CN103962403B - 大口径管材挤拔减壁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大口径管材挤拔减壁方法，属于塑性加工领域。本发明在管坯上同时作用推挤力和拔制力,将短芯头单道次减壁率较单独拔制提高1倍以上，由≤20%提高到≤45%；若同时配以感应加热，可大幅降低材料的变形抗力，实现高强度大口径厚壁无缝钢管的高效减壁作业。本发明可生产外径325—1200mm、壁厚≤40mm、长≤12500mm不同规格的大口径管材，可应用于超（超）临界电力机组用管及铜、铝、镁合金管材生产。生产的高压锅炉管满足ASME SA335、EN10216‑2和GB5310标准要求，可有效解决多规格、小批量大口径管材高效减壁难题，大幅提升管材的减壁效率，提高综合材料利用率，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种大口径管材挤拔减壁方法，属于塑性加工领域。
背景技术
高合金钢以及铜、铝、镁合金等管材需采用挤压技术生产，并且管材的挤压力和成材率与管材壁厚密切相关。例如：用带冒口的钢锭做原材料，挤压Φ550×60×7500的P91钢管，其挤压力3.0万吨、材料利用率60%，而Φ550×30×7500钢管的挤压力3.3万吨、材料利用率48%；Φ550×30×12500钢管的挤压力3.9万吨、材料利用率50%。若能将一定规格的厚壁管坯通过减壁加工成相对薄的管材，对于扩大现有设备的生产能力、提高材料利用率具有重要意义。冷拔法可以生产其它生产形式无法得到的小直径薄壁管材, 并具有冷拔机结构简单,制造容易,投资少,产品品种多,范围广,更换灵活,工具消耗少等优点。尽管冷拔工艺分长顶头拔制、短顶头拔制、无顶头拔制及扩拔等多种工艺形式，但减壁效率均较低。而近几年兴起的热扩管技术，在扩径的同时可起到一定的减壁作用，但该工艺受变形过程中的应力状态局限，其产品不能运用于重要承载构件。
因此，在现有拔制技术的基础上进行技术创新，在保持拔制设备投资少、产品质量好、适合多品种小批量生产的前提下，大幅提升减壁效率是一项急需解决的现实问题。
发明内容
本发明的目的是针对传统拔制技术的局限，在管坯上同时作用推挤力和拉拔力,形成一种适合多品种小批量生产、投资少、质量好的大口径管材挤拔减壁方法。
技术解决方案：
本发明在管坯上同时作用推挤力和拉拔力,挤拔减壁率较单独拔制提高1倍以上，高达45%。
大口径管材挤拔减壁方法，其特征在于，在壁厚δ0的管坯上同时作用推挤力F1和拉拔力F2,将管坯减壁到δ1,短芯头单道次减壁率η=[(δ0-δ1)/δ0]较单独拔制提高1倍以上，高达45%。
大口径管材挤拔减壁方法，包括如下步骤：
1）对一定规格壁厚δ0的管坯进行端头预处理，处理后的管坯壁厚δ1 ；预处理段长度保证将管坯头部挤出模具的模口≥100mm,并在预处理段上制拔制承载孔；
2）将挤拔模、芯杆和端头预处理的管坯定位，仅在管坯尾部作用推挤力，将管坯头部挤出挤拔模模具的模口≥100mm；
3）将挤出模口的管坯头部用拔制钳口夹注，同时在管坯尾部作用推挤力F1、在管坯头部作用拔制力F2，拔制速度与推挤速度按要求匹配，完成管材高效减壁作业。
进一步：将管坯头部挤出模口≥100mm，推挤速度≥5mm/s。
进一步：壁厚δ0的管坯与挤拔模具和芯头之间进行润滑，摩擦系数≤0.12。
进一步：挤拔模具模角α和芯头锥度β在为15 º -45º,且α=β。
采用本发明保留了拔制技术设备结构简单,投资少, 产品品种多，更换灵活等优点。在拔制的同时施加挤推力，克服了拔制力过大造成的材料断裂问题，大幅提高减壁效率，有效解决多规格、小批量大口径管材高效减壁难题。对于提高诸如超（超）临界机组用高端大口径无缝钢管等管材综合材料利用率、降低生产成本具有重要意义。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为管坯上仅作用挤压力时的结果图；
图3为管坯上仅作用拔制力时的结果图；
图4为管坯上同时作用推挤力和拉拔力时的结果图。
具体实施方式
实施例1
生产φ550х30х12500mm的P91材质管材
1、选择(或可制造)符合技术要求的φ560х50х7500mm的一支P91管坯1；
2、头部预处理，将管坯1头部(长度ｌ）加工成φ550х30 mm，加工段与未加工段锥度15 º -45º过渡；
3、将挤拔模3、芯杆2和端头预处理的管坯1定位，仅在管坯1尾部作用推挤力，将管坯头部挤出模口≥100mm，推挤速度≥5mm/s；
4、将挤出模口的管坯头部用拔制钳口夹注，同时在管坯尾部作用推挤力、在管坯头部作用拔制力，推挤速度≥5mm/s，拔制速度与推挤速度按要求匹配，完成管材高效减壁作业；挤拔过程中对管坯预变形区进行感应加热，加热温度800-1000℃；
5、对减壁厚的管材进行退火处理；
6、调质热处理；
7、精整；
8、无损检测；
9、得到满足质量标准要求的φ550х30х12500mm无缝钢管。
用forging软件数值模拟分析结果如下：
仅作用挤压力，1道次将壁厚由50mm减到30mm，会产生材料堆积，无法实现减壁作业，见图2。 仅作用拔制力，1道次将壁厚由50mm减到30mm，会产生材料拉断，无法实现减壁作业，见图3。当采用本发明的方法时，能1道次将壁厚由50mm减到30mm，见图4。
本发明在管坯上同时作用推挤力和拉拔力,挤拔减壁率较单独拔制提高1倍以上，高达45%。
采用本发明可生产外径325—1200 mm、壁厚≤40mm、长≤12500 mm不同规格的大口径管材，可应用于超临界电力机组用管以及铜、铝、镁合金等管材生产。采用本发明生产的高压锅炉管满足ASME SA335、 EN10216-2和 GB5310等标准要求。本发明本可有效解决多规格、小批量大口径管材高效减壁难题，大幅提升管材的减壁效率，提高综合材料利用率，降低生产成本。
Claims (1)
1.大口径管材挤拔减壁方法，其特征在于，壁厚δ0的管坯上同时作用推挤力F1和拉拔力F2，将管坯壁厚减薄到δ1，短芯头单道次减壁率η=[(δ0-δ1)/δ0]较单独拔制提高1倍以上，达45%；
管材挤拔减壁方法步骤如下：
1）制备拔制承载孔：对原始规格为φ560×50×7500mm的管坯（1）一端端头进行预处理，处理后的管坯端头壁厚为30mm，预处理段长度保证管坯头部挤出挤拔模（3）的模口不小于100mm，并在预处理段上制备拔制承载孔，预处理段与未预处理段之间15°～45°锥度过渡；
2）将待减壁管坯（1）、芯杆（2）及挤拔模（3）定位，挤拔模的模角α和芯头锥度β在15°～45°，且α=β；
3）对壁厚δ0的管坯与挤拔模和芯头之间进行润滑，保证挤拔减壁过程中管坯与挤拔模和芯头之间的摩擦系数≤0.12；
4）挤拔减壁过程中对管坯预变形区感应加热至800～1000℃，同时在管坯（1）尾部作用推挤力F1、在管坯头部作用拉拔力F2，推挤速度≥5mm/s、拉拔速度与推挤速度匹配，实现无缝钢管挤拔减壁；
5）将挤拔减壁的无缝钢管进行退火、调质热处理；
6）将挤拔减壁的无缝钢管进行精整；
7）将挤拔减壁的无缝钢管进行无损检测；
8）得到满足质量标准要求的φ550×30×12500mm无缝钢管。
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