专利名称：采用斜轧延伸技术生产高合金钢高端管材的新工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及无缝钢管的制造技术，尤其涉及大口径、中厚壁、高 合金钢的高端无缝钢管的制造技术。
背景技术：
钢材具有良好的综合使用性能，能够在不同工况条件下承受所要 求的负载和具有所需的使用寿命周期，且工艺性能良好，是国民经济 建设不可或缺的重要基础材料。 一般来说，把含碳量0. 02%-2%的碳铁 合金称为钢，含碳量大于2%的碳铁合金称为铸铁。根据不同的划分标 准，可以将钢材划分成不同的类别。按照钢的化学成分可以分为碳素 钢和合金钢碳素钢中的成分除了铁和碳外，还含有在冶炼中难以除净的少量 硅、锰、磷、硫、氧和氮等。根据含碳量大小，将碳素钢分为低碳钢 (含碳小于0.25%)、中碳钢(含碳0.25% 0.6%)和高碳钢(含碳大于 0.6%)。合金钢是特意加入或超过碳素钢限量的合金元素的钢，以便使其 具有一般碳素钢不可能具备的强度、韧性、耐蚀性、耐磨性、耐热性、 红硬性等特殊性能。这些合金元素包括锰、硅、矾、铬、镍、钛、锐 等。合金元素总含量小于5%为低合金钢，5% 10%为中合金钢，大于 10%为高合金钢。总体上讲，钢具有好的加工性能，但是随着合金元素含量的提高， 合金钢特别是高合金钢一般情况下都表现为工艺塑性下降、变形温 度区间变窄、脆性增大、变形抗力加大、从而使得加工难度越来越大， 因此高合金钢产品的加工难度就更大，不但耗材、耗时、成本高，而且质量也难以得到保证。尤其是高合金钢无缝管材的加工成形， 一直 是困扰无缝钢管制造业的难题之一。其中，采用斜轧延伸技术来生产钢管是常用的、古老的方法之一。德国曼内斯曼兄弟ioo多年前发明无缝钢管生产工艺技术的核心，即立足于斜轧成形的穿孔机，即曼氏穿孔机。经过一个世纪多的技术进 步，由最早的斜轧穿孔机演变出各种现代化的斜轧延伸轧管机，如二辊式的延伸机、狄塞尔轧机、ACCU-ROLL轧机、三辊式的阿塞尔轧机、 TRANSVAL轧机等。尽管它们所用的轧辊形状、数目、布置方式、芯 棒的形状和运动方式都不相同，但有两点是共同的第一，变形过程, 管件在其中除了前进运动外，还在倾斜布置的轧辊的带动下围绕自己 的中心轴线旋转，即做螺旋前进运动，同时实现轧件在各类心棒上完 成减径减壁的延伸变形；第二，在这类轧机上都配备有穿孔机，其使 命就是将实心坯穿轧成空心的荒管，以备后续的斜轧延伸成形装置将 其轧制成为各种管材产品。由于变换规格方便，尺寸精度和表面质量 较好，钢管斜轧延伸工艺用以生产规格繁多、表面精度要求较高的机 械用管、轴承管、中厚壁结构管的优势始终得到业内人士的公认。采 用现有各类斜轧延伸技术生产管材的基本工艺流程是管坯下料一加热一热定心一斜轧穿孔一带有长芯棒或短芯棒的 钢管斜轧延伸一退出芯棒一再加热一除鳞一定减径一成品热处理一 后精整不难看出，由于斜轧穿孔也是现有钢管斜轧生产工艺不可或缺的 技术环节，采用这一工艺生产高端管材，特别是生产工艺塑性差、可 变形温度区间窄、变形抗力大的高合金钢管材时，穿孔缺陷和过度的 温降将会造成技术上的种种麻烦，从而使上述工艺在生产高合金钢高 端钢管品种方面的推广应用受到了限制。
发明内容
本发明正是为了克服上述现有技术的缺陷，提供了一种采用无须 穿孔的斜轧延伸技术生产高合金钢高端管材的新工艺，尤其适用于大 口径、中厚壁、高合金钢无缝钢管的生产，其包括以下工艺步骤第一步,经炉外精炼的高合金钢钢水通过离心铸造机离心铸造成 空心管坯；第二步，将所述空心管坯的前端外表面加工成带锥度的"咬入 头"、后端外表面加工成带锥度的"尾端头"，并对所述空心管坯的 内外表面和所述"咬入头"、"尾端头"进行机加工和质量检査；第三步，对第二步处理后的所述空心管坯进行加热；第四步，向加热后的所述空心管坯内插入芯棒，并送入斜轧延伸 轧管机进行斜轧，制得壁厚、直径和长度符合要求的管件；第五步，对所述管件脱芯棒、切头、切尾；第六步，对切头、切尾后的所述管件再经定径、成品热处理、精 整，制得合格的成品管材。其中，第一步所述的离心铸造是在铸型的旋转轴线与水平夹角为 O度的卧式离心铸造机上进行的，离心铸造出的空心管坯为等壁厚的 两端通透的空心管坯。在所述第二步中，将所述空心管坯外表面的前端和后端各250mm 长度分别加工成带有锥度为l: (1500-2000)/D的"咬入头"和"尾端 头"，D为以毫米为单位的所述管坯的直径，所述的机加工是对所述 空心管坯进行内外表面和所述"咬入头"及"尾端头"的切削加工；进一步，对所述空心管坯内表面的切削厚度不少于5毫米，对所 述空心管坯外表面的切削厚度不少于2毫米。第三步中所述的加热，采用联合加热法，即80(TC以下采用炉内 燃气加热；800"C以上采用感应加热。第四步中所述斜轧延伸轧管机为二辊式延伸机、狄塞尔轧机、 ACCU-ROLL轧机、三辊式阿塞尔轧机或TRANSVAL轧机。迸一步，所述斜轧延伸轧管机在斜轧过程的总延伸率不低于3。第五步中所述脱芯棒就是将经所述斜轧延伸轧管机轧出的管件 连同所述芯棒一起，送入松棒机进行松棒，再将所述管件连同芯棒运 送到抽棒机上，将所述芯棒从所述管件中抽出。进一步，第五步所述的切头、切尾，就是采用切头机将所述管件 前端部分"咬入头"和后端部分"尾端头"切除。第六步所述的精整包括根据需要对所述管件进行的加工和矫直， 以满足不同使用环境下的要求。采用本发明上述的加工方法,首次将高质量的离心铸造与变形条 件比较理想的斜轧延伸技术之间建立起了工艺上的联系，尤其适用于 生产大口径、中厚壁、难加工的高合金钢高端无缝钢管，克服了现有 技术的固有缺陷，形成了一种节能、优质、经济而有别于传统斜轧延 伸制管方法的大口径厚壁高端无缝钢管的短流程生产新工艺。本发明的上述工艺，相对于现有技术的加工工艺具有以下优点 (1 )本专利方法无须采用斜轧穿孔工艺步骤来制造空心管坯， 而是通过离心铸造的方法来获得空心管坯，可以节省多道工序，从而 使得本专利的工艺方法流程较短，可明显降低制管车间的设备投资和 运行费用以及占地面积，具有节能降耗的优势；(2)在保持原有工艺变动轧件规格灵活的优点的同时，因采用 了高质量的离心铸造管坯和机加工，可以确保更高的尺寸精度和表面 质量，从而提高了产成品的质量；(3 )本专利方法还可以在斜轧延伸之前能对空心坯的质量进行 检查，合格后方进入下道工序，便于成品质量的控制。而现有的技术 不能对斜轧穿孔后在进入下道工序前对工件的质量进行检查，从而造 成质量参差不齐的工件均进入后续工序，产品质量难以控制；(4)本专利方法由于采用组织致密、机械性能更好，气孔、縮 孔、夹渣、粗大晶粒等缺陷更少的离心铸造管坯，在变形条件相同的 情况下，本专利方法可以获得表面质量和综合性能更为优良的管材；(5) 本专利的管坯经过机加工后，壁厚均匀性和尺寸精度远高 于斜轧穿孔的空心坯，有利于提高成品的尺寸精度和产品合格率，降 低了后续精整工序的工作量；(6) 本专利方法通过两头管端轧前的"小锥度化"处理，可以 在生产径壁比大于10的管材时避免"尾三角"缺陷的出现，并可防止 轧制过程中进入轧辊台阶变形区段二次咬入受阻现象的发生，可避免 造成轧制过程的中断；(7)本专利方法，因工艺过程合理，能确保所生产出的高端管 材实现"零内折"、"零尾三角"，从而更具质量优势和效率优势。
图l为现有技术的工艺流程框图；图2为本发明的工艺流程框图；图3为本发明一实施例的工艺流程框图。
具体实施例方式如图3所示，为本发明一实施例的工艺流程框图，包括以下工艺第一步，经炉外精炼的P22钢水通过离心铸造机离心铸造成0 341x74. 5mm空心管坯。该步骤中，所述炉外精炼钢水与现有技术相同， 这里不再赘述；所述离心铸造是在铸型的旋转轴线与水平夹角为O度 的卧式离心铸造机上进行，离心铸造出的空心管坯为等壁厚的两端通 透的空心管坯。采用离心铸造机可以方便地、高质量地加工出用于后 步骤使用的空心管坯，而不需要现有技术对连铸钢锭或圆坯的加热和 斜轧穿孔，不但简化了整个加工过程的工艺流程，且可真正实现"零 穿孔"，因而也就实现了 "零穿孔缺陷"；而且，通过离心铸造并经 机加工后获得的管坯，内部晶粒结构更加合理、尺寸精度更高，更有 利于后步骤的轧制，可有效保证后面的加工工序和产成品的质量。至于离心铸造机，已经在铸铁管生产领域得到了推广和应用，可以直接 用于本专利，对其结构和原理这里不再赘述。第二步，将所述空心管坯的前、后端各250mm长度的外表面均加 工成带有锥度为l: 4.59的"咬入头"和"尾端头"，此时所述"咬 入头"和"尾端头"的锥度范围可在l: 1500/D 2000/D之间选取， 对于本实施例①339咖的管坯来说即可以在1: 4. 42 5. 90之间选取，本实施例优选为l: 4.59;并对所述空心管坯的内外表面和所述前端的"咬入头"和后端的"尾端头"进行机加工和质量检査。 所述的机加工是对所述空心管坯进行内外表面和所述"咬入头"及"尾端头"的切削加工，对所述空心管坯内表面的切削厚度为5毫米，外表面的切削厚度为2毫米；加工后前、后端分别经过"小锥度 化"处理的所述管坯的尺寸为O339x67.5x3000mm。该机加工步骤可 以清除空心管坯粗糙的内外表层和其它缺陷，保证空心管坯内外表面 的光洁度，提高加工后成品的质量；同时经机加工后"小锥度"的前 后端，有助于在生产径壁比大于10的管材时避免"尾三角"缺陷的出 现，并防止在进入轧辊台阶变形区段出现二次咬入受阻的现象，不致 造成轧制过程的中断。所述质量检查，就是将存在缺陷进行清理后仍不符合要求的空心 管坯排除出所述工艺步骤。这样可以保证用于后期加工的空心管坯均 为合格的坯料，可大大的节约成本，减少废品率、并提高产成品质量。第三步，对上述处理后的所述空心管坯进行加热。加热采用联合加热法，即在8ocrc以下采用炉内燃气加热、80(rc以上采用感应加热。第四步，向加热后的所述空心管坯内插入外径为O190ram的芯棒 后，导入三辊式阿塞尔斜轧机进行斜轧，轧成尺寸为O250x28x9000mm 的管件，轧制过程的总延伸率为3。第五步，对所述管件脱芯棒、切头、切尾。所述脱芯棒就是将周 期轧管机轧出的管材连同所述芯棒一起，送入松棒机进行松棒，再将 所述管件连同芯棒运送到抽棒机上，将所述芯棒从所述管件中抽出。所述松棒机和所述抽棒机均为现有设备，可从市场上购得，这里不再 赘述。所述切头、切尾，就是采用切头机将所述管件前端部分"咬入头" 和后端部分"尾端头"切除。第六步、对切头、切尾后的所述管件再经定径、成品热处理、精整，制得O250x28x8000mm的合格成品管材。所述精整包括根据需要 对所述管件进行的加工和矫直，以满足不同使用环境下的要求。本发明首先创造性地采用离心铸造来制备空心管坯，特别适合于 制造口径在250毫米以上、径壁比在13以下的大口径、中厚壁高合金 钢高端无缝管材。采用本发明生产100毫米以下管材，则不能充分体 现离心铸造管坯的优势；其次，如果将本发明用于高径壁比的薄壁高 合金钢管材的生产，则由于易于产生"尾三角"而危及斜轧延伸过程 的稳定性。本发明上述实施例的详细说明及附图，目的是通过文字和图示来 进行解释，而不在于限定权利要求的保护范围。在本申请说明书所述具体实施方式
上的各种变化，对于本领域普通技术人员来说是显而易 见的，并处于权利要求及其等同技术的保护范围内，任何不脱离本发 明权利要求的变更、修改均属于本发明保护的内容。
权利要求
1、采用斜轧延伸技术生产高合金钢无缝管材的新工艺，包括以下工艺步骤第一步，经炉外精炼的高合金钢钢水通过离心铸造机离心铸造成空心管坯；第二步，将所述空心管坯的前端外表面加工成带锥度的“咬入头”、后端外表面加工成带锥度的“尾端头”，并对所述空心管坯的内外表面和所述“咬入头”、“尾端头”进行机加工和质量检查；第三步，对第二步处理后的所述空心管坯进行加热；第四步，向加热后的所述空心管坯内插入芯棒，并送入斜轧延伸轧管机进行斜轧，制得壁厚、直径和长度符合要求的管件；第五步，对所述管件脱芯棒、切头、切尾；第六步，对切头、切尾后的所述管件再经定径、成品热处理、精整，制得合格的成品管材。
2、 根据权利要求l所述的新工艺，其特征在于第一步所述的离 心铸造是在铸型的旋转轴线与水平夹角为O度的卧式离心铸造机上进 行的，离心铸造出的空心管坯为等壁厚的两端通透的空心管坯。
3、 根据权利要求l所述的新工艺，其特征在于在所述第二步中， 将所述空心管坯外表面的前端和后端各250mm长度分别加工成带有锥 度为l: (1500-2000)/D的"咬入头"和"尾端头"，D为以毫米为单 位的所述管坯的直径，所述的机加工是对所述空心管坯进行内外表面 和所述"咬入头"及"尾端头"的切削加工。
4、 根据权利要求3所述的新工艺，其特征在于对所述空心管坯 内表面的切削厚度不少于5毫米，对所述空心管坯外表面的切削厚度 不少于2毫米。
5、 根据权利要求l所述的新工艺，其特征在于第三步中所述的 加热，采用联合加热法，即在80(TC以下采用炉内燃气加热，80(TC以 上采用感应加热。
6、 根据权利要求l所述的新工艺，其特征在于第四步中所述斜轧延伸轧管机为二辊式延伸机、狄塞尔轧机、ACCU-ROLL轧机、三 辊式阿塞尔轧机或TRANSVAL轧机。
7、 根据权利要求6所述的新工艺，其特征在于所述斜轧延伸轧 管机在斜轧过程的总延伸率不低于3。
8、 根据权利要求l所述的新工艺，其特征在于第五步中所述脱 芯棒就是将经所述斜轧延伸轧管机轧出的管件连同所述芯棒一起，送 入松棒机进行松棒，再将所述管件连同芯棒运送到抽棒机上，将所述 芯棒从所述管件中抽出。
9、 根据权利要求l所述的新工艺，其特征在于第五步所述的切头、切尾，就是采用切头机将所述管件前端部分"咬入头"和后端部 分"尾端头"切除。
10、 根据权利要求l所述的新工艺，其特征在于第六步所述的精整包括根据需要对所述管件进行的加工和矫直，以满足不同使用环 境下的要求。
全文摘要
一种采用无须穿孔的斜轧延伸技术生产高合金钢高端无缝管材的新工艺，包括炉外精炼的高合金钢钢水离心铸造成空心管坯；将所述空心管坯的前、后端外表面各加工成带锥度的“咬入头”和“尾端头”，并对其内外表面和所述“咬入头”、“尾端头”进行机加工和质量检查；加热；向加热后的所述空心管坯内插入芯棒，并送入斜轧延伸轧管机进行斜轧，制得壁厚、直径和长度符合要求的管件；脱芯棒、切头、切尾；再经定径、成品热处理、精整，制得合格的成品管材。本工艺方法流程短、无须斜轧穿孔，从而成本低、提高质量；前后端小锥度化处理，在生产中厚壁管材时可避免“尾三角”的产生，并改善二次咬入性能，从而提高了产品质量和生产效率。
文档编号B21C45/00GK101579702SQ200910087300
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月17日 优先权日2009年6月17日
发明者刘怀文, 朱玉宝, 马晓梅 申请人:北京首宏钢科技开发有限公司