CN100430181C - 钢管连轧限动芯棒的制造新工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢管连轧限动芯棒的制造新工艺，其工艺步骤为锻造/轧制坯料→完全退火→热矫直→粗/半精加工→淬火→二次高温回火→砂带磨削→镀铬→脱氢。由于粗/半精加工步骤安排在完全退火和热矫直之后，同时采用旋风车进行多刀切削，使芯棒的制作周期大大缩短，生产效率大幅度提升，坯料的收得率大大提高，降低了材料成本。

Description

钢管连轧限动芯棒的制造新工艺

技术领域

本发明涉及一种冶金行业无缝钢管轧制工具的制造新工艺，尤其涉及一种钢管连轧限动芯棒的制造新工艺。

背景技术

随着我国国民经济的迅猛发展带来的钢铁需求急剧增大，我国的钢产量已跃居世界第一位，但国内生产的无缝钢管轧制用的限动芯棒却远远不能满足国内市场的需求，一直在很大程度上依赖于进口，国家每年也为此耗费大量的外汇，这严重制约着我国钢铁行业发展的步伐，因此迫切需要开发一种新的钢管连轧限动芯棒的制造工艺。

现有的限动芯棒加工线的生产工艺流程如图1所示，锻造坯料→完全退火→整体油淬火→二次高温回火→加温矫直→去应力退火→粗加工→精加工→砂带磨削→镀铬→脱氢。

上述工艺步骤每一步的工艺条件如下：

第一步，获得锻造坯料。采用国标GB 1299-85中的4Cr5MoSiV1钢锭，通过电渣重熔进行炉外精炼，获得钢锭；然后通过油压快锻机开坯或者采用自由锻或水压机锻造开坯。加热温度为1200℃，锻造温度为1150～1180℃。

第二步，完全退火。退火在台车式炉中完成，退火温度控制在750～900℃，保温时间大于10小时。共分两次完成整个退火过程。

第三步，整体油淬火。采用超长台车罩式或者超深井式热处理炉完成加热，采用整体油冷完成淬火。淬火温度控制在980～1020℃。

第四步，二次高温回火。第一次回火温度控制在680～720℃，第二次回火温度控制在550～620之间，采用超长台车罩式回火炉完成。

第五步，加温矫直。由于芯棒整体淬火后弯曲变形严重，必须进行再矫直。为了便于矫直开展，降低矫直所需要的变形力以及减少芯棒开裂发生的可能性，必须加温。加温幅度大致为500℃。

第六步，去应力退火。为了消除矫直产生的残余应力，必须在矫直之后进行消除应力退火。退火温度200～300℃，退火时间不少于16小时。

第七步，粗加工。利用超长车床完成。由于芯棒已经完成所有的热处理操作，硬度较高(HRC38以上)，加工速度较慢，对刀具要求也较高，生产效率比较低。

第八步，精加工。同样利用超长车床完成。同样存在粗加工一样的问题。

第九步，砂带磨削。利用超长车加装砂带磨附件的办法来实现。磨削余量控制在单边半径方向0.10mm之内。

第十步，镀铬。采用芯棒移动式专用电镀机床完成。

第十一步，脱氢。消除电镀残余氢。利用台车罩式炉完成。

但上述工艺存在以下问题和不足：1)由于坯料的调质处理在前而加工在后，即经过整体油淬火和二次高温回火的调质处理后再进行粗加工和精加工，调质处理后的坯料硬度达到HRC36-43，使切削加工难度较大、机加工效率较低，致使芯棒的生产率较低；2)由于粗加工和精加工是采用普通超长车，即采用坯料旋转、刀架进给的传统加工方式，在这种情况下，即使坯料的弯曲程度在成品的技术要求范围之内，切削加工也不得不加工得更加“矫直”(如图2所示，坯料1a经过粗精加工以后车削掉去除材料2a，向下道工序供给直度远远超出技术要求的半成品3a)，因此坯料的加工余量非常大，造成了材料浪费，生产效率低。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种钢管连轧限动芯棒的制造新工艺，采用了新的制造工艺步骤，并调整了加工设备，以解决现有制造工艺工序复杂、加工困难、制造周期长、芯棒毛坯收得率低的问题。

本发明的上述目的是通过以下工艺步骤来实现的：锻造/轧制坯料→完全退火→热矫直→粗/半精加工→淬火→二次高温回火→砂带磨削→镀铬→脱氢。

其中，上述每一工艺步骤的具体情况如下：

第一步，获得锻造/轧制坯料。锻造/轧制坯料要求锻造比大于5，其长度和外径随用户需要的芯棒的规格变化而变化。长度最长可以达到30米，最短可以短到2米；外径可以从50毫米到500毫米，同时，还需要根据坯料来料不同(轧制和锻造)、外表质量、轮廓尺寸形状误差的大小，预留大小不同的余量，从5到20毫米不等。

第二步，完全退火。采用大型辊式炉，使芯棒坯料一边退火，一边旋转，可以有效减少坯料退火后弯曲的发生，同时矫正锻造和轧制过程中产生的弯曲。退火温度在700～900℃之间。保温时间长于10小时，以实现完全球化退火目的。温升和温降不大于80℃每小时，温度降低至500℃左右出炉。

第三步，热矫直。采用辊式矫直机，在退火后马上进行矫直。对于芯棒的头部和尾部，由于处于辊式矫直机的工作盲区，可以采用压力矫辅助完成。对于短芯棒的制造，为了提高收得率，则可以考虑采取倍尺制造(每一次加工的芯棒长度为用户需要芯棒长度的整数倍，外加一定的分段余量)的方法来完成。

该步骤的安排，可以省去现有制造工艺中必需的为了便于矫直而进行的二次加热；而且，由于所述热矫直一方面可以降低矫直所需要的变形抗力，另一方面可以免除矫直带来的内应力，因此，传统工艺中矫直后的去应力退火步骤可以省去。

第四步，粗/半精加工。优先采用旋风车床来完成，也可采用普通车床来完成。半精加工后的外径加工余量大约保证单边0.10mm，也可根据最后粗加工切削余量的大小作适当调整。

旋风车床采用多刀切削，切削力中的径向分力互相抵消，切削效率高。同时，由于旋风车床不需要长且昂贵的导轨，切削工件的长度只取决于前后辊道的长度，和机床本身无关，因此造价较低，投资较省；另外，由于旋风车床加工特点决定，允许工件加工前后有轻微弯曲，在保证用户技术要求的前提下，可以大大减少切削余量。实践证明，旋风车床的切削效率是普通车床的10倍以上，如果进一步考虑旋风车床切削的工件是退火态，而传统工艺普通车床切削的是调质态的工件，实际效率还要更高。

第五步，淬火。优先采用双频淬火，即采用低频或者是工频进行预热，中频加热，实现透热式加热的方法，确保工作层温度在980～1020之间进行淬火作业。预热深度保证在半径方向大于20mm。冷却介质可以为有机质水溶液或喷油雾。淬透工作层厚度大约为8～12mm。淬火后的芯棒硬度可达到HRC50以上。

双频淬火工艺较传统的整体油淬工艺可减少坯料在淬火过程中的弯曲，同时可降低设备投资(双频淬火设备投资在百万元级，整体油淬炉子设备投资在千万元级)，降低生产运行费用(淬火油介质消耗)，减少环境污染(整体油淬有烟雾排放)，降低生产风险(油淬经常有火警发生)。

第六步，二次高温回火。回火温度在500～720之间，该步骤可在退火用的辊式炉子中完成，回火后的芯棒硬度在HRC34～46之间。

在退火用的辊式炉子中，坯料可以一边回火，一边转动，有效防止芯棒弯曲发生；同时可以提高炉子的有效作业率，实现机床和炉子的产能匹配，降低投资成本。

第七步，砂带磨削。采用普通超长车，安装砂带磨附件的办法来完成加工。加工后的表面粗糙度：Ra0.4～0.8之间。外径公差：用户要求尺寸减去最后镀铬层厚度尺寸(大约为直径0.20mm)±0.05mm。由于砂带磨削是柔性加工，同样可以允许轻微的弯曲存在。

第八步，镀铬。采用工件移动式镀铬机床完成。镀铬厚度大约为单边0.10mm，直径0.20mm。

第九步，脱氢。采用退火所用的辊式炉子来完成。脱氢温度控制在100～300℃范围内，时间不少于2小时。本工序的目的主要是减少氢脆发生的概率。

与现有技术相比，本发明有以下优点：1)由于粗/半精加工步骤安排在完全退火和热矫直之后，机械加工工件的硬度由现有技术的HRC36以上降低到HRC30以下，使限动芯棒的加工制作难度大大下降，从而使切削速度加快，生产效率提高；2)同时由于采用旋风车进行多刀、快速、强力切削，使芯棒的制作周期大大缩短，生产效率大幅度提升；3)由于旋风车床对坯料的矫直要求并不严格，具有允许坯料有轻微弯曲存在的特点，因此坯料的收得率大大提高，降低了材料成本。

附图说明

图1是现有的钢管连轧限动芯棒的制造工艺的流程图；

图2是现有的钢管连轧限动芯棒的加工余量图，显示了弯曲芯棒车削时的加工余量；

图3是本发明钢管连轧限动芯棒的制造新工艺的流程图；

图4是本发明的钢管连轧限动芯棒的加工余量图，显示了弯曲芯棒车削时的加工余量；

具体实施方式

为帮助理解本发明，下面将结合相关附图对本发明的典型实施例进行详细的阐述。

请参见图3，本发明的典型实施例的工艺流程为：锻造坯料→完全退火→热矫直→采用旋风车床进行粗/半精加工→双频淬火→二次高温回火→砂带磨削→镀铬→脱氢。

第一步，获得锻造/轧制坯料。为了经济起见，除非是特大外径芯棒，因为锻造比/轧制比不能满足而采取锻造坯料外，尽可能采取直度较好、椭圆度小、外表质量较好的粗轧轧制坯料。本实施例采用10.8吨的铸钢锭，经粗轧开坯后得到Φ183mm×20m芯棒坯料。目标芯棒外径为175mm。

第二步，完全退火。采用大型辊式炉，使芯棒坯料一边退火，一边旋转。退火温度控制在850℃。保温时间为10小时，温升和温降控制在70℃每小时，温度降低至500℃时出炉。

第三步，热矫直。采用七辊辊式矫直机，矫直机进料辊道和退火炉出料辊道合二为一，退火后马上进行带温矫直。

第四步，粗/半精加工。采用旋风车床多刀切削来完成。半精加工后的外径加工外尺寸控制在175±0.05mm。

第五步，双频淬火。采用低频或者是工频进行预热，中频加热，实现透热式加热的方法，确保工作层温度在1000℃时进行淬火作业。冷却介质为有机物水溶液，淬透工作层厚度为10mm。淬火后的芯棒硬度达到HRC55。

第六步，二次高温回火。回火温度控制在600℃，该步骤可在退火用的辊式炉子中完成，坯料可以一边回火，一边转动，回火后的芯棒硬度达到HRC40±2。

第七步，砂带磨削。采用普通超长车，安装砂带磨附件的办法来完成加工。加工后的表面粗糙度为Ra0.6。磨削后外径尺寸控制在174.8±0.05mm。由于砂带磨削是柔性加工，同样可以允许轻微的弯曲存在。

第八步，镀铬。采用工件移动式镀铬机床完成。镀铬厚度为单边0.10mm，直径0.20mm。镀铬之后的芯棒外径达到用户图纸要求的175±0.05mm。

第九步，脱氢。采用退火所用的辊式炉子来完成。脱氢温度控制在200℃范围内，时间为2小时。

如图4所示，鉴于坯料1的弯曲度在技术要求的范围内，经过粗/半精加工以后仅仅车削掉去除材料2，仍然允许加工后的半成品3保留一定的弯曲度进入下道工序。

本行业的技术人员应了解，在不脱离本发明的精神或主要特征的前提下，本发明可以用其他特定的形式实施。这里所列举的例子和实施例只是为了全面说明本发明而不是限制本发明，本发明不限于本文提供的详细说明。

Claims (8)

1.一种钢管连轧限动芯棒的制造新工艺，包括如下步骤：

锻造/轧制坯料→完全退火→热矫直→粗/半精加工→淬火→二次高温回火→砂带磨削→镀铬→脱氢。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述粗/半精加工的步骤通过旋风车床完成。

3.如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述淬火的步骤是采用双频淬火，利用低频或工频预热、中频加热，温度控制在980-1020℃之间。

4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述完全退火的步骤在大型辊式炉中完成，温度控制在700-900℃之间，保温时间至少为10小时，温升和温降不大于80℃/小时，温度降低至450-550℃的温度范围时出炉。

5.如权利要求4所述的工艺，其特征在于，退火出炉后的所述坯料的硬度在HRC30以下。

6.如权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述热矫直步骤通过辊式矫直机完成。

7.如权利要求4-6任意一项所述的工艺，其特征在于，所述二次高温回火的步骤也在所述大型辊式炉子中完成，回火温度控制在500-720℃之间。

8.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述砂带磨削的步骤通过普通超长车安装砂带磨附件的方式来完成加工。

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