一种提高冷轧管机孔型寿命的方法与流程

本发明属于金属管材冷轧技术领域，具体涉及一种提高冷轧管机孔型寿命的方法。

背景技术：

轧制是金属管材主要的成型方式，通过在轧机上安装一对环孔型进行轧制，通过上下一对变断面孔型和锥形芯头，相互之间在机头往返运动中重复变化，使管材直径减小，壁厚变薄。在管材轧制过程中，冷轧孔型槽所受拉应力(沿孔型槽横向的分量)具有周期循环特性，会导致孔型出现疲劳开裂失效，此为冷轧管机孔型失效破坏的主要模式。冷轧孔型的使用寿命一方面制约轧制生产效率，另一方面也是管材轧制生产最大的耗材成本源。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高冷轧管机孔型寿命的方法，解决了由于现有的冷轧孔型使用寿命低从而增加轧制成本并制约生产效率的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种提高冷轧管机孔型寿命的方法，包括以下步骤：

第一步，对精磨后的成品冷轧孔型进行试轧，确保冷轧孔型满足轧制质量要求；

第二步，将孔型槽的最大受力区域作为激光冲击强化区域，在激光冲击强化区域两侧各增加一片区域作为激光冲击强化边界过渡区域；

第三步，对第二步中确定的激光冲击强化区域和激光冲击强化边界过渡区域进行激光冲击强化处理。

本发明的特点还在于，

第二步中激光冲击强化边界过渡区域的确定方法是：对于最大受力区域，以其ET位为定位点确定圆周角度范围，然后得到激光冲击强化区域，在激光冲击强化区域两侧各增加5°-8°作为激光冲击强化边界过渡区域。

第三步中进行激光冲击强化处理过程中，激光冲击的强度沿激光冲击强化边界过渡区域靠近激光冲击强化区域的一侧到远离激光冲击强化区域一侧的方向线性递减直至为零。

第三步中对激光冲击强化区域进行激光冲击强化时，激光能量为2J-20J，脉冲宽度为5ns-50ns，作用光斑直径为1.0mm-5.0mm，光斑搭接率为10％-90％。

第三步中激光冲击强化为多次重叠强化。

本发明的有益效果是：本发明的一种提高冷轧管机孔型寿命的方法解决了由于现有的冷轧孔型使用寿命低从而增加轧制成本并制约生产效率的问题。本发明的一种提高冷轧管机孔型寿命的方法将激光冲击强化技术与冷轧孔型方法相结合，通过对冷轧管机孔型进行激光冲击强化处理提高冷轧孔型槽受力区域的抗疲劳性能，从而使得孔型使用寿命成倍提高，金属管材轧制生产效率因孔型更换频率的下降而大幅提升，而且金属管材的轧制成本也成倍下降。

附图说明

图1是本发明的一种提高冷轧管机孔型寿命的方法作用于冷轧孔型槽的激光冲击强化区域示意图；

图2是本发明的一种提高冷轧管机孔型寿命的方法作用于冷轧孔型槽激光冲击强化区域角度示意图；

图3是本发明的一种提高冷轧管机孔型寿命的方法进行激光冲击强化后孔型槽表层参与应力对比图。

图中，1.孔型，2.键槽，3.标识区，4.孔型槽，5.激光处理区域，5-1.激光冲击强化区域，5-2.激光冲击强化边界过渡区域。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供的一种提高冷轧管机孔型寿命的方法包括以下步骤：

第一步，对精磨后的成品冷轧孔型1进行试轧，确保冷轧孔型1满足轧制质量要求，即通过试轧确保制成的冷轧孔型1需满足设计需求；

第二步，参见图1和图2，孔型1上设置有键槽2、标识区3以及孔型槽4，根据孔型槽4位置将孔型槽4的最大受力区域作为激光冲击强化区域5-1，在激光冲击强化区域5-1两侧各增加一片区域作为激光冲击强化边界过渡区域5-2，激光冲击强化区域5-1和两块激光冲击强化边界过渡区域5-2共同构成激光处理区域5；

第三步，对第二步中确定的激光冲击强化区域5-1和激光冲击强化边界过渡区域5-2进行激光冲击强化处理。

事例性的，第二步中激光冲击强化边界过渡区域的确定方法是：对于最大受力区域，以其ET位为定位点确定圆周角度范围，即可得到激光冲击强化区域5-1，在激光冲击强化区域5-1两侧各增加5°-8°作为激光冲击强化边界过渡区域5-2。

第三步中进行激光冲击强化处理过程中，激光冲击的强度沿激光冲击强化边界过渡区域5-2靠近激光冲击强化区域5-1的一侧到远离激光冲击强化区域5-1一侧的方向线性递减直至为零。这样保证了从激光冲击强化区域5-1、激光冲击强化边界过渡区域5-2直至无需激光冲击强化的区域，激光冲击强化的强度递减，使得孔型槽4各处应力相一致。

事例性的，第三步中对激光冲击强化区域5-1进行激光冲击强化时，激光能量为2J-20J，脉冲宽度为5ns-50ns，作用光斑直径为1.0mm-5.0mm，光斑搭接率为10％-90％。

优选的，第三步中激光冲击强化处理可以重复多次，进行多次重叠强化处理。

激光冲击强化技术是一种利用短脉冲(纳秒量级)、大能量(焦耳级)激光束产生的等离子体冲击波，激光冲击强化能够在部件表层有效引入较大数值的残余压应力，从材料力学的角度讲，其可以在材料表层产生残余压应力并使材料表层晶粒细化，残余压应力能够有效提高材料的抗疲劳强度和耐磨损能力，因此通过激光冲击强化，能够有效提高冷轧孔型在轧制过程中的抗疲劳性能，从而大幅提高孔型使用寿命。

参见图3，按上述激光冲击强化工艺对相同孔型模具钢材料的正方体试块淬火表面进行激光冲击，1#和2#经过激光冲击处理，3#未经激光冲击处理，用XRD检测试块冲击表面层的残余压应力，并与未冲击试块进行对比，激光冲击后孔型试块冲击表层的残余压应力成数量级提高，并且在大约1mm深度处，其残余压应力大小仍与淬火后的残余压应力相当。

对一副成品轧制孔型的孔型槽区域进行激光冲击后做轧制寿命对比试验，经详细统计，激光强化孔型完成1600支管坯轧制，与相同批次未强化孔型平均轧制寿命对比，具体对比结果见表1：

表1激光强化孔型与同批次未强化孔型轧制寿命对比表

由表1可知：经过激光冲击强化处理的孔型相对于未经激光冲击强化处理的孔型，其使用寿命可提高1.6倍。

利用本发明的一种提高冷轧管机孔型寿命的方法对具体孔型进行激光冲击强化处理，具体信息如下：

孔型：25-17.78/10.02/P/063；

轧制道次：Φ17.78×2.3→Φ10.02×0.7；

冲击区域：孔型槽变形段和精整段全部区域；

激光冲击强化参数组合实例：在上述激光冲击参数范围内取优化值。

实施结果：对孔型槽强化区域表面进行手工修磨投入轧制生产，目前共轧制1600支管坯，且孔型仍然未破损，与同批次孔型在相同轧制条件下的平均寿命对比，激光强化孔型寿命提高至少1.6倍。