專利名稱：鋼管連軋限動(dòng)芯棒的制造新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冶金行業(yè)無縫鋼管軋制工具的制造新工藝，尤其涉及一種鋼管連軋限動(dòng)芯棒的制造新工藝。
背景技術(shù)：
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展帶來的鋼鐵需求急劇增大，我國的鋼產(chǎn)量已躍居世界第一位，但國內(nèi)生產(chǎn)的無縫鋼管軋制用的限動(dòng)芯棒卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)市場的需求，一直在很大程度上依賴于進(jìn)口，國家每年也為此耗費(fèi)大量的外匯，這嚴(yán)重制約著我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展的步伐，因此迫切需要開發(fā)一種新的鋼管連軋限動(dòng)芯棒的制造工藝。
現(xiàn)有的限動(dòng)芯棒加工線的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，鍛造坯料→完全退火→整體油淬火→(二次)高溫回火→加溫矯直→去應(yīng)力退火→粗加工→精加工→砂帶磨削→鍍鉻→脫氫。
上述工藝步驟每一步的工藝條件如下第一步，獲得鍛造坯料。采用國標(biāo)GB1299-85中的4Cr5MoSiV1鋼錠，通過電渣重熔進(jìn)行爐外精煉，獲得鋼錠；然后通過油壓快鍛機(jī)開坯或者采用自由鍛或水壓機(jī)鍛造開坯。加熱溫度為1200℃，鍛造溫度為1150～1180℃。
第二步，完全退火。退火在臺車式爐中完成，退火溫度控制在750～900℃，保溫時(shí)間大于10小時(shí)。共分兩次完成整個(gè)退火過程。
第三步，整體油淬火。采用超長臺車罩式或者超深井式熱處理爐完成加熱，采用整體油冷完成淬火。淬火溫度控制在980～1020℃。
第四步，(二次)高溫回火。第一次回火溫度控制在680～720℃，第二次回火溫度控制在550～620之間，采用超長臺車罩式回火爐完成。
第五步，加溫矯直。由于芯棒整體淬火后彎曲變形嚴(yán)重，必須進(jìn)行再矯直。為了便于矯直開展，降低矯直所需要的變形力以及減少芯棒開裂發(fā)生的可能性，必須加溫。加溫幅度大致為500℃。
第六步，去應(yīng)力退火。為了消除矯直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，必須在矯直之后進(jìn)行消除應(yīng)力退火。退火溫度200～300℃，退火時(shí)間不少于16小時(shí)。
第七步，粗加工。利用超長車床完成。由于芯棒已經(jīng)完成所有的熱處理操作，硬度較高(HRC38以上)，加工速度較慢，對刀具要求也較高，生產(chǎn)效率比較低。
第八步，精加工。同樣利用超長車床完成。同樣存在粗加工一樣的問題。
第九步，砂帶磨削。利用超長車加裝砂帶磨附件的辦法來實(shí)現(xiàn)。磨削余量控制在單邊半徑方向0.10mm之內(nèi)。
第十步，鍍鉻。采用芯棒移動(dòng)式專用電鍍機(jī)床完成。
第十一步，脫氫。消除電鍍殘余氫。利用臺車罩式爐完成。
但上述工藝存在以下問題和不足1)由于坯料的調(diào)質(zhì)處理在前而加工在后，即經(jīng)過整體油淬火和二次高溫回火的調(diào)質(zhì)處理后再進(jìn)行粗加工和精加工，調(diào)質(zhì)處理后的坯料硬度達(dá)到HRC36-43，使切削加工難度較大、機(jī)加工效率較低，致使芯棒的生產(chǎn)率較低；2)由于粗加工和精加工是采用普通超長車，即采用坯料旋轉(zhuǎn)、刀架進(jìn)給的傳統(tǒng)加工方式，在這種情況下，即使坯料的彎曲程度在成品的技術(shù)要求范圍之內(nèi)，切削加工也不得不加工得更加“矯直”(如圖2所示，坯料1a經(jīng)過粗精加工以后車削掉去除材料2a，向下道工序供給直度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出技術(shù)要求的半成品3a)，因此坯料的加工余量非常大，造成了材料浪費(fèi)，生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種鋼管連軋限動(dòng)芯棒的制造新工藝，采用了新的制造工藝步驟，并調(diào)整了加工設(shè)備，以解決現(xiàn)有制造工藝工序復(fù)雜、加工困難、制造周期長、芯棒毛坯收得率低的問題。
本發(fā)明的上述目的是通過以下工藝步驟來實(shí)現(xiàn)的鍛造/軋制坯料→完全退火→熱矯直→粗/半精加工→淬火→(二次)高溫回火→砂帶磨削→鍍鉻→脫氫。
其中，上述每一工藝步驟的具體情況如下
第一步，獲得鍛造/軋制坯料。鍛造/軋制坯料要求鍛造比大于5，其長度和外徑隨用戶需要的芯棒的規(guī)格變化而變化。長度最長可以達(dá)到30米，最短可以短到2米；外徑可以從50毫米到500毫米，同時(shí)，還需要根據(jù)坯料來料不同(軋制和鍛造)、外表質(zhì)量、輪廓尺寸形狀誤差的大小，預(yù)留大小不同的余量，從5到20毫米不等。
第二步，完全退火。采用大型輥式爐，使芯棒坯料一邊退火，一邊旋轉(zhuǎn)，可以有效減少坯料退火后彎曲的發(fā)生，同時(shí)矯正鍛造和軋制過程中產(chǎn)生的彎曲。退火溫度在700～900℃之間。保溫時(shí)間長于10小時(shí)，以實(shí)現(xiàn)完全球化退火目的。溫升和溫降不大于80℃每小時(shí)，溫度降低至500℃左右出爐。
第三步，熱矯直。采用輥式矯直機(jī)，在退火后馬上進(jìn)行矯直。對于芯棒的頭部和尾部，由于處于輥式矯直機(jī)的工作盲區(qū)，可以采用壓力矯輔助完成。對于短芯棒的制造，為了提高收得率，則可以考慮采取倍尺制造(每一次加工的芯棒長度為用戶需要芯棒長度的整數(shù)倍，外加一定的分段余量)的方法來完成。
該步驟的安排，可以省去現(xiàn)有制造工藝中必需的為了便于矯直而進(jìn)行的二次加熱；而且，由于所述熱矯直一方面可以降低矯直所需要的變形抗力，另一方面可以免除矯直帶來的內(nèi)應(yīng)力，因此，傳統(tǒng)工藝中矯直后的去應(yīng)力退火步驟可以省去。
第四步，粗/半精加工。優(yōu)先采用旋風(fēng)車床來完成，也可采用普通車床來完成。半精加工后的外徑加工余量大約保證單邊0.10mm，也可根據(jù)最后粗加工切削余量的大小作適當(dāng)調(diào)整。
旋風(fēng)車床采用多刀切削，切削力中的徑向分力互相抵消，切削效率高。同時(shí)，由于旋風(fēng)車床不需要長且昂貴的導(dǎo)軌，切削工件的長度只取決于前后輥道的長度，和機(jī)床本身無關(guān)，因此造價(jià)較低，投資較??；另外，由于旋風(fēng)車床加工特點(diǎn)決定，允許工件加工前后有輕微彎曲，在保證用戶技術(shù)要求的前提下，可以大大減少切削余量。實(shí)踐證明，旋風(fēng)車床的切削效率是普通車床的10倍以上，如果進(jìn)一步考慮旋風(fēng)車床切削的工件是退火態(tài)，而傳統(tǒng)工藝普通車床切削的是調(diào)質(zhì)態(tài)的工件，實(shí)際效率還要更高。
第五步，淬火。優(yōu)先采用雙頻淬火，即采用低頻或者是工頻進(jìn)行預(yù)熱，中頻加熱，實(shí)現(xiàn)透熱式加熱的方法，確保工作層溫度在980～1020之間進(jìn)行淬火作業(yè)。預(yù)熱深度保證在半徑方向大于20mm。冷卻介質(zhì)可以為有機(jī)質(zhì)水溶液或噴油霧。淬透工作層厚度大約為8～12mm。淬火后的芯棒硬度可達(dá)到HRC50以上。
雙頻淬火工藝較傳統(tǒng)的整體油淬工藝可減少坯料在淬火過程中的彎曲，同時(shí)可降低設(shè)備投資(雙頻淬火設(shè)備投資在百萬元級，整體油淬爐子設(shè)備投資在千萬元級)，降低生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用(淬火油介質(zhì)消耗)，減少環(huán)境污染(整體油淬有煙霧排放)，降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)(油淬經(jīng)常有火警發(fā)生)。
第六步，(二次)高溫回火?；鼗饻囟仍?00～720之間，該步驟可在退火用的輥式爐子中完成，回火后的芯棒硬度在HRC34～46之間。
在退火用的輥式爐子中，坯料可以一邊回火，一邊轉(zhuǎn)動(dòng)，有效防止芯棒彎曲發(fā)生；同時(shí)可以提高爐子的有效作業(yè)率，實(shí)現(xiàn)機(jī)床和爐子的產(chǎn)能匹配，降低投資成本。
第七步，砂帶磨削。采用普通超長車，安裝砂帶磨附件的辦法來完成加工。加工后的表面粗糙度Ra0.4～0.8之間。外徑公差用戶要求尺寸減去最后鍍鉻層厚度尺寸(大約為直徑0.20mm)±0.05mm。由于砂帶磨削是柔性加工，同樣可以允許輕微的彎曲存在。
第八步，鍍鉻。采用工件移動(dòng)式鍍鉻機(jī)床完成。鍍鉻厚度大約為單邊0.10mm，直徑0.20mm。
第九步，脫氫。采用退火所用的輥式爐子來完成。脫氫溫度控制在100～300℃范圍內(nèi)，時(shí)間不少于2小時(shí)。本工序的目的主要是減少氫脆發(fā)生的概率。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)1)由于粗/半精加工步驟安排在完全退火和熱矯直之后，機(jī)械加工工件的硬度由現(xiàn)有技術(shù)的HRC36以上降低到HRC30以下，使限動(dòng)芯棒的加工制作難度大大下降，從而使切削速度加快，生產(chǎn)效率提高；2)同時(shí)由于采用旋風(fēng)車進(jìn)行多刀、快速、強(qiáng)力切削，使芯棒的制作周期大大縮短，生產(chǎn)效率大幅度提升；3)由于旋風(fēng)車床對坯料的矯直要求并不嚴(yán)格，具有允許坯料有輕微彎曲存在的特點(diǎn)，因此坯料的收得率大大提高，降低了材料成本。


圖1是現(xiàn)有的鋼管連軋限動(dòng)芯棒的制造工藝的流程圖；圖2是現(xiàn)有的鋼管連軋限動(dòng)芯棒的加工余量圖，顯示了彎曲芯棒車削時(shí)的加工余量；圖3是本發(fā)明鋼管連軋限動(dòng)芯棒的制造新工藝的流程圖；圖4是本發(fā)明的鋼管連軋限動(dòng)芯棒的加工余量圖，顯示了彎曲芯棒車削時(shí)的加工余量；具體實(shí)施方式
為幫助理解本發(fā)明，下面將結(jié)合相關(guān)附圖對本發(fā)明的典型實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
請參見圖3，本發(fā)明的典型實(shí)施例的工藝流程為鍛造坯料→完全退火→熱矯直→采用旋風(fēng)車床進(jìn)行粗/半精加工→雙頻淬火→(二次)高溫回火→砂帶磨削→鍍鉻→脫氫。
第一步，獲得鍛造/軋制坯料。為了經(jīng)濟(jì)起見，除非是特大外徑芯棒，因?yàn)殄懺毂?軋制比不能滿足而采取鍛造坯料外，盡可能采取直度較好、橢圓度小、外表質(zhì)量較好的粗軋軋制坯料。本實(shí)施例采用10.8噸的鑄鋼錠，經(jīng)粗軋開坯后得到Ф183mm×20m芯棒坯料。目標(biāo)芯棒外徑為175mm。
第二步，完全退火。采用大型輥式爐，使芯棒坯料一邊退火，一邊旋轉(zhuǎn)。退火溫度控制在850℃。保溫時(shí)間為10小時(shí)，溫升和溫降控制在70℃每小時(shí)，溫度降低至500℃時(shí)出爐。
第三步，熱矯直。采用七輥輥式矯直機(jī)，矯直機(jī)進(jìn)料輥道和退火爐出料輥道合二為一，退火后馬上進(jìn)行帶溫矯直。
第四步，粗/半精加工。采用旋風(fēng)車床多刀切削來完成。半精加工后的外徑加工外尺寸控制在175±0.05mm。
第五步，雙頻淬火。采用低頻或者是工頻進(jìn)行預(yù)熱，中頻加熱，實(shí)現(xiàn)透熱式加熱的方法，確保工作層溫度在1000℃時(shí)進(jìn)行淬火作業(yè)。冷卻介質(zhì)為有機(jī)物水溶液，淬透工作層厚度為10mm。淬火后的芯棒硬度達(dá)到HRC55。
第六步，(二次)高溫回火。回火溫度控制在600℃，該步驟可在退火用的輥式爐子中完成，坯料可以一邊回火，一邊轉(zhuǎn)動(dòng)，回火后的芯棒硬度達(dá)到HRC40±2。
第七步，砂帶磨削。采用普通超長車，安裝砂帶磨附件的辦法來完成加工。加工后的表面粗糙度為Ra0.6。磨削后外徑尺寸控制在174.8±0.05mm。由于砂帶磨削是柔性加工，同樣可以允許輕微的彎曲存在。
第八步，鍍鉻。采用工件移動(dòng)式鍍鉻機(jī)床完成。鍍鉻厚度為單邊0.10mm，直徑0.20mm。鍍鉻之后的芯棒外徑達(dá)到用戶圖紙要求的175±0.05mm。
第九步，脫氫。采用退火所用的輥式爐子來完成。脫氫溫度控制在200℃范圍內(nèi)，時(shí)間為2小時(shí)。
如圖4所示，鑒于坯料1的彎曲度在技術(shù)要求的范圍內(nèi)，經(jīng)過粗/半精加工以后僅僅車削掉去除材料2，仍然允許加工后的半成品3保留一定的彎曲度進(jìn)入下道工序。
本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)了解，在不脫離本發(fā)明的精神或主要特征的前提下，本發(fā)明可以用其他特定的形式實(shí)施。這里所列舉的例子和實(shí)施例只是為了全面說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明，本發(fā)明不限于本文提供的詳細(xì)說明。
權(quán)利要求
1.一種鋼管連軋限動(dòng)芯棒的制造新工藝，包括如下步驟鍛造/軋制坯料→完全退火→熱矯直→粗/半精加工→淬火→(二次)高溫回火→砂帶磨削→鍍鉻→脫氫。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述粗/半精加工的步驟通過旋風(fēng)車床完成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于，所述淬火的步驟是采用雙頻淬火，利用低頻或工頻預(yù)熱、中頻加熱，溫度控制在980-1020℃之間。
4.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述完全退火的步驟在大型輥式爐中完成，溫度控制在700-900℃之間，保溫時(shí)間至少為10小時(shí)，溫升和溫降不大于80℃/小時(shí)，溫度降低至450-550℃的溫度范圍時(shí)出爐。
5.如權(quán)利要求4所述的工藝，其特征在于，退火出爐后的所述坯料的硬度在HRC30以下。
6.如權(quán)利要求5所述的工藝，其特征在于，所述熱矯直步驟通過輥式矯直機(jī)完成。
7.如權(quán)利要求4-6任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，所述(二次)高溫回火的步驟也在所述大型輥式爐子中完成，回火溫度控制在500-720℃之間。
8.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述砂帶磨削的步驟通過普通超長車安裝砂帶磨附件的方式來完成加工。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋼管連軋限動(dòng)芯棒的制造新工藝，其工藝步驟為鍛造/軋制坯料→完全退火→熱矯直→粗/半精加工→淬火→(二次)高溫回火→砂帶磨削→鍍鉻→脫氫。由于粗/半精加工步驟安排在完全退火和熱矯直之后，同時(shí)采用旋風(fēng)車進(jìn)行多刀切削，使芯棒的制作周期大大縮短，生產(chǎn)效率大幅度提升，坯料的收得率大大提高，降低了材料成本。
文檔編號B21B25/00GK1840286SQ20051002475
公開日2006年10月4日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者賴興濤, 樸承善 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司