一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法
【专利摘要】一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，用于实现大管径特种合金管的批量生产，它首先在制坯机上完成坯料预加工，利用车床设备车削坯料外圆面、端面及内孔壁，在加热炉或电炉中加热坯料，然后在大型挤压机上挤压成型毛管，最后进行毛管处理，其操作步骤如下：a、挤压坯预热；b、坯料镦粗；c、坯料冲孔；d、挤压坯机加工；e、加热挤压坯；f、挤压工序；g、切断压余、取出挤压毛管；h、毛管后处理。本发明采用大型挤压设备和可操作性较好的工艺步骤，不仅能保证大管径无缝管材的产品质量，而且达到了大管径管材大批量生产的目的。
【专利说明】一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无缝钢管制造方法，尤其是一种利用挤压成型设备批量制造大管径无缝管材的方法，属于钢管加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]本发明所涉及的管材包括特种合金管和复合管，其中特种合金管主要是指不锈钢、镍基合金、鈦合金、镁合金无缝管，它与一般碳素钢和合金结构钢管相比，具有耐高温、耐腐蚀、变形抗力好、锻造温度范围窄等特性；复合管即多层金属管，其外层基体管承受应力，里层合金管选用耐腐蚀材料，因此复合管既具有优异的耐冲击性能，又具有很好的耐磨性和耐高温性能。
[0003]随着航空航天、船舶、空间技术、核工业和石油化工业的发展，特种合金管和复合管需求量与日俱增，并且上述管材的管径尺寸不断增大。现有技术中小管径特种合金管材一般使用挤压、锻造工艺成型，而Φ 355.6mm以上大管径管材通常采用卷板焊接方法制造，由于其工艺流程复杂，焊缝及其热影响区组织和性能与母体不可能完全一致，给管材的疲劳强度及使用寿命带来不利影响；现有技术中复合管直接采用基体管内壁内覆耐腐蚀合金层或者通过衬里管扩径、基体管缩径方法制造，由于受工艺技术及设备条件的限制，采用上述制造方法难以实现复合管材的大批量生产。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种既能保证大管径特种合金管及复合管产品质量，又能实现大批量生产的利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法。
[0005]本发明所述问题是以下述技术方案实现的:
一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，用于实现大管径特种合金管的批量生产，它首先在制坯机上完成坯料预加工，利用车床设备车削坯料外圆面、端面及内孔壁，在加热炉或电炉中加热坯料，然后在大型挤压机上挤压成型，其操作步骤如下:
a、坯料预热:选取长度和直径之比小于2.5?3的圆柱形坯料，将坯料在加热炉中缓慢加热升温，加热温度控制在金属允许的锻造温度范围内；
b、?料缴粗:在制还机台板与缴粗杆之间自由缴粗还料，自由缴粗后还料最大处直径小于镦粗筒内孔直径，然后将自由镦粗后的坯料放置在镦粗筒内，用镦粗杆进行闭式镦粗，使坯料压实充满镦粗筒内腔；
C、坯料冲孔:切换工位，使用冲杆对在镦粗筒中闭式镦粗后的坯料冲孔，预留孔底厚度小于100mm，再次切换工位，用冲头冲掉孔底余料，将带中心孔的坯料从镦粗筒中脱出；
d、坯料机加工:将坯料的端面、内孔、外圆面进行车削加工，制成挤压坯；
e、加热挤压坯:将挤压坯放置在加热炉或电炉中，缓慢升温加热，加热温度控制在金属材料允许的锻造温度范围内，清除挤压坯表面氧化皮，并在挤压坯内外圆表面喷撒玻璃粉润滑剂； f、挤压工序:将加热后的挤压坯放入挤压机，由挤压机挤压成型毛管；
g、切断压余、取出挤压毛管:用圆柱形剁刀将挤压终了挤压坯残余与金属毛管切断分离，取出挤压毛管；
h、毛管后处理:毛管经空冷、清除表面残留玻璃膜、固溶热处理、校直、性能检测、机加工精整和无损探伤等工序处理后，包装、入库。
[0006]上述利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，所述挤压工序采用的挤压机包括机体、固定梁、挤压模具、移动梁、模具驱动油缸和一组挤压油缸，所述机体为龙门架结构，它固定在水平地面上，所述固定梁安装在机体上端，在固定梁和移动梁之间安装挤压模具，所述挤压模具包括挤压筒、芯轴和挤压轴，所述挤压筒与模具驱动油缸装配，所述芯轴与挤压轴套装，所述挤压轴固定在移动梁上，所述模具驱动油缸固定在机体侧壁上，所述移动梁与挤压油缸伸缩臂连接，所述挤压油缸均布安装在机体的下部。
[0007]上述利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，所述挤压工序操作步骤为:将加热后的挤压坯放入挤压机的挤压筒，芯轴穿入挤压坯中心孔中，然后闭合模具，玻璃垫覆盖在挤压坯的上端面，由玻璃垫、芯轴、挤压轴、挤压筒形成半封闭的挤压模腔，首先镦粗挤压坯，使它充满模腔，然后随着挤压轴施压，金属毛管被从挤压筒与芯轴间的环形间隙中挤压出来。
[0008]上述利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，所述坯料冲孔作业完成后，依据坯料不同材质，采用炉冷或空冷方式将坯料温度冷却至室温，然后进入机加工工序。
[0009]上述利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，所述坯料机加工作业完成后还要进行挤压坯无损探伤检测及外形尺寸检查。
[0010]上述利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，所述挤压工序之前，使用高速旋转击打的机械链条刷清除挤压坯端面和外圆表面氧化皮，用高压水及链条刷清除挤压坯内孔氧化皮。
[0011]上述利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，所述挤压工序之前，使用喷撒玻璃粉润滑剂装置，同时在挤压坯内外表面均匀地喷撒玻璃粉。
[0012]一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，用于实现大管径复合管的批量生产，其操作步骤如下:
a、挤压坯制作:将不同材质的多层套管以过盈配合方式套装，将两端面各层间焊接封死，制成符合尺寸要求的挤压坯；
b、加热挤压坯:在加热炉中对挤压坯缓慢升温加热，加热温度控制在金属材料允许的锻造温度范围内，清除挤压坯表面氧化皮，并在挤压坯内外圆表面喷撒玻璃粉润滑剂；
C、挤压工序:将加热后的挤压坯放入挤压机的挤压筒中，芯轴穿入挤压坯中心孔中，然后闭合模具，玻璃垫覆盖在挤压坯的上端面，由玻璃垫、芯轴、挤压轴、挤压筒形成半封闭的挤压模腔，首先镦粗挤压坯，使它充满模腔，然后随着挤压轴施压，金属毛管被从挤压筒与芯轴间的环形间隙中挤压出来；
d、切断压余、取出挤压毛管:用圆柱形剁刀将挤压终了挤压坯残余与金属毛管切断分离，取出挤压毛管；
e、毛管后处理:毛管经空冷、清除表面残留玻璃膜、固溶热处理、校直、性能检测、机加工精整和无损探伤等工序处理后，包装、入库。[0013]上述利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，所述挤压工序之前，在挤压坯内外表面均匀地喷撒玻璃粉。
[0014]本发明利用立式三工位制坯机，将加热后的圆柱形实心坯料制成空心坯料，经机加工将空心坯料车削成挤压坯，再经加热、清除氧化皮、表面喷撒润滑剂后，送入挤压机模具中挤压成型大管径特种合金管；本发明直接采用套管过盈配合制作的挤压坯，经加热、清除氧化皮、表面喷撒润滑剂后，送入挤压机的模具中进行挤压成型大管径复合管。经反复试验证明，本发明生产效率高，几分钟即可挤压出一根钢管，满足大批量生产的要求；并且材料利用率可达70%以上，降低了产品成本。本发明利用大型挤压机设备，采用垂直挤压工艺生产大管径无缝管材，管材壁厚容易控制，能减少钢管偏心现象，特别是大管径管材热挤压机的挤压速度可达40?50mm/s，最大挤压力达3.5?5万吨，钢管在挤压过程中承受三向压力，进一步细化了管材内部晶粒，使钢管组织致密、耐腐蚀性能增强。总之，本发明采用大型挤压设备和可操作性较好的工艺步骤，不仅能保证大管径特种合金管及复合管产品质量，而且达到了大管径特种合金管及复合管大批量生产的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0016]图1是大管径特种合金管制造工艺流程框图；
图2是大管径复合管制造工艺流程框图；
图3是挤压机结构示意图；
图4是图3的侧视图；
图5是机体结构示意图；
图6是挤压模具断面结构示意图。
[0017]图中各标号清单为:1、大拉杆，2、机体，3、固定梁，4、小拉杆，5、挤压模具，5-1、芯轴，5-2、挤压轴，5-3、挤压筒，5-4、玻璃垫，6、移动梁，7、挤压油缸，8、模具驱动油缸，9、挤压坯。
【具体实施方式】
[0018]参看图1，以ASME TP304L奥氏体不锈钢大口径无缝钢管为例说明利用挤压设备制造大管径特种合金管的热挤压工艺制造方法，该钢管产品尺寸参数为:外径Φ406.4?Φ 1320.8mm，壁厚20?240mm，钢管长度< 13米。其具体操作步骤是:
1、坯料预热:以电渣钢锭为坯料，其质量、尺寸复合挤压工艺技术条件执行，在天然气燃气室式炉中加热，分三个台阶升温加热，最高炉温1220°C。
[0019]U、坯料镦粗:在160丽三工位制坯机上制还，通过自由镦粗、闭式镦粗、冲孔、穿孔作业，制成空心坯料。
[0020]ii1、挤压坯料在不点火的台车炉中冷却至室温。
[0021]iv、机加工坯料，使其外形尺寸满足挤压坯的尺寸要求，表面粗糙度不大于Ral2.5 μ m ；
V、在天然气燃气室式炉中加热挤压坯，最高炉温1220°C。
[0022]v1、挤压模具提前36小时预热，预热温度400°C。[0023]vi1、在卧式除鳞一润滑联动一体化组合装置上，清除挤压坯两端面、内孔外圆表面氧化皮，喷撒360W玻璃粉润滑剂，厚度0.5mm。
[0024]vii1、使用500MN挤压机挤压空心挤压坯，成型无缝毛管，挤压速度为40?50mm/s，最大挤压力为3.5?5万吨，挤压比为5?8。
[0025]ix、切断压余；取出挤压毛管；将毛管放在台车炉中缓冷至室温。
[0026]X、清除毛管表面残留玻璃膜；毛管加热至1000°C，进行固溶热处理；校直；性能检测；无损探伤；机加工精整，将内层20碳素钢全部车削掉，露出825镍基合金即可；最后打印标识、包装、入库。
[0027]参看图2，以基层L360NS、衬层825Φ610Χ (20 + 3) X IOOOOmm的双金属衬里复合管为例说明利用挤压设备制造大管径复合管的热挤压工艺制造方法，其具体操作步骤是:
1、制造挤压坯，采用三层套管过盈配合方式制造挤压坯，挤压坯的外层材质为L360NS,中层材质为825镍基合金，内层材质为20碳素钢，把镍基合金包裹在普通钢之间，挤压坯各层外径、厚度尺寸，根据复合管最终尺寸按挤压比为6.2反推计算确定，各层过盈量为0.3mm，挤压坯的三层套装完成后，两端面层间焊接封死，挤压坯制成。
[0028]i1、加热挤压坯，在天然气燃气室式炉中加热挤压坯，最高加热温度按825镍基合金所允许的温度范围定为1200°C，加热工艺也按825镍基合金特点制定；
ii1、挤压模具提前36小时预热，预热温度控制在350°C?400°C之间。
[0029]iv、清除挤压坯表面氧化皮、喷撒润滑剂，使用卧式除鳞一润滑联动一体化组合装置，按普通碳锰钢对待。
[0030]V、使用500MN挤压机挤压成型无缝毛管，挤压速度20?45mm/s，最大挤压力3.6万吨。
[0031]v1、切断压余；取出挤压毛管；将毛管放在台车炉中缓冷至室温。
[0032]vi1、清除毛管表面残留玻璃膜；毛管加热至1000°C，进行固溶热处理；校直；性能检测；无损探伤；机加工精整，将内层20碳素钢全部车削掉，露出825镍基合金即可；最后打印标识、包装、入库。
[0033]参看图3?图6，本发明挤压工序采用的挤压机包括机体2、固定梁3、挤压模具5、移动梁6、模具驱动油缸8和一组挤压油缸7，所述机体2为龙门架结构，它由一组框架板组成，所述框架板通过一组大拉杆I和一组小拉杆4固定在一起，机体I固定在水平地面上，所述固定梁3安装在机体2的上端，在固定梁3和移动梁6之间安装挤压模具5，所述挤压模具5包括挤压筒5-3、芯轴5-1和挤压轴5-2，所述挤压筒5-3与模具驱动油缸8的伸缩臂固定装配，所述芯轴5-1与挤压轴5-2套装，所述挤压轴5-2固定在移动梁6上，所述模具驱动油缸8固定在机体2侧壁上，所述移动梁6与挤压油缸7伸缩臂连接，所述挤压油缸7均布安装在机体2的下部。当加热后的挤压坯9被放入挤压筒5-3中后，芯轴5-1穿入挤压坯中心孔中，然后闭合模具，玻璃垫5-4 (本发明中的玻璃垫、玻璃膜、玻璃润滑剂均是指同一物质，是玻璃润滑物质的几种不同形态)覆盖在挤压坯9的上端面，由玻璃垫5-4、芯轴5-1、挤压轴5-2、挤压筒5-3形成半封闭的挤压模腔，首先镦粗挤压坯9，使它充满模腔，然后随着挤压轴5-2施压，金属毛管被从挤压筒5-3与芯轴5-1间的环形间隙中挤压出来。
【权利要求】
1.一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，其特征是，它用于实现大管径特种合金管的批量生产，首先在制坯机上完成坯料预加工，利用车床设备车削坯料外圆面、端面及内孔壁，在加热炉或电炉中加热坯料，然后在大型挤压机上挤压成型毛管，最后进行毛管处理，并按如下步骤进行: a、坯料预热:选取长度和直径之比小于2.5~3的圆柱形坯料，将坯料在加热炉中缓慢加热升温，加热温度控制在金属允许的锻造温度范围内； b、?料缴粗:在制还机台板与缴粗杆之间自由缴粗还料，自由缴粗后还料最大处直径小于镦粗筒内孔直径，然后将自由镦粗后的坯料放置在镦粗筒内，用镦粗杆进行闭式镦粗，使坯料压实充满镦粗筒内腔； C、坯料冲孔:切换工位，使用冲杆对在镦粗筒中闭式镦粗后的坯料冲孔，预留孔底厚度小于100mm，再次切换工位，用冲头冲掉孔底余料，将带中心孔的坯料从镦粗筒中脱出； d、坯料机加工:将坯料的端面、内孔、外圆面进行车削加工，制成挤压坯； e、加热挤压坯:将挤压坯放置在加热炉或电炉中，缓慢升温加热，加热温度控制在金属材料允许的锻造温度范围内，清除挤压坯表面氧化皮，并在挤压坯内外圆表面喷撒玻璃粉润滑剂； f、挤压工序:挤压工序:将加热后的挤压坯放入挤压机，由挤压机挤压成型毛管； g、切断压余、取出挤压毛管:用圆柱形剁刀将挤压终了挤压坯残余与金属毛管切断分离，取出挤压毛管； h、毛管后处理:毛管经空冷、清除表面残留玻璃膜、固溶热处理、校直、性能检测、机加工精整和无损探伤工序处理后，包装、入库。
2.根据权利要求1所述的一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，其特征是，所述挤压工序采用的挤压机包括机体(2)、固定梁(3)、挤压模具(5)、移动梁(6)、模具驱动油缸(8)和一组挤压油缸(7)，所述机体(2)为龙门架结构，它固定在水平地面上，所述固定梁(3)安装在机体(2)上端，在固定梁(3)和移动梁(6)之间安装挤压模具(5)，所述挤压模具(5 )包括挤压筒(5-3 )、芯轴(5-1)和挤压轴(5-2 )，所述挤压筒(5-3 )与模具驱动油缸(8 )装配，所述芯轴(5-1)与挤压轴(5-2 )套装，所述挤压轴(5-2 )固定在移动梁(6 )上，所述模具驱动油缸(8)固定在机体(2)的侧壁上，所述移动梁(6)与挤压油缸(7)的伸缩臂连接，所述挤压油缸(7)均布安装在机体(2)的下部。
3.根据权利要求2所述的一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，其特征是，所述挤压工序操作步骤为:将加热后的挤压坯放入挤压机的挤压筒，芯轴穿入挤压坯中心孔中，然后闭合模具，玻璃垫覆盖在挤压坯的上端面，由玻璃垫、芯轴、挤压轴、挤压筒形成半封闭的挤压模腔，首先镦粗挤压坯，使它充满模腔，然后随着挤压轴施压，金属毛管被从挤压筒与芯轴间的环形间隙中挤压出来。
4.根据权利要求3所述的一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，其特征是，所述坯料冲孔作业完成后，依据挤压坯不同材质，采用炉冷或空冷方式将挤压坯温度冷却至室温，然后进入机加工工序。
5.根据权利要求4所述的一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，其特征是，所述挤压坯机加工作业完成后还要进行挤压坯无损探伤检测及外形尺寸检查。
6.根据权利要求5所述的一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，其特征是，所述挤压工序之前，使用高速旋转击打的机械链条刷清除挤压坯端面和外圆表面氧化皮，用高压水及链条刷清除挤压坯内孔氧化皮。
7.根据权利要求6所述的一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，其特征是，所述挤压工序之前，使用特制的喷撒玻璃粉润滑剂装置，同时在挤压坯内外表面均匀地喷撒玻璃粉。
8.一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，其特征是，它按下列步骤操作: a、挤压坯制作:将不同材质的多层套管以过盈配合方式套装，将两端面各层间焊接封死，制成符合尺寸要求的挤压坯； b、加热挤压坯:在加热炉中对挤压坯缓慢升温加热，加热温度控制在金属材料允许的锻造温度范围内，清除挤压坯表面氧化皮，并在挤压坯内外圆表面喷撒玻璃粉润滑剂； C、挤压工序:将加热后的挤压坯放入挤压机的挤压筒中，芯轴穿入挤压坯中心孔中，然后闭合模具，玻璃垫覆盖在挤压坯的上端面，由玻璃垫、芯轴、挤压轴、挤压筒形成半封闭的挤压模腔，首先镦粗挤压坯，使它充满模腔，然后随着挤压轴施压，金属毛管被从挤压筒与芯轴间的环形间隙中挤压出来； d、切断压余、取出挤压毛管:用圆柱形剁刀将挤压终了挤压坯残余与金属毛管切断分离，取出挤压毛管； e、毛管后处理:毛管经空冷、清除表面残留玻璃膜、固溶热处理、校直、性能检测、机加工精整和无损探伤等工序处理后，包装、入库。
9.根据权利要 求8所述的一种利用挤压设备制造大管径无缝管材的方法，其特征是，所述挤压工序之前，在挤 压坯内外表面均匀地喷撒玻璃粉。
【文档编号】B21C37/06GK103691761SQ201310708923
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】刘春海, 刘强, 杨印明, 李文亮, 刘文达, 张国权, 赵淑珍, 赵敬彬 申请人:河北宏润重工股份有限公司