專利名稱：一種周期軋管機鍛軋成形管模毛坯的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及管模制造技術領域，特別是一種周期軋管機鍛軋成形管模毛坯的方法。
背景技術：
目前，利用離心澆注技術生產球墨鑄鐵管具有生產節(jié)奏快和效率高的優(yōu)點，具有極其廣闊的發(fā)展前景。而管模是離心澆注機上澆鑄鐵管的大型關鍵部件，且使用環(huán)境極其惡劣。管模在高速旋轉狀態(tài)下，澆注中鐵水因離心作用而敷在管模內壁上，使管模內壁溫度急劇升高，而外表面通過循環(huán)水冷卻以降低溫度。由于管模長期承受交變熱應力、拉伸應力和扭轉應力等組合工況，故對管模質量要求極高，管模用管的常用牌號為21CrMolO。
管模常用的規(guī)格范圍為DN8(TDN1200，承口端外徑最大達到1569mm。根據不同的規(guī)格，其加工工藝和方法也不同1)對于規(guī)格小于DN 200的管模, 料米用實心鍛件,機加工采用深孔鉆孔、鏜孔的工藝方法；2)對于規(guī)格在DN 200 DN 500范圍內的管模，坯料用實心鍛件，采用套料、鏜孔的工藝方法，套出的芯料可以作為小一號規(guī)格管模的坯料，實現了二次利用；3)對于規(guī)格大于DN 500的管模，采用空心鍛件，在高效率深孔組合機床上加工，實現了一次裝夾、定位完成管模內孔、外圓等部位的通身加工，生產效率較高。對于規(guī)格為DN 200 DN 500小范圍內的管模，還有采用連鑄坯曼式穿孔周期軋管生產毛坯的管模制造工藝，該工藝發(fā)揮了連鑄坯具有的成材率高、成本低和能耗少的優(yōu)點，降低了管模的生產成本。但由于受連鑄坯規(guī)格的限制(最大外徑為800mm)，不能生產DN600及以上規(guī)格的管模毛坯(DN600管模毛坯大端外徑應不小于860mm);管模承口端僅通過曼式穿孔延伸(受曼式穿孔機減徑能力的限制，壓縮比為I. 4左右)，未經過周期軋管機軋制變形，連鑄坯疏松的內部結構不能得到改善，甚至會更加惡化；大口徑合金連鑄圓管坯中心不可避免存在疏松和縮孔，投料前需對管坯內孔進行粗鏜孔加工，以保證管模坯內表質量(管坯中心疏松和縮孔如不清除，經環(huán)形爐加熱氧化，曼式斜軋穿孔后內表會形成較深的裂紋，且后續(xù)工序無法焊合)?，F有管模制造工藝主要存在以下不足
(I)現有管模多采用實心或空心鍛件深孔加工方式制造，雖然在大管徑管模制造中采用了套料工藝以提高原材料利用率，材料損耗率一般在40%左右。(2)現有管模制造存在管模承口端不易成型，需要額外采用加厚、擴管等工藝來完成喇叭型管模承口端的制造，這就使得現有管模制造工藝存在工藝復雜、制造周期偏長等問題。(3)采用連鑄坯周期軋管生產管模毛坯，自然形成的皮爾格頭，即喇叭型管模承口端沒有經過周期鍛壓軋制成形，不能保證和其它部分一樣具有與鍛坯相近的壓縮比(軋制比)，不能保證管模該部分原材料的性能。而離心澆注時承口端與傳動皮帶聯接，帶動管模高速旋轉，使用工況最為惡劣，存在較大的安全隱患；大口徑連鑄圓管坯投料前，必需對管坯內孔進行粗鏜孔加工，增加了材料的損耗(約5%)和鏜孔加工成本；受連鑄坯規(guī)格的限制，還存在管模毛坯生產范圍窄的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術的上述不足，而提供一種周期軋管機鍛軋成形管模毛坯的方法，以解決現有技術中存在的生產工藝復雜、制造周期偏長、成材率低，產品規(guī)格覆蓋范圍不廣等不足。本發(fā)明的技術方案是一種周期軋管機鍛軋成形管模毛坯的方法，包括鋼錠冶煉、鋼錠復檢、環(huán)形爐加熱、水壓沖孔、大減徑穿孔、周期軋管、人工初檢、矯直、粗機加工、超聲波探傷、熱處理、理化檢驗、精加工、磁粉探傷、人工復檢、包裝入庫；周期軋管時，利用周期軋管機的軋輥對毛管進行鍛軋，保留自然形成的皮爾格頭，保證皮爾格頭有合理的加工余量，避免原材料的浪費，設計周期軋管機組Φ 390 Φ 1390mm大孔型，包括鍛軋段、精軋段、終軋段和空軋段的曲線方程，其中鍛軋段為包絡線、鍛軋段起始角為24° 26 °，鍛軋段夾角為85° 95 °，鍛軋段曲線展開長度范圍為600 900mm，保證皮爾格頭有合理的加工余量；控制軋棍轉速6 52rpm,風壓4. 5 6bar,喂入量40_90mm ;周期軋管末期保留 150 200mm長毛管,用于取橫向試樣和管模承口端的加工,用芯棒和軋棍將毛管的一端軋制成荒管，另一端自然形成皮爾格頭，從而形成管模毛坯。本發(fā)明由于采用特殊結構的鋼錠和大減徑工藝成形管模毛坯，能夠充分發(fā)揮鋼錠具有成本低、能耗少、成材率高等特點，可以有效結合水壓沖孔、錐形輥大減徑穿孔等技術，不僅能夠保證管模毛坯整體具有與鍛件相近的性能，同時又能夠充分利用軋制時本應該切除的皮爾格頭，大幅度提高原材料的利用率，管模制造成本降低了近40%，生產效率高，工藝簡單，制造周期短，在產品安全可靠性、變形工藝、壓縮比(特別是承口端)和管模規(guī)格覆蓋范圍方面有較大優(yōu)勢，基本實現了管模規(guī)格的全覆蓋。以下結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的詳細內容作進一步描述。


圖I為本發(fā)明使用的鋼錠的結構示意 圖2為圖I的左視 圖3為圖I的右視 圖4為鋼錠位于立式水壓沖孔機內模內沖孔開始時的示意 圖5為鋼錠位于立式水壓沖孔機內模內沖孔結束時的示意 圖6為本發(fā)明錐形輥斜軋大減徑穿孔過程中的瓶坯示意 圖7為本發(fā)明錐形輥斜軋大減徑穿孔結束后的毛管示意 圖8為本發(fā)明周期軋管機鍛軋開始時的毛管示意 圖9為本發(fā)明周期軋管機鍛軋過程中的荒管示意 圖10為本發(fā)明管模毛坯的結構示意 圖11為本發(fā)明管模的結構示意圖。
具體實施例方式實施例一一種周期軋管機鍛軋成形DN 300型管模毛坯的方法，包括鋼錠冶煉、鋼錠復檢、環(huán)形爐加熱、水壓沖孔、大減徑穿孔、周期軋管、人工初檢、矯直、粗機加工、超聲波探傷、熱處理、理化檢驗、精加工、磁粉探傷、人工復檢、包裝入庫；
鋼錠冶煉考慮到鑄管模特殊的工作環(huán)境，而鋼錠質量是基礎，鋼錠材料為21CrMolO,并嚴格控制磷、硫、氮、氫、氧的含量，其中磷含量小于O. 008%,硫含量小于O. 004%,氮含量小于IOOppm,氫含量小于2 ppm,氧含量小于35 ppm,鋼錠米用如下工藝進行生產高爐煉鐵、電爐煉鋼、LF爐精煉、鋼包扒渣、VD爐真空脫氣、喂絲處理、澆鑄鋼錠、檢查、切冒口、修磨；
鋼錠復檢在環(huán)形爐加熱之前復檢鋼錠的表面質量、幾何尺寸(如圖1-3所示),鋼錠本體I外周的棱2的外接圓直徑D為660mm，鋼錠外接圓直徑D較棱2的內切圓直徑d大40mm，即D=d+40 mm，棱2的數量為18邊，錐度范圍為2. 2 °，管模最小壓縮比u (軋制比)為2. 7(承口端)；
環(huán)形爐加熱采用環(huán)形爐將鋼錠加熱到水壓沖孔擠壓溫度1180°C，由于管模用管合金 元素多，且鋼錠規(guī)格巨大，加熱不當容易產生加熱缺陷，要采用適當的加熱溫度和加熱速度，生產中保證鋼錠入爐時，預熱一段不大于720 °C，加熱時間3小時；預熱二段溫度控制在810 830 °C，加熱時間I. 5小時；加熱一段溫度控制在900 920 °C，加熱時間I. 5小時；加熱二段溫度控制在103(Tl050 °C，加熱時間2小時；加熱三段溫度控制在113(Γ1150 V,加熱時間2小時；加熱四段溫度控制在125(Tl270 °C，加熱時間I. 5小時；均熱段溫度控制在124(Tl260 °C，加熱時間2小時；總加熱時間14小時；
水壓沖孔將鋼錠置于水壓沖孔機的內模3中，用沖頭4沖孔(如圖4-5所示)，得到外徑670mm、錐度為I. 5 °的瓶坯5，瓶坯5的金屬過充滿度3. 8°/Γ Ο% ；
大減徑穿孔將瓶坯5用錐形輥6和頂頭7斜軋大減徑穿孔得到毛管8 (如圖6-7所示)，總直徑壓下率為15. 1%，橢圓度為I. 05，碾軋角為一 3°，減徑率21%，減徑穿孔后毛管8外徑為530 mm,較管模承口端外徑(520 mm)大IOmm ；
周期軋管如圖8-10所示，利用周期軋管機的軋輥10對毛管8進行鍛軋，保留自然形成的皮爾格頭，保證皮爾格頭有合理的加工余量，避免原材料的浪費，設計周期軋管機組Φ390mm大孔型，包括鍛軋段、精軋段、終軋段和空軋段的曲線方程，其中鍛軋段為包絡線、鍛軋段起始角為25°，鍛軋段夾角為90°，鍛軋段曲線展開長度范圍為850mm，控制軋輥轉速48rpm,風壓5. Ibar,喂人量55mm,周期軋管末期保留180mm長毛管不軋,用于取橫向試樣和管模承口端的加工，用芯棒9和軋棍10將毛管8的一端軋制成荒管11，另一端自然形成皮爾格頭12，從而形成管模毛坯；
人工初檢對管1吳毛還的表面質量和尺寸精度進行檢驗；
矯直采用壓力矯直機對管模毛坯進行矯直，保證全長彎曲度不大于6mm ；
粗機加工對管模毛坯進行內外表面粗切削加工和在插口端內表堆焊臺階，使之符合DN300管模毛坯圖樣的要求；
超聲波探傷按GB/T 5777標準要求進行L2級手動超聲波探傷，確保管模毛坯內在質
量;
熱處理就管模毛坯進行調質處理，淬火溫度880°C、保溫時間60min，回火溫度620°C、保溫時間140min，得到高強韌性回火索氏體組織；理化檢驗為充分檢驗管模毛坯性能，在管模毛坯兩端各留70 120 mm余量做橫向力學性能測定，評估管模毛坯的綜合力學性能符合國際標準的要求；
精加工如圖11所示，對粗機加工的管模毛坯進行精磨和微量切削加工成管模，使管模尺寸符合用戶提供的產品圖樣，保證管模的內表面、承口端13和插口端14密封面的表面粗糙度Ra小于I. 6 um,管模其它表面的粗糙度Ra小于6. 3 um ;
磁粉探傷管模外表面經磁粉探傷后沒有裂紋；
人工復檢管模內表面沒有肉眼可見的裂紋、劃傷、壓痕、銹蝕等缺陷存在，管模外形尺寸符合用戶提供的DN300產品圖樣的要求；
包裝入庫管模經噴印和稱重后，包裝入庫。實施例二
一種周期軋管機鍛軋成形DN 600型管模毛坯的方法，包括鋼錠冶煉、鋼錠復檢、環(huán)形爐加熱、水壓沖孔、大減徑穿孔、周期軋管、人工初檢、矯直、粗機加工、超聲波探傷、熱處理、理化檢驗、精加工、磁粉探傷、人工復檢、包裝入庫；
鋼錠復檢時，鋼錠本體I外周的棱2的外接圓直徑D為970mm，鋼錠外接圓直徑D較棱2的內切圓直徑d大40臟，即D=d+40臟，棱2的數量為18邊，錐度范圍為L 8 °，管模最小壓縮比u (軋制比)為3. O (承口端)；
環(huán)形爐加熱時，采用環(huán)形爐將鋼錠加熱到水壓沖孔擠壓溫度1180°C，鋼錠入爐時，預熱一段不大于720 °C，加熱時間6小時；預熱二段溫度控制在81(T830 °C，加熱時間I. 8小時；加熱一段溫度控制在900 920 °C，加熱時間I. 8小時；加熱二段溫度控制在1030 1050°C，加熱時間2. 2小時；加熱三段溫度控制在113(Tll50 °C，加熱時間2. 2小時；加熱四段溫度控制在125(Γ1270 V，加熱時間2. 5小時；均熱段溫度控制在124(Tl260 V，加熱時間
3.5小時；總加熱時間20小時；
水壓沖孔時，將鋼錠置于水壓沖孔機的內模3中，用沖頭4沖孔(如圖4-5所示)，得到外徑980mm、錐度為O. 95 °的瓶坯5，瓶坯5的金屬過充滿度4. 39Γ10. 7% ；
大減徑穿孔時，將瓶坯5用錐形輥6和頂頭7斜軋大減徑穿孔得到毛管8(如圖6-7所示)，總直徑壓下率為14. 3%，橢圓度為I. 05，碾軋角為一 2°，減徑率12. 3%，減徑穿孔后毛管8外徑為860 mm,較管模承口端外徑(850 mm)大IOmm ；
周期軋管時，如圖8-10所示，利用周期軋管機的軋輥10對毛管8進行鍛軋，保留自然形成的皮爾格頭，保證皮爾格頭有合理的加工余量，避免原材料的浪費，設計周期軋管機組Φ740mm大孔型，包括鍛軋段、精軋段、終軋段和空軋段的曲線方程，其中鍛軋段為包絡線、鍛軋段起始角為25°，鍛軋段夾角為90°，鍛軋段曲線展開長度范圍為770mm，控制軋輥轉速25rpm,風壓5. 3bar,喂人量70mm,周期軋管末期保留180mm長毛管不軋,用于取橫向試樣和管模承口端的加工，用芯棒9和軋棍10將毛管8的一端軋制成荒管11，另一端自然形成皮爾格頭12，從而形成管模毛坯；
熱處理時，就管模毛坯進行調質處理，淬火溫度880°C、保溫時間70min，回火溫度620°C、保溫時間160min，得到高強韌性回火索氏體組織；
理化檢驗為充分檢驗管模毛坯性能，在管模毛坯兩端各留70 120 mm余量做橫向力學性能測定，評估管模毛坯的綜合力學性能符合國際標準的要求；
其余方法與實施例一相同。
實施例三
一種周期軋管機鍛軋成形DN1200型管模毛坯的方法，包括鋼錠冶煉、鋼錠復檢、環(huán)形爐加熱、水壓沖孔、大減徑穿孔、周期軋管、人工初檢、矯直、粗機加工、超聲波探傷、熱處理、理化檢驗合格、精加工、磁粉探傷、人工復檢、包裝入庫；
鋼錠復檢時，鋼錠本體I外周的棱2的外接圓直徑D為1650mm，鋼錠外接圓直徑D較棱2的內切圓直徑d大40臟，即D=d+40臟，棱2的數量為18邊，錐度范圍為L 9 °，管模最小壓縮比u (軋制比)為3. 3 (承口端)；
環(huán)形爐加熱時，采用環(huán)形爐將鋼錠加熱到水壓沖孔擠壓溫度1180°C，鋼錠入爐時，預熱一段不大于720 V，加熱時間12小時；預熱二段溫度控制在81(Γ830 V，加熱時間3小時；加熱一段溫度控制在900 920 °C，加熱時間3小時；加熱二段溫度控制在1030 1050 °C，力口熱時間3小時；加熱三段溫度控制在113(Tll50 °C，加熱時間3小時；加熱四段溫度控制在1250 1270 °C，加熱時間5小時；均熱段溫度控制在1240^1260 °C，加熱時間7小時；總加熱時間36小時；
水壓沖孔時，將鋼錠置于水壓沖孔機的內模3中，用沖頭4沖孔(如圖4-5所示)，得到外徑1670mm、錐度為I. 25 °的瓶坯5，瓶坯5的金屬過充滿度5. 69Γ8. 5% ；
大減徑穿孔時，將瓶坯5用錐形輥6和頂頭7斜軋大減徑穿孔得到毛管8(如圖6-7所示)，總直徑壓下率為10. 8%，橢圓度為I. 06，碾軋角為一 3°，減徑率5. 4%，減徑穿孔后毛管8外徑為1579 mm,較管模承口端外徑(1569 mm)大IOmm;
周期軋管時，如圖8-10所示，利用周期軋管機的軋輥10對毛管8進行鍛軋，保留自然形成的皮爾格頭，保證皮爾格頭有合理的加工余量，避免原材料的浪費，設計周期軋管機組Φ 1390mm大孔型，包括鍛軋段、精軋段、終軋段和空軋段的曲線方程，其中鍛軋段為包絡線、鍛軋段起始角為25°，鍛軋段夾角為90°，鍛軋段曲線展開長度范圍為370mm，控制軋輥轉速8rpm,風壓5. 5bar,喂人量80mm,周期軋管末期保留180mm長毛管不軋,用于取橫向試樣和管模承口端的加工，用芯棒9和軋棍10將毛管8的一端軋制成荒管11，另一端自然形成皮爾格頭12，從而形成管模毛坯；
熱處理時，就管模毛坯進行調質處理，淬火溫度880°C、保溫時間130min，回火溫度620°C、保溫時間300min，得到高強韌性回火索氏體組織；
理化檢驗為充分檢驗管模毛坯性能，在管模毛坯兩端各留70 120 mm余量做橫向力學性能測定，評估管模毛坯的綜合力學性能符合國際標準的要求；
其余方法與實施例一相同。本發(fā)明利用鋼錠大端制造管模較大較厚的承口端，避免了連鑄坯制造管模承口端壓縮比不足，以及管模承口端與管身由于變形量巨大差異導致的強韌性差異的問題。由于連鑄坯規(guī)格的限制，不能生產DN 600及以上規(guī)格的管模毛坯，而鋼錠不受規(guī)格限制。大口徑合金連鑄圓管坯中心不可避免存在疏松和縮孔，而鋼錠在澆鑄過程中可及時補縮，中心不存在疏松和縮孔等低倍組織缺陷，也不需要對管坯內孔進行粗鏜孔加工。本發(fā)明利用立式水壓沖孔機變形條件好和變形能力強的特點，水壓沖孔時鋼錠在三向壓應力的作用下發(fā)生變形，因此對鋼錠中心會起到壓實的效果，而原始的粗大的柱狀晶組織在沖孔后會得到“破碎”，所以，壓力沖孔工藝可以有效改善管坯的內部組織，降低后續(xù)大減徑穿孔工序的負荷，也為后續(xù)大減徑穿孔工序提供質量良好的沖孔瓶還。
本發(fā)明帶負碾軋角的錐形輥，實現59Γ21%大減徑率，保證未經過周期軋管機軋制變形的皮爾格頭(承口端)的軋制比在3左右(范圍2. 7^3. 3)。而曼式桶形輥穿孔機碾軋角為0，減徑率不超過5%，通常是采用等徑或微擴徑穿孔，對于生產外徑與坯料相當而壁厚在IOOmm左右的毛管，壓縮比僅在I. 4左右(以連鑄坯生產DN300為例，未經過周期軋管機軋制變形的皮爾格頭的壓縮比僅為I. 3，連鑄坯疏松的內部結構不能得到改善，甚至會更加惡化)，承口端在使用過程中存在較大的安全隱患。
本發(fā)明通過設計周期軋管機組Φ390 Φ 1390mm大孔型，來控制皮爾格頭的形狀，保證皮爾格頭有合理的加工余量，避免原材料的浪費。利用周期軋管機對毛管進行鍛車L，保留自然形成的皮爾格頭，省去了管模承口端喇叭口成型工藝，這不僅提高了原材料利用率且同時簡化了管模工藝流程，提高了生產效率，縮短了生產周期，節(jié)約了成本。
權利要求
1.一種周期軋管機鍛軋成形管模毛坯的方法，包括鋼錠冶煉、鋼錠復檢、環(huán)形爐加熱、水壓沖孔、大減徑穿孔、周期軋管、人工初檢、矯直、粗機加工、超聲波探傷、熱處理、理化檢驗合格、精加工、磁粉探傷、人工復檢、包裝入庫；其特征是周期軋管時，利用周期軋管機的軋輥對毛管進行鍛軋，保留自然形成的皮爾格頭，保證皮爾格頭有合理的加工余量，避免原材料的浪費，設計周期軋管機組Φ390 Φ1390πιπι大孔型，包括鍛軋段、精軋段、終軋段和空軋段的曲線方程，其中鍛軋段為包絡線、鍛軋段起始角為24° 26 °，鍛軋段夾角為85。 95 °，鍛軋段曲線展開長度范圍為600 900mm，保證皮爾格頭有合理的加工余量；控制軋輥轉速6 52rpm，風壓4. 5 6bar，喂入量40_90mm ;周期軋管末期保留150 200mm長毛管,用于取橫向試樣和管模承口端的加工,用芯棒和軋棍將毛管的一端軋制成荒管，另一端自然形成皮爾格頭，從而形成管模毛坯。
2.根據權利要求I所述的周期軋管機鍛軋成形管模毛坯的方法，其特征是周期軋管時，設計周期軋管機組O390mm大孔型，包括鍛軋段、精軋段、終軋段和空軋段的曲線方程，其中鍛軋段為包絡線、鍛軋段起始角為25°，鍛軋段夾角為90°，鍛軋段曲線展開長度范圍為850mm,控制軋棍轉速48rpm,風壓5. Ibar,喂入量55_。
3.根據權利要求I所述的周期軋管機鍛軋成形管模毛坯的方法，其特征是周期軋管時，設計周期軋管機組O740mm大孔型，包括鍛軋段、精軋段、終軋段和空軋段的曲線方程，其中鍛軋段為包絡線、鍛軋段起始角為25°，鍛軋段夾角為90°，鍛軋段曲線展開長度范圍為770mm，控制軋輥轉速25rpm，風壓5. 3bar，喂入量70mm。
4.根據權利要求I所述的周期軋管機鍛軋成形管模毛坯的方法，其特征是周期軋管時，設計周期軋管機組Φ 1390mm大孔型，包括鍛軋段、精軋段、終軋段和空軋段的曲線方程，其中鍛軋段為包絡線、鍛軋段起始角為25°，鍛軋段夾角為90°，鍛軋段曲線展開長度范圍為370mm,控制軋棍轉速8rpm,風壓5. 5bar,喂入量80mm。
全文摘要
一種周期軋管機鍛軋成形管模毛坯的方法，包括鋼錠冶煉、鋼錠復檢、環(huán)形爐加熱、水壓沖孔、大減徑穿孔、周期軋管、人工初檢、矯直、粗機加工、超聲波探傷、熱處理、理化檢驗合格、精加工、磁粉探傷、人工復檢、包裝入庫，瓶坯(5)用錐形輥(6)和頂頭(7)斜軋大減徑穿孔得到毛管8，用芯棒9和軋輥10將毛管8的一端軋制成荒管11，另一端自然形成皮爾格頭12，從而形成管模毛坯。本發(fā)明結合水壓沖孔、錐形輥大減徑穿孔等技術，不僅能夠保證管模毛坯整體具有與鍛件相近的性能，同時又能夠充分利用軋制時本應該切除的皮爾格頭，大幅度提高原材料的利用率，管模制造成本降低了近40%，生產效率高，基本實現了管模規(guī)格的全覆蓋。
文檔編號B21B37/00GK102962291SQ20121048587
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
發(fā)明者陳紹林, 李陽華, 肖松良, 龍功名, 鄧丕安, 冉旭, 張戟, 張敏 申請人:衡陽華菱鋼管有限公司