CN106694768B - 一种h13空心芯棒的制造方法 - Google Patents

一种h13空心芯棒的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种H13空心芯棒的制造方法，属模具制造工艺技术领域，本发明将黑色金属垂直挤压技术与旋转精密空心锻造技术有机结合起来，利用垂直挤压预制管坯，通过旋转精密空心缩径锻造成形，可实现节能、增效、提高产品质量的目的。本发明对经高温均质化处理的水冷钢锭，通过镦粗、穿孔、垂直挤压成管坯，采用多道次小变形方式进行旋转精密空心缩径锻造，锻后芯棒外径尺寸公差达到±0.5mm，内径尺寸公差达到±2mm，并通过优化工艺参数，获得力学性能满足RP0.2≥930MPa，Rm≥1150MPa，A≥10%，AKV2≥30J的H13空心芯棒。

Description

一种H13空心芯棒的制造方法
技术领域
本发明涉及一种H13空心芯棒的制造方法，属模具制造工艺技术领域。
背景技术
H13钢芯棒是冶金行业新式连轧机组轧制无缝钢管的主要工装，是一种高附加值的大宗消耗备件，其常用规格为直径φ107~350mm。随着连轧机组制造技术的发展，大型连轧机组的应用越来越普遍，φ230~350mm系列中大规格或φ350~460mm系列大规格H13钢芯棒的需求量也越来越大。中大规格系列连轧机组使用的H13钢芯棒，因属于超细长杆件，且重量大，使用过程中极易在连接部位产生断裂，特别是由于芯棒过长过重，极易产生弯曲度过大造成轧制钢管壁厚超差等问题。因此，开发高品质H13空心芯棒，减轻芯棒重量，是目前国内外模具钢生产制造行业亟待解决的问题。
过去，我国采用自由锻造的方法生产H13实心芯棒，然后再采用机械钻孔的方法加工成H13空心芯棒。但是，自由锻造工艺技术存在锻造速度慢、生产效率低，加工余量大等问题，机械钻孔又存在材料浪费严重等问题，再加上H13钢材料本身的特殊性，严重地制约了H13空心芯棒的应用开发。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够节能、增效，芯棒外径尺寸公差达到±0.5mm，内径尺寸公差达到±2mm，力学性能满足RP0.2≥930MPa，Rm≥1150MPa，A≥10%，AKV2≥30J的一种H13空心芯棒的制造方法。
本发明将黑色金属垂直挤压技术与旋转精密锻造技术结合起来，利用垂直挤压预制管坯，通过旋转精密空心缩径锻造成形。
制造方法步骤如下：
1）冶炼：采用电弧炉熔炼+LF炉外精炼+VD真空处理的方法进行冶炼，提高钢水纯净度；
2）浇铸：采用水冷模进行浇铸，增加钢锭的凝固速度，以减少偏析，提高冶金质量；
3）高温均质化处理：采用阶梯加热方式，使钢锭成分和组织尽可能地均一化，避免后期因变形产生带状组织；
4）垂直挤压：采用黑色金属垂直挤压机将经镦粗、穿孔的钢锭挤压成管坯，挤压后进行细晶化+扩氢热处理；
5）旋转精锻：采用旋转精锻机，通过多道次小变形的方式，对挤压管坯进行空心缩径锻造，锻后立即进行水空双介质交替循环冷却处理；
6）热处理：等温球化退火+高温正火+调质处理；调质处理前进行高温正火，可提高产品综合力学性能，等温球化退火、高温正火和淬火采用井式加热炉，回火采用旋转井式加热炉，以减少工件热变形，并提高回火均匀性。
进一步：步骤1）电炉出钢前控制钢液中碳含量≥0.15%，精炼过程中铝含量控制为0.008%~0.025%，VD处理后控制钢液中自由氧含量≤6ppm。
进一步：步骤2）采用水冷模浇铸，浇注时保证钢液温度不低于1560℃，冷却管水压为0.15~0.4MPa，出水口温度位30~45℃，不仅保证足够的冷却速度，而且可以避免冷裂纹的产生。
进一步：步骤3）加热速度不高于80℃/h，预热温度为550~600℃，保温时间为2~3h，加热温度为1250~1270℃，保温时间为25~30h，钢锭预热可降低内外温差，减少加热后的均温时间，避免产生组织过热。
进一步：步骤4）采用垂直挤压预制空心芯棒管坯，挤压温度为1270~1290℃，挤压后进行细晶化+扩氢热处理，首先将挤压后的工件空冷至320~350℃，保温时间为3~5h，再加热至1030~1050℃，保温时间为3~5h，再空冷至710~720℃，保温时间为20~30h。
进一步：步骤5）采用旋转精密空心缩径锻造成形，始锻温度为1160~1180℃，终锻温度≥950℃，总锻造比≥2.0，单道次缩径系数为0.80~0.92，轴向进给速度为3~4m/min，周向旋转角度为10~16º，锻造频次为180~240min-1，保证缩径锻造尺寸精度，外径尺寸偏差±0.5mm，内径尺寸偏差±2mm，并消除挤压产生的过热组织；锻造后立即进行水空双介质交替循环冷却处理，工件入水温度不低于900℃，单次水冷和空冷时间均为60~90s，保证工件出水后表面最高回升温度为320~350℃，工件截面温度为320~500℃，防止网状碳化物的析出及冷裂纹的产生；本发明工件出水后表面最高回升温度低于320℃时，工件因发生马氏体转变而产生裂纹，工件出水后表面最高回升温度高于350℃时，工件心部晶界处易形成连续网状碳化物；
进一步：步骤6）等温球化退火加热温度为860~870℃，保温时间为10~15h，以≤10℃/h的速度炉冷至790℃，再以≤20℃/h的速度炉冷至600℃后出炉空冷；高温正火加热温度为1030~1050℃，保温时间为4~6h，出炉空冷，再加热至760±10℃，保温6~8h，炉冷至≤500℃出炉空冷；淬火加热温度为1030~1040℃，保温时间为4~6h，出炉水冷；回火加热温度为610~645℃，保温时间为8~10h，出炉空冷，回火进行两次，第二次回火比第一次回火温度高10~15℃。
本发明对经高温均质化处理的水冷钢锭，通过镦粗、穿孔、垂直挤压成管坯，采用多道次小变形方式进行旋转精密空心缩径锻造，锻后芯棒外径尺寸公差达到±0.5mm，内径尺寸公差达到±2mm，并通过优化工艺参数，获得力学性能满足RP0.2≥930MPa，Rm≥1150MPa，A≥10%，AKV2≥30J的H13空心芯棒，实现节能、增效、提高产品质量的目的。
附图说明
图1为本发明方法工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
现将本发明的具体实施例叙述于后。
1）采用电弧炉熔炼、LF炉外精炼、VD真空处理进行H13钢的冶炼，电炉出钢前C含量控制为≥0.15%，精炼过程中Al含量控制在0.008~0.025%，VD后自由氧含量控制为≤6ppm，氢含量控制为≤1.5ppm；
2）熔炼后，采用水冷模进行浇铸，浇铸时钢液温度不低于1560℃，冷却管水压为0.3~ 0.4MPa，出水口温度为35~45℃，浇铸过程中使用氩气保护装置，防止钢液二次氧化，并严格控制流速；
3）钢锭脱模后，进行高温均质化处理，预热温度为550~600℃，保温时间为3h，加热温度为1250~1260℃，保温时间为25h；
4）采用150MN油压机对经高温均质化处理的钢锭进行镦粗、穿孔，然后采用360MN黑色金属垂直挤压机将穿孔坯挤压成空心芯棒管坯，挤压加热温度为1270℃，保温时间为5h，挤压管坯尺寸为φ762mm×φ582mm×6700mm（外径×内径×长度）；挤压后进行细晶化+扩氢热处理，首先将挤压后的工件空冷至320~350℃，保温时间为3~5h，再加热至1030~1050℃，保温时间为4h，再空冷至710~720℃，保温时间为26~30h。
5）采用16MN旋转精锻机对挤压管坯进行缩径锻造成形，锻造过程中采用多道次小变形方式，始锻温度为1160~1180℃，终锻温度950~960℃，总锻造比≥2.0，单道次缩径系数为0.86~0.92，轴向进给速度为3~3.3m/min，周向旋转角度为10~11º，锻造频次为220~230min-1，锻后空心芯棒的尺寸为φ385mm×φ103mm×11700mm，产品尺寸技术要求为φ385mm×φ104mm× 11000mm，外径尺寸公差达到±0.5mm，内径尺寸公差达到±2mm；锻造后立即进行水空双介质交替循环冷却处理，工件入水温度不低于900℃，单次水冷时间80~90s，单次空冷时间70~80s，保证工件出水后表面最高回升温度为320~350℃，工件截面温度为320~500℃，防止网状碳化物的析出及冷裂纹的产生；本发明工件出水后表面最高回升温度低于320℃时，工件因发生马氏体转变而产生裂纹，工件出水后表面最高回升温度高于350℃时，工件心部晶界处易形成连续网状碳化物；
6）等温球化退火加热温度为860~870℃，保温时间为10~15h，以≤10℃/h的速度炉冷至790℃，再以≤20℃/h的速度炉冷至600℃后出炉空冷；高温正火加热温度为1030~1040℃，保温时间为4~5h，出炉空冷，再加热至760±10℃，保温6~8h，炉冷至≤500℃出炉空冷；淬火加热温度为1030~1040℃，保温时间为4~6h，出炉水冷；回火加热温度为610~645℃，保温时间为8~10h，出炉空冷，回火进行两次，第二次回火比第一次回火温度高10~15℃。等温球化退火、高温正火和淬火采用井式加热炉，回火采用旋转井式加热炉。
力学性能测试结果见表1。
实施例2
现将本发明的具体实施例叙述于后。
1）采用电弧炉熔炼、LF炉外精炼、VD真空处理进行H13钢的冶炼，电炉出钢前C含量控制为≥0.15%，精炼过程中Al含量控制在0.008~0.025%，VD后自由氧含量控制为≤6ppm，氢含量控制为≤1.5ppm；
2）熔炼后，采用水冷模进行浇铸，浇铸时钢液温度不低于1560℃，冷却管水压为0.3~ 0.4MPa，出水口温度为35~45℃，浇铸过程中使用氩气保护装置，防止钢液二次氧化，并严格控制流速；
3）钢锭脱模后，进行高温均质化处理，预热温度为550~600℃，保温时间为3h，加热温度为1250~1260℃，保温时间为25h；
4）采用150MN油压机对经高温均质化处理的钢锭进行镦粗、穿孔，然后采用360MN黑色金属垂直挤压机将穿孔坯挤压成空心芯棒管坯，挤压加热温度为1270℃，保温时间为5h，挤压管坯尺寸为φ762mm×φ582mm×6700mm（外径×内径×长度）；挤压后进行细晶化+扩氢热处理，首先将挤压后的工件空冷至320~350℃，保温时间为3~5h，再加热至1030~1050℃，保温时间为4h，再空冷至710~720℃，保温时间为26~30h。
5）采用16MN旋转精锻机对挤压管坯进行缩径锻造成形，锻造过程中采用多道次小变形方式，始锻温度为1160~1180℃，终锻温度950~960℃，总锻造比≥2.0，单道次缩径系数为0.83~0.92，轴向进给速度为3.4~3.6m/min，周向旋转角度为11~13º，锻造频次为230~240min-1，锻后空心芯棒的尺寸为φ385mm×φ103mm×11700mm，产品尺寸技术要求为φ385mm×φ104mm× 11000mm，外径尺寸公差达到±0.5mm，内径尺寸公差达到±2mm；锻造后立即进行水空双介质交替循环冷却处理，工件入水温度不低于900℃，单次水冷时间80~90s，单次空冷时间70~80s，保证工件出水后表面最高回升温度为320~350℃，工件截面温度为320~500℃，防止网状碳化物的析出及冷裂纹的产生；本发明工件出水后表面最高回升温度低于320℃时，工件因发生马氏体转变而产生裂纹，工件出水后表面最高回升温度高于350℃时，工件心部晶界处易形成连续网状碳化物；
6）等温球化退火加热温度为860~870℃，保温时间为10~15h，以≤10℃/h的速度炉冷至790℃，再以≤20℃/h的速度炉冷至600℃后出炉空冷；高温正火加热温度为1040~1050℃，保温时间为4~5h，出炉空冷，再加热至760±10℃，保温6~8h，炉冷至≤500℃出炉空冷；淬火加热温度为1030~1040℃，保温时间为4~6h，出炉水冷；回火加热温度为610~645℃，保温时间为8~10h，出炉空冷，回火进行两次，第二次回火比第一次回火温度高10~15℃。等温球化退火、高温正火和淬火采用井式加热炉，回火采用旋转井式加热炉。
力学性能测试结果见表2

Claims (7)

1.一种H13空心芯棒的制造方法，其特征在于，利用垂直挤压预制管坯，通过旋转精密空心缩径锻造，锻后芯棒外径尺寸公差达到±0.5mm，内径尺寸公差达到±2mm，制成力学性能满足RP0.2≥930MPa，Rm≥1150MPa，A≥10%，AKV2≥30J的H13空心芯棒；
H13空心芯棒制造方法如下：
1）炼钢：采用电炉熔炼+LF精炼+VD处理的方法进行冶炼；
2）浇铸：采用水冷模进行浇铸；
3）高温均质化处理：采用阶梯加热方式；
4）垂直挤压：采用黑色金属垂直挤压机将经镦粗、穿孔的钢锭挤压成管坯，挤压后进行细晶化+扩氢热处理；
5）旋转锻造：采用旋转精锻机，通过多道次小变形的方式，对挤压管坯进行空心缩径锻造，锻后立即进行水空双介质交替循环冷却处理；
6）热处理：等温球化退火+高温正火+调质处理，等温球化退火、高温正火和淬火采用井式加热炉，回火采用旋转井式加热炉。
2.根据权利要求1所述的一种H13空心芯棒的制造方法，其特征在于，步骤1）电炉出钢前控制钢液中碳含量≥0.15%，精炼过程中铝含量控制为0.008%~0.025%，VD处理后控制钢液中自由氧含量≤6ppm。
3.根据权利要求1所述的一种H13空心芯棒的制造方法，其特征在于，步骤2）采用水冷模浇铸，浇注时保证钢液温度不低于1560℃，冷却管水压为0.15~0.4MPa，出水口温度为30~45℃。
4.根据权利要求1所述的一种H13空心芯棒的制造方法，其特征在于，步骤3）高温均质化处理时，加热速度不高于80℃/h，预热温度为550~600℃，保温时间2~3h，加热温度为1250~1270℃，保温时间为25~30h。
5.根据权利要求1所述的一种H13空心芯棒的制造方法，其特征在于，步骤4）采用垂直挤压预制空心芯棒管坯，挤压温度为1270~1290℃，挤压后进行细晶化+扩氢热处理，首先将挤压后的工件空冷至320~350℃，保温时间为3~5h，再加热至1030~1050℃，保温时间为3~5h，再空冷至710~720℃，保温时间为20~30h。
6.根据权利要求1所述的一种H13空心芯棒的制造方法，其特征在于，步骤5）采用旋转精密空心缩径锻造成形，始锻温度为1160~1180℃，终锻温度≥950℃，总锻造比≥2.0，单道次缩径系数为0.80~0.92，轴向进给速度为3~4m/min，周向旋转角度为10~16º，锻造频次为180~240min-1，保证锻后芯棒外径尺寸公差达到±0.5mm，内径尺寸公差达到±2mm，并消除挤压产生的过热组织；锻造后立即进行水空双介质交替循环冷却处理，工件入水温度不低于900℃，单次水冷和空冷时间均为60~90s，保证工件出水后表面最高回升温度为320~350℃，工件截面温度为320~500℃，抑制网状碳化物的析出及冷裂纹的产生。
7.根据权利要求1所述的一种H13空心芯棒的制造方法，其特征在于，步骤6）等温球化退火加热温度为860~870℃，保温时间为10~15h，以≤10℃/h的速度炉冷至790℃，再以≤20℃/h的速度炉冷至600℃后出炉空冷；高温正火加热温度为1030~1050℃，保温时间为4~6h，出炉空冷，再加热至760±10℃，保温6~8h，炉冷至≤500℃出炉空冷；淬火加热温度为1030~1040℃，保温时间为4~6h，出炉水冷；回火加热温度为610~645℃，保温时间为8~10h，出炉空冷，回火进行两次，第二次回火比第一次回火温度高10~15℃。
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