顶头易损坏，增加经济损耗的问题。

上述方案虽然具有如上的优势，但是，该方案其内部的孔为一端敞口，当穿管加工完毕之后进行冷却水池中进行冷却时，敞口一端预先进入水池并轴向推进，此时的芯棒内部会进入冷却水，敞口侧为前端，不仅影响芯棒推进速度，而且冷却后的反复使用由于内部冷却水无法及时完全排放干净，导致二次穿管的过程中会和轧管机的加热温度形成热量交换，以及内部孔流出的水会落在轧管内壁，严重影响轧管质量。

其次，上述方案由于内部孔为后端敞口，而反复的轧管和冷却导致棒体内外受热不均匀，棒体易发生形变，影响轧管质量。

另外，上述方案其棒头进行轧管时，棒头圆周面和被轧管接触为棒头曲面最大直径处单一和轧管内壁接触，棒头在推进的过程中，由于和轧管的接触面较小并且受到高温影响，棒头对轧管壁厚均匀性处理较差。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种可以解决上述技术问题的合金无缝钢管轧管机芯棒及轧管生产线。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：

本合金无缝钢管轧管机芯棒，包括咬入段和脱棒段，所述咬入段和脱棒段均为实心构造段，所述咬入段的洛氏硬度为42-50HRC，所述脱棒段的洛氏硬度为42-50HRC，所述咬入段的后端和所述脱棒段的前端通过无缝钢管连接，所述无缝钢管的表面硬度为300-360HBW，所述咬入段、所述脱棒段和所述无缝钢管内部形成封闭腔室，在所述咬入段的前端具有第一圆柱面，在所述咬入段的后端具有第二圆柱面，所述第一圆柱面的轴向长度长于所述第二圆柱面的轴向长度，所述第一圆柱面轴心线和所述第二圆柱面的轴心线重合并且两者直径相等，所述第一圆柱面的直径和所述无缝钢管的外径相等，所述脱棒段的外径和所述无缝钢管的外径相等。

在上述的合金无缝钢管轧管机芯棒中，所述咬入段上设有连接于所述第一圆柱面和所述第二圆柱面的环形槽。

在上述合金无缝钢管轧管机芯棒中，所述咬入段的后端部具有插于所述无缝钢管前端内部的第一插入部，所述无缝钢管和所述第一插入部间隙配合并且所述无缝钢管和所述咬入段的后端部焊接连接；所述脱棒段的前端具有插于所述无缝钢管后端内部的第二插入部，所述无缝钢管和所述第二插入部间隙配合并且所述无缝钢管和脱棒段的前端部焊接连接。

在上述合金无缝钢管轧管机芯棒中，所述咬入段的后端面和/或所述无缝钢管的前端面设有第一环形倾斜面，所述咬入段的后端面和所述无缝钢管的前端面形成第一V形堆焊空间。

在上述合金无缝钢管轧管机芯棒中，所述脱棒段的前端面和/或所述无缝钢管的后端面设有第二环形倾斜面，所述脱棒段的前端面和所述无缝钢管的后端面形成第二V形堆焊空间。

在上述合金无缝钢管轧管机芯棒中，所述咬入段的前端部具有第一锥形部。

在上述合金无缝钢管轧管机芯棒中，所述脱棒段的后端部具有第二锥形部。

本申请还提供了一种用于制作所述合金无缝钢管轧管机芯棒的制作方法，所述合金无缝钢管轧管机芯棒的制作方法包括如下步骤：

S1、坯料预制，选用H13钢预制咬入段坯料，选用H13钢预制脱棒段坯料，选用4145MOD钢的无缝管钢管料进行切断加工得到无缝钢管坯管；

S2、机加工，对S1步骤的所述咬入段坯料、所述脱棒段坯料和所述无缝钢管坯管进行机械加工，机械加工包括车外圆、车端面和车内孔；

S3、热处理，对S2步骤加工后的机加工咬入段进行空淬、机加工脱棒段进行空淬和机加工无缝钢管进行水淬的热处理，所述机加工咬入段进行空淬后再进行多次回火处理，以及回火温度从第一次至N次逐渐降低；所述机加工脱棒段进行空淬后再进行多次回火处理，以及回火温度从第一次至N次逐渐降低；

S4、组装，将热处理后的热处理咬入段组装于热处理无缝钢管的前端，将热处理后的热处理脱棒段组装工于热处理无缝钢管的后端，组装到位后采用焊接将所述热处理咬入段和所述热处理无缝钢管焊接固定，采用焊接将所述热处理脱棒段和所述热处理无缝钢管焊接固定，最终对焊接处的焊疤进行打磨抛光，得到合金无缝钢管轧管机芯棒。

在上述合金无缝钢管轧管机芯棒的制作方法中，在上述的S3步骤中，

所述机加工咬入段的空淬温度为1000℃-1060℃，空淬后进行多次回火处理，第一次回火温度600℃-640℃，第二次回火温度为580℃-620℃，回火后的热处理咬入段洛氏硬度为42-50HRC，冲击吸收能≥20J；

所述机加工脱棒段的空淬温度为1000℃-1060℃，空淬后进行多次回火处理，第一次回火温度600℃-640℃，第二次回火温度为580℃-620℃，回火后的热处理脱棒段洛氏硬度为42-50HRC，冲击吸收能≥20J；

所述机加工无缝钢管的水淬温度为840℃-920℃，水淬后进行600℃-640℃温度的回火处理，回火处理后的热处理无缝钢管抗拉强度≥965MPa,屈服强度≥758MPa，冲击吸收能≥70J，表面硬度300-360HBW。

在上述合金无缝钢管轧管机芯棒的制作方法中，在上述的S1步骤中，所述无缝管钢管料进行至少一次校直和至少一次点矫处理；在上述的S3和S4之间，对热处理后的无缝钢管进行至少一次校直和至少一次点矫处理。

本申请还提供一种轧管生产线，包括如上的合金无缝钢管轧管机芯棒。

与现有的技术相比，本申请的优点在于：

封闭腔室使得合金无缝钢管轧管机芯棒穿管后在冷却水池中冷却时，冷却水无法进入至无缝钢管内部，而且由于无缝钢管的内部具有较大的内孔孔径，在轧管的过程中，内部的空气由于换热率低，此时的合金无缝钢管轧管机芯棒不会对轧管形成快速的热量交换，以提高轧管品质。

在冷却水池中冷却时，由于是封闭腔室，可以提供一个更好的浮力以使得合金无缝钢管轧管机芯棒在冷却水池中的推进不会受阻；同时，由于是封闭腔室，在轧管的过程中，封闭腔室内保留了一定温度的热量，而内部保留一定温度的热量可以大幅减小与轧管温度的热量交换量，以提高轧管质量。

由于封闭腔室中有一定温度的热量，其可以减小在轧管过程中由于芯棒内部和外壁之间的温差，以防止形变和确保芯棒的直线度，提高轧管质量。

附图说明

图1是本实用新型提供的合金无缝钢管轧管机芯棒结构示意图。

图2是本实用新型提供的合金无缝钢管和咬入段组配结构示意图。

图3是本实用新型提供的合金无缝钢管和脱棒段组配结构示意图。

图4是本实用新型提供的咬入段优化结构示意图。

图中，咬入段1、第一圆柱面10、第二圆柱面11、环形槽12、第一插入部13、第一锥形部14、脱棒段2、第二插入部20、第二锥形部21、无缝钢管3、封闭腔室A、第一环形倾斜面a1、第二环形倾斜面a2。

具体实施方式

以下是实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

实施例一

如图1所示，本合金无缝钢管轧管机芯棒包括咬入段1和脱棒段2，以及无缝钢管3。无缝钢管3通过无缝管钢管料切割制得，结构稳定并且取材方便及效率高。

优选方案，本实施例的咬入段1和脱棒段2均为实心构造段，例如，通过锻造加工制得，结构强度高并且锻造产品一致性好。

优选方案，如图1和图2所示，在咬入段1的前端部具有第一锥形部14，咬入段1的后端和脱棒段2的前端通过无缝钢管3连接，脱棒段2的后端部具有第二锥形部21。例如，以套接的方式进行焊接连接。焊接完成后，咬入段1、脱棒段2和无缝钢管3内部形成封闭腔室A。封闭腔室A使得合金无缝钢管轧管机芯棒穿管后在冷却水池中冷却时，冷却水无法进入至无缝钢管3内部，而且由于无缝钢管3的内部具有较大的内孔孔径，在轧管的过程中，内部的空气由于换热率低，此时的合金无缝钢管轧管机芯棒不会对轧管形成快速的热量交换，以提高轧管品质。

其次，在冷却水池中冷却时，由于是封闭腔室，可以提供一个更好的浮力以使得合金无缝钢管轧管机芯棒在冷却水池中的推进不会受阻；同时，由于是封闭腔室，在轧管的过程中，封闭腔室内保留了一定温度的热量，而内部保留一定温度的热量可以大幅减小与轧管温度的热量交换量，以提高轧管质量。

另外，由于封闭腔室中有一定温度的热量，其可以减小在轧管过程中由于芯棒内部和外壁之间的温差，以防止形变和确保芯棒的直线度，提高轧管质量。

优选方案，如图2所示，在咬入段1的前端具有第一圆柱面10，在咬入段1的后端具有第二圆柱面11，第一圆柱面10的轴向长度长于第二圆柱面11的轴向长度，第一圆柱面10轴心线和第二圆柱面11的轴心线重合并且两者直径相等，第一圆柱面10的直径和无缝钢管3的外径相等，脱棒段2的外径和无缝钢管3的外径相等。

第一圆柱面10和第二圆柱面11的设计，使得在芯棒在推进的过程中，咬入段1能够和轧管形成前后圆柱面和轧管内壁的面与面接触方式，以及第二圆柱面11还可以对第一圆柱面10处理后的轧管壁厚形成二次均匀加强化处理，以使得轧管壁厚更加均匀。同时，前后设置的第一圆柱面10和第二圆柱面11，可以使得咬入段1的抗形变性能更好，大幅延长使用寿命。

优选方案，在咬入段1上设有连接于第一圆柱面10和第二圆柱面11的环形槽12。环形槽12可以节省材料以及减小摩擦力，以使得咬入段1推进更加平顺。以及环形槽12的两槽壁为倾斜槽壁，以利于加工制造。

优选方案，如图2所示，在咬入段1的后端部具有插于无缝钢管3前端内部的第一插入部13，无缝钢管3的壁厚小于无缝钢管3的内径半径，为了提高配合精度，在无缝钢管3的两端分别设有扩孔，扩孔的孔径大于无缝钢管3的原始内径，同时，扩孔的孔底面形成组装到位的限位，例如，对第一插入部13形成安装到位的限位，无缝钢管3和第一插入部13间隙配合并且无缝钢管3和咬入段1的后端部焊接连接；具体地，在咬入段1的后端面和/或无缝钢管3的前端面设有第一环形倾斜面a1，咬入段1的后端面和无缝钢管3的前端面形成第一V形堆焊空间。第一V形堆焊空间中有焊疤，以使得无缝钢管3和咬入段1后端连接。

第一种方式：如图4所示，在咬入段1的后端面设有第一环形倾斜面a1。其次，在第一插入部13的轴向设有若干第一螺旋槽，第一螺旋槽长度短于第一插入部13的轴向长度，以及第一螺旋槽靠近第一环形倾斜面a1的一端和设于第一环形倾斜面a1上的贯通槽连通，在焊接时，焊料会流入贯通槽并进入至第一螺旋槽中，以提高咬入段1和无缝钢管3的焊接连接强度。

第二种方式：如图2所示，在无缝钢管3的前端面设有第一环形倾斜面a1。

第三种方式：在咬入段1的后端面和无缝钢管3的前端面设有第一环形倾斜面a1。

上述的第一环形倾斜面可以理解为倒角。

优选方案，如图3所示，在脱棒段2的前端具有插于无缝钢管3后端内部的第二插入部20，无缝钢管3和第二插入部20间隙配合并且无缝钢管3和脱棒段2的前端部焊接连接。具体地，在脱棒段2的前端面和/或无缝钢管3的后端面设有第二环形倾斜面a2，脱棒段2的前端面和无缝钢管3的后端面形成第二V形堆焊空间。

第二环形倾斜面设置的方式可以参阅第一环形倾斜面a1的三种方式。

本实施例的咬入段芯棒头部采用H13钢，性能：洛氏硬度42-50HRC，冲击吸收能≥20J。H13钢综合性能特优。

无缝钢管3采用4145MOD钢，性能：抗拉强度≥965MPa,屈服强度≥758MPa，冲击吸收能≥70J，表面硬度300-360HBW。

无缝钢管是轧制过程中受力平稳的阶段，轧制的产品主要是碳素钢和中低合金无缝钢管，故选择改良的4145MOD钢。

脱棒段2采用H13钢，性能：洛氏硬度42-50HRC，冲击≥20J。脱棒段的主要作用是轧管结束后，用脱棒机夹住脱棒部位将芯棒从钢管拉出的，承担巨大的夹持力，多向冲击，故选择综合性能特优的H13热作模具钢。

实施例二

本实施例提供了一种合金无缝钢管轧管机芯棒的制作方法，用于制作实施例一的合金无缝钢管轧管机芯棒。

具体地，如图1-图3所示，本实施例的合金无缝钢管轧管机芯棒制作方法包括如下步骤：

S1、坯料预制，选用H13钢预制咬入段坯料，选用H13钢预制脱棒段坯料，预制采用锻造方式，选用4145MOD钢的无缝管钢管料进行切断加工得到无缝钢管坯管；

S2、机加工，对S1步骤的所述咬入段坯料、所述脱棒段坯料和所述无缝钢管坯管进行机械加工，机械加工包括车外圆、车端面和车内孔；

对咬入段坯料进行车多处的外圆，例如，车加工得到第一圆柱面10、第二圆柱面11和第一插入部13，同时，第一插入部13和第二圆柱面11的连接端面也进行机加工。

对脱棒段坯料进行车外圆和车端面加工，例如，第二插入部20的外圆，以及第二插入部20和对脱棒段坯料圆柱面的连接端面机加工。

对无缝钢管坯管的两个端面车加工，以及对无缝钢管坯管的内壁两端进行车加工，以使得无缝钢管坯管的内壁两端分别和第一插入部13与第二插入部20高精度配合。

S3、热处理，对S2步骤加工后的机加工咬入段进行空淬、机加工脱棒段进行空淬和机加工无缝钢管进行水淬的热处理，机加工咬入段进行空淬后再进行多次回火处理，以及回火温度从第一次至N次逐渐降低；机加工脱棒段进行空淬后再进行多次回火处理，以及回火温度从第一次至N次逐渐降低；

具体地，机加工咬入段的空淬温度为1000℃-1060℃，空淬后进行多次回火处理，第一次回火温度600℃-640℃，第二次回火温度为580℃-620℃，回火后的热处理咬入段洛氏硬度为42-50HRC，冲击吸收能≥20J。

机加工脱棒段的空淬温度为1000℃-1060℃，空淬后进行多次回火处理，第一次回火温度600℃-640℃，第二次回火温度为580℃-620℃，回火后的热处理脱棒段洛氏硬度为42-50HRC，冲击吸收能≥20J，冲击吸收能≥20J。

机加工无缝钢管的水淬温度为840℃-920℃，水淬后进行600℃-640℃温度的回火处理，回火处理后的热处理无缝钢管抗拉强度≥965MPa,屈服强度≥758MPa，冲击吸收能≥70J，表面硬度300-360HBW。

S4、组装，将热处理后的热处理咬入段组装于热处理无缝钢管的前端，将热处理后的热处理脱棒段组装工于热处理无缝钢管的后端，组装到位后采用焊接将所述热处理咬入段和所述热处理无缝钢管焊接固定，采用焊接将所述热处理脱棒段和所述热处理无缝钢管焊接固定，最终对焊接处的焊疤进行打磨抛光，得到合金无缝钢管轧管机芯棒。

在上述的S1步骤中，所述无缝管钢管料进行至少一次校直和至少一次点矫处理；在上述的S3和S4之间，对热处理后的无缝钢管进行至少一次校直和至少一次点矫处理。

实施例三

本实施例的原理和实施例二基本相同，不同的位置在于：

机加工咬入段的空淬温度为1030℃，空淬后进行多次回火处理，第一次回火温度620℃，第二次回火温度为600℃，回火后的热处理咬入段洛氏硬度为46HRC，冲击吸收能25J；

机加工脱棒段的空淬温度为1030℃，空淬后进行多次回火处理，第一次回火温度620℃，第二次回火温度为600℃，回火后的热处理脱棒段洛氏硬度为46HRC，冲击吸收能为25J；

机加工无缝钢管的水淬温度为880℃，水淬后进行620℃温度的回火处理，回火处理后的热处理无缝钢管抗拉强度≥970MPa,屈服强度≥765MPa，冲击吸收能≥72J，表面硬度340HBW。

实施例四

本实施例的原理和实施例二基本相同，不同的位置在于：

机加工咬入段的空淬温度为1000℃，空淬后进行多次回火处理，第一次回火温度600℃，第二次回火温度为580℃，回火后的热处理咬入段洛氏硬度为42HRC，冲击吸收能20J；

机加工脱棒段的空淬温度为1000℃，空淬后进行多次回火处理，第一次回火温度600℃，第二次回火温度为580℃，回火后的热处理脱棒段洛氏硬度为42HRC，冲击吸收能为20J；

机加工无缝钢管的水淬温度为840℃，水淬后进行600℃温度的回火处理，回火处理后的热处理无缝钢管抗拉强度≥965MPa,屈服强度≥758MPa，冲击吸收能≥70J，表面硬度300HBW。

实施例五

本实施例的原理和实施例二基本相同，不同的位置在于：

机加工咬入段的空淬温度为1060℃，空淬后进行多次回火处理，第一次回火温度640℃，第二次回火温度为620℃，回火后的热处理咬入段洛氏硬度为50HRC，冲击吸收能为28J；

机加工脱棒段的空淬温度为1060℃，空淬后进行多次回火处理，第一次回火温度640℃，第二次回火温度为620℃，回火后的热处理脱棒段洛氏硬度为50HRC，冲击吸收能为28J；

机加工无缝钢管的水淬温度为920℃，水淬后进行640℃温度的回火处理，回火处理后的热处理无缝钢管抗拉强度≥975MPa,屈服强度≥770MPa，冲击吸收能≥74J，表面硬度360HBW。

实施例六

本轧管生产线，包括实施例一的合金无缝钢管轧管机芯棒。轧管生产线的其余设备为现有商购，例如轧管机和冷水水池等等。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.合金无缝钢管轧管机芯棒，包括咬入段(1)和脱棒段(2)，其特征在于，所述咬入段(1)和脱棒段(2)均为实心构造段，所述咬入段(1)的后端和所述脱棒段(2)的前端通过无缝钢管(3)连接，所述咬入段(1)、所述脱棒段(2)和所述无缝钢管(3)内部形成封闭腔室(A)，在所述咬入段(1)的前端具有第一圆柱面(10)，在所述咬入段(1)的后端具有第二圆柱面(11)，所述第一圆柱面(10)的轴向长度长于所述第二圆柱面(11)的轴向长度，所述第一圆柱面(10)轴心线和所述第二圆柱面(11)的轴心线重合并且两者直径相等，所述第一圆柱面(10)的直径和所述无缝钢管(3)的外径相等，所述脱棒段(2)的外径和所述无缝钢管(3)的外径相等。

2.根据权利要求1所述的合金无缝钢管轧管机芯棒，其特征在于，所述咬入段(1)上设有连接于所述第一圆柱面(10)和所述第二圆柱面(11)的环形槽(12)。

3.根据权利要求1所述的合金无缝钢管轧管机芯棒，其特征在于，所述咬入段(1)的后端部具有插于所述无缝钢管(3)前端内部的第一插入部(13)，所述无缝钢管(3)和所述第一插入部(13)间隙配合并且所述无缝钢管(3)和所述咬入段(1)的后端部焊接连接；所述脱棒段(2)的前端具有插于所述无缝钢管(3)后端内部的第二插入部(20)，所述无缝钢管(3)和所述第二插入部(20)间隙配合并且所述无缝钢管(3)和脱棒段(2)的前端部焊接连接。

4.根据权利要求1所述的合金无缝钢管轧管机芯棒，其特征在于，所述咬入段(1)的后端面和/或所述无缝钢管(3)的前端面设有第一环形倾斜面(a1)，所述咬入段(1)的后端面和所述无缝钢管(3)的前端面形成第一V形堆焊空间。

5.根据权利要求1所述的合金无缝钢管轧管机芯棒，其特征在于，所述脱棒段(2)的前端面和/或所述无缝钢管(3)的后端面设有第二环形倾斜面(a2)，所述脱棒段(2)的前端面和所述无缝钢管(3)的后端面形成第二V形堆焊空间。

6.根据权利要求1所述的合金无缝钢管轧管机芯棒，其特征在于，所述咬入段(1)的前端部具有第一锥形部(14)。

7.根据权利要求1所述的合金无缝钢管轧管机芯棒，其特征在于，所述脱棒段(2)的后端部具有第二锥形部(21)。

8.轧管生产线，其特征在于，所述生产线包括如权利要求1-7任意一项所述的合金无缝钢管轧管机芯棒。

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