CN105690045B - 球扁钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球扁钢的生产方法，其中，所述热挤压设备包括彼此连接的挤压筒和挤压模具(2)，所述挤压模具(2)的球扁钢孔型包括腹板孔型(22)及位于该腹板孔型(22)两端的球头孔型(21)，从而通过所述球扁钢孔型将所述棒材挤压成型为具有两个所述球头(11)的球扁钢毛坯，并且切割掉其中一个所述球头(11)而制成所述球扁钢(1)。通过将球扁钢孔型设计为具有两个球头孔型和一个腹板孔型的形式，可以增加球扁钢孔型的截面面积，从而减小所需要的挤压驱动力，使得现有热挤压设备可以应用于强度更高的材料的挤压加工，避免了改进设备所带来的成本提高，可以降低生产成本，并且改进工作简单易行，可以快速投入生产。

Description

球扁钢的生产方法
技术领域
本发明涉及异形材的生产方法，具体地，涉及一种球扁钢的生产方法。
背景技术
球扁钢是特殊型钢的一种，由扁平的腹板和近球状的球头构成，在球扁钢的横截面中，球头连接于腹板其中一端，从而形成大端，而没有设置球头的一端形成为小端，球扁钢属于不对称型钢。
球扁钢可以由00Cr21Ni14Mn5Mo3N材料制成，具有耐腐蚀性能好、高温强度和低温强度双高、塑性好、韧性高、热膨胀系数大和磁性低等物理特性，主要用于船舶、舰艇的制造等领域。
在球扁钢异型材的制造方法中，可以将棒材坯料通过预热炉预热，再用感应加热炉将坯料加热到合适的目标温度，使用热挤压模具将棒材挤压成型为球扁钢。随后通过后续的热处理和机加工等工艺处理，得到成品球扁钢型材。
00Cr21Ni14Mn5Mo3N不锈高强钢的材料在塑性变形温度范围内，其高温强度相对较高，比一般含Ni不锈钢的高出20％。按照常规的挤压工艺及挤压模具孔型设计，该材料通过挤压成型所需要的挤压力超出了热挤压设备的能力极限，无法顺利挤压成形。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在不更换现有的挤压驱动力不足的挤压设备的情况下仅通过简单的改进即可生产球扁钢的方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种球扁钢的生产方法，球扁钢包括腹板和球头，所述生产方法包括使用热挤压设备加工用于制备该球扁钢的棒材，其中，所述热挤压设备包括彼此连接的挤压筒和挤压模具，所述挤压筒形成有容纳所述棒材移动通过的坯料通道，所述挤压模具封堵所述坯料通道的出口端，并且所述挤压模具朝向所述坯料通道的端面上形成有贯通的球扁钢孔型，所述球扁钢孔型包括腹板孔型及位于该腹板孔型两端的球头孔型，从而通过所述球扁钢孔型将所述棒材挤压成型为具有两个所述球头的球扁钢毛坯，并且根据所述球扁钢的腹板的宽度通过切割掉其中一个所述球头而制成所述球扁钢。
优选地，所述挤压模具朝向所述坯料通道的端面上设有玻璃润滑垫，所述玻璃润滑垫形成有与所述球扁钢孔型对齐的润滑通孔从而完全地暴露所述球扁钢孔型的入口。
优选地，所述棒材由00Cr21Ni14Mn5Mo3N制成。
优选地，所述生产方法包括将所述棒材加热到加工温度之后使用所述热挤压设备加工。
优选地，所述加工温度为1180-1220℃。
优选地，所述生产方法包括将挤压成型的所述球扁钢毛坯空冷处理。
优选地，所述生产方法包括对空冷处理后的所述球扁钢毛坯进行固溶处理，所述固溶处理的温度为1000-1100℃，保温时间为30-40分钟。
优选地，所述生产方法包括通过拉伸矫直机对挤压成型的所述球扁钢毛坯施加拉伸力和扭力，以矫直所述球扁钢毛坯。
优选地，所述腹板孔型的宽度大于所述球扁钢的腹板的宽度。
优选地，所述热挤压设备的挤压驱动力为3000-3500吨。
通过上述技术方案，通过将球扁钢孔型设计为具有两个球头孔型和一个腹板孔型的形式，可以增加球扁钢孔型的截面面积，从而减小所需要的挤压驱动力，使得现有热挤压设备可以应用于强度更高的材料的挤压加工，避免了改进设备所带来的成本提高，可以降低生产成本，并且改进工作简单易行，可以快速投入生产。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一种实施方式的球扁钢的截面结构示意图。
图2是根据本发明的一种实施方式的挤压模具的结构示意图。
图3是根据本发明的一种实施方式的玻璃润滑垫的结构示意图。
附图标记说明
1 球扁钢 2 挤压模具
3 玻璃润滑垫 11 球头
12 腹板 21 球头孔型
22 腹板孔型 31 润滑通孔
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种球扁钢的生产方法，其中，所述球扁钢1包括腹板12和球头11，所述生产方法包括使用热挤压设备加工用于制备该球扁钢1的棒材，其中，所述热挤压设备包括彼此连接的挤压筒和挤压模具2，所述挤压筒形成有容纳所述棒材移动通过的坯料通道，所述挤压模具2封堵所述坯料通道的出口端，并且所述挤压模具2朝向所述坯料通道的端面上形成有贯通的球扁钢孔型，所述球扁钢孔型包括腹板孔型22及位于该腹板孔型22两端的球头孔型21，从而通过所述球扁钢孔型将所述棒材挤压成型为具有两个所述球头11的球扁钢毛坯，并且根据所述球扁钢1的腹板12的宽度通过切割掉其中一个所述球头11而制成所述球扁钢1。
所述挤压筒内部可以形成圆柱形的坯料通道，所述棒材可以在热挤压设备的挤压杆的作用力下，朝向位于所述挤压筒一端的挤压模具2移动，并进一步地通过挤压模具2的所述球扁钢孔型，形成与所述球扁钢孔型对应的球扁钢毛坯。挤压模具2可以为圆柱形或盖子形状，封堵在所述挤压筒的出口端。
本发明的技术方案的改进基础为：原有的热挤压设备的基本保持不变，特别是通过挤压驱动机构及挤压筒的结构保持不变，即通过挤压杆向挤压筒中提供的最大挤压压强保持不变。在此情况下，当更换后的生产球扁钢的材料的高温塑性变形所需要的挤压压强相比于原有的材料较大幅度提高时，原有的挤压驱动机构提供的挤压压强将不能使得更换后的材料产生塑性变形，即不能完成挤压变形工艺。
在不更换热挤压设备的情况下，通过增加挤压模具2的球扁钢孔型的面积，可以减小所述棒材的初始截面面积与生产的球扁钢毛坯的截面面积之比，相应地，所述棒材的变形量相对地减小，因此所述棒材生产塑性变形所需要的挤压压强也减小，从而在原有的挤压驱动机构提供的挤压压强不变的情况下，可以使得该热挤压设备能够完成需要更高挤压压强的材料的挤压工艺。
一般地，面对需求方对球扁钢的强度提出更高的要求，生产方需要使用强度更高的材料，而现有的设备可能难以完成这样的挤压工艺，不得不选择更新具有更大的挤压驱动力设备，需要付出很大的设备成本。而本发明通过修改挤压模具2这一较小部件，增加了球扁钢孔型的面积(如图2所示)，可以大幅减少所需要的挤压驱动力，并且获得具有两个球头的球扁钢，随后采用切割工艺切除其中一个球头即可制成如图1所示的球扁钢，因此通过较为简单的工艺改进即可使现在的设备完成高强度材料的挤压工艺，具有很大的经济价值。
另外，挤压筒及挤压模具所采用材料的强度通常大于待挤压棒材的强度，然而如果使用的棒材是本领域内强度特别高的材料时，很难提供这样的挤压筒及挤压模具，如果使用传统的方法进行挤压，不仅需要提供更高的挤压驱动力，而且很可能造成挤压筒及挤压模具损坏；而采用本发明的改进方案，可以保持挤压驱动力不变，因此挤压筒和挤压模具受到的挤压力也相对较为合理，不易损坏挤压筒和挤压模具。
此外，本发明增加球扁钢孔型的具体方法是在腹板孔型22的两端分别设置一个球头孔型21，两个球头孔型21可以位于腹板孔型22的同侧，例如图2所示，此时，球扁钢孔型为轴对称结构，挤压成型的球扁钢毛坯的截面也为轴对称；当然，两个球头孔型21也可以位于腹板孔型22的两侧，形成为中心对称结构。总的来说，球头部分的轮廓曲线更为平滑，而传统的腹板孔型没有设置球头孔型的一端形成较为尖锐的棱角，因此，无论是球扁钢孔型还是挤压成型的球扁钢毛坯，都减少了较为尖锐的棱角，不容易成为开裂的起点，减少结构开裂的风险。
另外，所述挤压模具2朝向所述坯料通道的端面上设有玻璃润滑垫3，所述玻璃润滑垫3形成有与所述球扁钢孔型对齐的润滑通孔31从而完全地暴露所述球扁钢孔型的入口。如图3所示，润滑通孔31可以为长方形孔，并且该长方形孔的尺寸大于所述球扁钢孔型的尺寸，即润滑通孔31的宽度大于图2所示的所述球扁钢孔型的横向最大尺寸，并且润滑通孔31的长度大于图2所示的所述球扁钢孔型的纵向最大尺寸。玻璃润滑垫3暴露的表面可以在挤压过程中可以部分地熔化并介入所述棒材与所述球扁钢孔型之间，起到润滑作用，可以减少挤压的阻力，并且可以保护挤压模具2的所述球扁钢孔型的内壁面。
具体地，所述棒材由00Cr21Ni14Mn5Mo3N制成，该材料相比于普通的Ni不锈钢其塑性变形压强高出约20％。相应地，所述生产方法包括将所述棒材加热到加工温度之后使用所述热挤压设备加工。优选地，所述加工温度为1180-1220℃。所述加工温度可以根据待挤压材料及所述挤压筒和挤压模具2的材料确定，应当保证挤压材料能够发生塑性变形，并且挤压筒和挤压模具2具有较大的强度而不变形。
另外，所述生产方法包括将挤压成型的所述球扁钢毛坯空冷处理。所述球扁钢毛坯在挤压成型之前通过预热炉加热到所述加工温度，在挤压成型之后可以使用空冷的方法将所述球扁钢毛坯冷却到常温。当然，也可以根据材料的不同及所需的目标金相组织的不同而采取水冷、风冷等冷却方法。
另外，所述生产方法包括对空冷处理后的所述球扁钢毛坯进行固溶处理，所述固溶处理的温度为1000-1100℃，保温时间为30-40分钟。通过固溶处理，可以使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工或成型。
此外，挤压成型的所述球扁钢毛坯为具有一定长度的梁形件，由于挤压加工时被加热到较高的温度，在离开挤压模具2后，由于自身的重力作用可能形成弯曲，需要进行矫直，因此，所述生产方法包括通过拉伸矫直机对挤压成型的所述球扁钢毛坯施加拉伸力和扭力，以矫直所述球扁钢毛坯。如上所述，当球头孔型21位于腹板孔型22的同侧以在腹板孔型22的同侧突出时，所述球扁钢孔型为轴对称结构，相应地，所述球扁钢毛坯为轴对称结构。在传统的加工工艺中，由于球扁钢为非对称结构，不能通过所述拉伸矫直机对其施加对称的作用力，因此，由于腹板11两侧所施加的力不对称，容易造成球扁钢发生侧向偏移或弯曲，给矫直操作带来很大的不便；而在本发明的操作工艺中，拉伸矫直机可以对所述球扁钢毛坯施加对称的拉伸力和扭力，避免所述球扁钢毛坯发生侧向偏移或弯曲。
另外，所述腹板孔型22的宽度大于所述球扁钢1的腹板12的宽度。此处，所述腹板孔型22的宽度为图2所示的纵向方向的长度，而所述腹板孔型22在图2所示的横向方向的长度可以定义为腹板孔型22的厚度；腹板12的宽度为图1所示的横向方向的长度。如上所述，所述球扁钢毛坯需要通过切割操作切割掉其中一个球头11而制成球扁钢1，因此，所述球扁钢毛坯中腹板部分的宽度可以“稍微地”大于球扁钢1的腹板11的宽度，留出加工余量。另外，切割时可以选择两个球头11的质量切割，例如可以选择切割掉存在表面缺陷的球头11；并且，当挤压模具2的其中一个球头孔型21存在少量不明显(但影响挤压毛坯质量)的破损时，也可以继续使用该挤压模具2，因为只要切割掉对应的球头11即可获得合格的球扁钢1。
具体地，所述热挤压设备的挤压驱动力为3000-3500吨。该挤压驱动力主要用于普通的Ni不锈钢，并非是针对00Cr21Ni14Mn5Mo3N棒材特定设计的，即不能通过传统的方法加工该种材料的球扁钢，而本发明对挤压模具的改进也正是针对这一问题而提出。当然，对于大多的材料强度增强带来的挤压驱动力不足问题，又或者是由于挤压设备的承载能力有限而不是提高挤压驱动力的问题，都可以借鉴本发明的设计思路。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种球扁钢的生产方法，球扁钢(1)包括腹板(12)和球头(11)，所述生产方法包括使用热挤压设备加工用于制备该球扁钢(1)的棒材，其中，所述热挤压设备包括彼此连接的挤压筒和挤压模具(2)，所述挤压筒形成有容纳所述棒材移动通过的坯料通道，所述挤压模具(2)封堵所述坯料通道的出口端，并且所述挤压模具(2)朝向所述坯料通道的端面上形成有贯通的球扁钢孔型，其特征在于，所述球扁钢孔型包括腹板孔型(22)及位于该腹板孔型(22)两端的球头孔型(21)，从而通过所述球扁钢孔型将所述棒材挤压成型为具有两个所述球头(11)的球扁钢毛坯，并且根据所述球扁钢(1)的腹板(12)的宽度通过切割掉其中一个所述球头(11)而制成所述球扁钢(1)。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述挤压模具(2)朝向所述坯料通道的端面上设有玻璃润滑垫(3)，所述玻璃润滑垫(3)形成有与所述球扁钢孔型对齐的润滑通孔(31)从而完全地暴露所述球扁钢孔型的入口。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述棒材由00Cr21Ni14Mn5Mo3N制成。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括将所述棒材加热到加工温度之后使用所述热挤压设备加工。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述加工温度为1180-1220℃。
6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括将挤压成型的所述球扁钢毛坯空冷处理。
7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括对空冷处理后的所述球扁钢毛坯进行固溶处理，所述固溶处理的温度为1000-1100℃，保温时间为30-40分钟。
8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括通过拉伸矫直机对挤压成型的所述球扁钢毛坯施加拉伸力和扭力，以矫直所述球扁钢毛坯。
9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述腹板孔型(22)的宽度大于所述球扁钢(1)的腹板(12)的宽度。
10.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述热挤压设备的挤压驱动力为3000-3500吨。
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