本發(fā)明涉及冶金，具體而言，涉及一種熱軋無(wú)縫方管定方裝置和方管的制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著車(chē)輛、工程機(jī)械和港口機(jī)械等行業(yè)智能制造程度逐步地提高，因此大大地促進(jìn)了能顯著地提升焊接自動(dòng)化的方、矩形管的使用頻率，工程機(jī)械等行業(yè)的結(jié)構(gòu)用管逐步向高強(qiáng)度和異型化方向發(fā)展。

2、目前，國(guó)內(nèi)方矩形管基本采用冷拔或冷軋成型方式生產(chǎn)，冷拔方管是以熱軋毛管為原料，經(jīng)酸洗去除氧化皮后進(jìn)行定型冷拔。毛管外面使用外模控制外徑尺寸，里面使用異型芯?？刂票诤褚约皟?nèi)徑尺寸，而成品熱處理則采用淬火加噴水冷卻，并進(jìn)行相應(yīng)的回火工藝。冷變形方管不僅酸洗、磷化、皂化等工序會(huì)污染環(huán)境，而且冷變形會(huì)存在殘余應(yīng)力，其截面的自由扭轉(zhuǎn)剛度較低，在受彎時(shí)容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，受壓時(shí)容易出現(xiàn)彎扭屈曲，抗扭性能較差，同時(shí)由于連續(xù)冷變形引起的冷作硬化使方管的強(qiáng)度、硬度上升、韌塑指標(biāo)下降，因此沖擊性能將惡化。同時(shí)調(diào)質(zhì)工藝需要調(diào)質(zhì)熱處理及相關(guān)的矯直、運(yùn)輸工序，要增加熱處理工序和熱處理設(shè)備，增加了設(shè)備投入和能源消耗，并且熱處理過(guò)程中產(chǎn)生變形或淬火裂紋所造成的廢品。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種熱軋無(wú)縫方管定方裝置和方管的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中方管熱軋尺寸精度不高和方管力學(xué)性能有待提高的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種熱軋無(wú)縫方管定方裝置，包括：沿管材運(yùn)輸方向依次設(shè)置圓管軋輥機(jī)、方管軋輥機(jī)；方管軋輥機(jī)包括機(jī)架和三組軋輥部，每組軋輥部均設(shè)有一個(gè)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軋輥，各軋輥均設(shè)置在機(jī)架上；

3、沿管材運(yùn)輸方向，方管軋輥機(jī)依次包括第一方管軋輥機(jī)和第二方管軋輥機(jī)；第一方管軋輥機(jī)的三組軋輥部中的三個(gè)軋輥包括第一軋輥、第二軋輥和第三軋輥；第二方管軋輥機(jī)的三組軋輥部中的三個(gè)軋輥包括第四軋輥、第五軋輥和第六軋輥；

4、第一軋輥的軸線、第二軋輥的軸線和第三軋輥的軸線在同一平面內(nèi)相交為三角形；第一軋輥的軸線沿水平方向設(shè)置，第二軋輥的軸線和第三軋輥的軸線分別設(shè)置在第一軋輥的軸線的垂直線的兩側(cè)；

5、第一軋輥的軋槽、第二軋輥的軋槽和第三軋輥的軋槽拼合成一個(gè)方形孔i；方形孔i的各側(cè)壁均為弧形側(cè)壁；

6、其中，第一軋輥的軋槽構(gòu)成方形孔i的第一側(cè)壁i，第二軋輥的軋槽構(gòu)成方形孔i的第二側(cè)壁i和與其相鄰的方形孔i的第四側(cè)壁i的第一部分側(cè)壁，第三軋輥的軋槽構(gòu)成方形孔i的第三側(cè)壁i和與其相鄰的方形孔i的第四側(cè)壁i的第二部分側(cè)壁；第四側(cè)壁i的第一部分側(cè)壁和第四側(cè)壁i的第二部分側(cè)壁對(duì)接構(gòu)成方形孔i的完整的第四側(cè)壁i；

7、第四軋輥的軸線、第五軋輥的軸線和第六軋輥的軸線在同一平面內(nèi)相交為三角形；第四軋輥的軸線沿水平方向設(shè)置，第五軋輥的軸線和第六軋輥的軸線分別設(shè)置在第四軋輥的軸線的垂直線的兩側(cè)；

8、第四軋輥的軋槽、第五軋輥的軋槽和第六軋輥的軋槽拼合出一個(gè)方形孔ii；方形孔ii的各側(cè)壁均為弧形側(cè)壁；

9、其中，第四軋輥的軋槽構(gòu)成方形孔ii的第一側(cè)壁ii、第一側(cè)壁ii的一端和與其相鄰的方形孔ii的第二側(cè)壁ii之間的弧形壁i、第一側(cè)壁ii的另一端和與其相鄰的方形孔ii的第三側(cè)壁ii之間的弧形壁ii；第五軋輥的軋槽構(gòu)成方形孔ii的第二側(cè)壁ii和與其相鄰的方形孔ii的第四側(cè)壁ii的第一部分側(cè)壁；第六軋輥的軋槽構(gòu)成方形孔ii的第三側(cè)壁ii和與其相鄰的方形孔ii的第四側(cè)壁ii的第二部分側(cè)壁；第四側(cè)壁ii的第一部分側(cè)壁和第四側(cè)壁ii的第二部分側(cè)壁對(duì)接構(gòu)成方形孔ii的完整的第四側(cè)壁ii。

10、進(jìn)一步地，第二軋輥的軸線和第三軋輥的軸線沿第一軋輥的軸線的垂直平分線對(duì)稱(chēng)設(shè)置且各軋輥的軸線相交形成等邊三角形。

11、進(jìn)一步地，第五軋輥的軸線和第六軋輥的軸線沿第四軋輥的軸線的垂直平分線對(duì)稱(chēng)設(shè)置且各軋輥的軸線相交形成等邊三角形。

12、進(jìn)一步地，第四軋輥的軋槽構(gòu)成方形孔ii的第一側(cè)壁ii、與第一側(cè)壁ii的一端相鄰的第二側(cè)壁ii的第一部分側(cè)壁、與第一側(cè)壁ii的另一端相鄰的第三側(cè)壁ii的第一部分側(cè)壁；第五軋輥的軋槽構(gòu)成方形孔ii的第二側(cè)壁ii的第二部分側(cè)壁和與其相鄰的第四側(cè)壁ii的第一部分側(cè)壁；第二側(cè)壁ii的第一部分側(cè)壁和第二側(cè)壁ii的第二部分側(cè)壁對(duì)接構(gòu)成方形孔ii的完整的第二側(cè)壁ii；第六軋輥的軋槽構(gòu)成方形孔ii的第三側(cè)壁ii的第二部分側(cè)壁和與其相鄰的第四側(cè)壁ii的第二部分側(cè)壁；第三側(cè)壁ii的第一部分側(cè)壁和第三側(cè)壁ii的第二部分側(cè)壁對(duì)接構(gòu)成方形孔ii的完整的第三側(cè)壁ii；第四側(cè)壁ii的第一部分側(cè)壁和第四側(cè)壁ii的第二部分側(cè)壁對(duì)接構(gòu)成方形孔ii的完整的第四側(cè)壁ii。

13、進(jìn)一步地，沿方形孔i的邊長(zhǎng)方向，第四側(cè)壁i的第一部分側(cè)壁的長(zhǎng)度和第四側(cè)壁i的第二部分側(cè)壁的長(zhǎng)度相等。

14、進(jìn)一步地，沿方形孔ii的邊長(zhǎng)方向，第四側(cè)壁ii的第一部分側(cè)壁的長(zhǎng)度和第四側(cè)壁ii的第二部分側(cè)壁的長(zhǎng)度相等。

15、進(jìn)一步地，第一方管軋輥機(jī)和的曲率半徑小于第二方管軋輥機(jī)的曲率半徑。

16、進(jìn)一步地，第一方管軋輥機(jī)和第二方管軋輥機(jī)的孔型邊長(zhǎng)依次減小。

17、進(jìn)一步地，方管軋輥機(jī)的總壓下率小于等于35％；優(yōu)選為小于等于30％；進(jìn)一步優(yōu)選為20％～30％。

18、進(jìn)一步地，第一方管軋輥機(jī)的總壓下率為10％～20％。

19、進(jìn)一步地，第二方管軋輥機(jī)的總壓下率為4％～10％。

20、進(jìn)一步地，第一方管軋輥機(jī)的壓下率依次為1％～2％、4～7％、5％～11％。

21、進(jìn)一步地，第二方管軋輥機(jī)的壓下率依次為2％～4％、1％～2％。

22、進(jìn)一步地，圓管軋輥機(jī)的數(shù)量為1～3個(gè)，優(yōu)選為1～2個(gè)，進(jìn)一步優(yōu)選為2個(gè)。

23、進(jìn)一步地，第一方管軋輥機(jī)的數(shù)量為1～5個(gè)，優(yōu)選為2～3個(gè)，進(jìn)一步優(yōu)選為3個(gè)。

24、進(jìn)一步地，第二方管軋輥機(jī)的數(shù)量為1～3個(gè)，優(yōu)選為1～2個(gè)，進(jìn)一步優(yōu)選為2個(gè)。

25、進(jìn)一步地，沿管材輸送方向，第一方管軋輥機(jī)和第二方管軋輥機(jī)的曲率半徑依次增加。

26、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種非調(diào)質(zhì)熱軋無(wú)縫方管的制備方法，包括：

27、步驟s1：按各組分元素占比進(jìn)行配料、冶煉，得到坯料；

28、步驟s2：對(duì)坯料進(jìn)行加熱、穿孔，得到毛管；

29、步驟s3：對(duì)毛管進(jìn)行軋制，得到荒管；

30、步驟s4：對(duì)荒管定方，得到無(wú)縫方管；

31、其中，采用上述定方裝置對(duì)荒管定方，得到非調(diào)質(zhì)熱軋無(wú)縫方管。

32、進(jìn)一步地，步驟s4中，以0.5℃/s～3.5℃/s的冷卻速度將荒管冷卻至500℃～570℃，得到冷卻荒管；將冷卻荒管加熱到890℃～960℃，得到加熱后荒管；對(duì)加熱后荒管依次進(jìn)行圓管定徑、方管定徑，得到初始方管；以10℃/s～20℃/s的冷卻速度將初始方管冷卻至600℃～720℃，然后在空氣中自然冷卻，得到非調(diào)質(zhì)熱軋無(wú)縫方管。

33、進(jìn)一步地，對(duì)坯料進(jìn)行加熱的過(guò)程包括：依次對(duì)坯料進(jìn)行隨爐預(yù)熱、分段加熱和均熱，得到加熱坯料；分段加熱包括加熱i段、加熱ii段和加熱iii段；其中，加熱i段的溫度為830℃～990℃，加熱ii段的溫度為990℃～1130℃，加熱iii段的溫度為1130℃～1290℃。

34、進(jìn)一步地，均熱包括均熱i段和均熱ii段；其中，均熱i段的溫度為1200℃～1290℃，均熱ii段的溫度為1200～1290℃。

35、進(jìn)一步地，加熱坯料的溫度為1210℃～1280℃，坯料加熱的總時(shí)間≥2h。

36、進(jìn)一步地，穿孔的溫度為1130℃～1290℃。

37、進(jìn)一步地，穿孔采用錐形擴(kuò)徑穿孔。

38、進(jìn)一步地，軋制采用連軋機(jī)軋制。

39、進(jìn)一步地，毛管的外徑分別為ф165mm、ф243mm、ф285mm、ф345mm和ф415mm，壁厚為6～25mm，與毛管外徑依次對(duì)應(yīng)的連軋機(jī)的孔型直徑為ф125mm、ф193mm、ф235mm、ф295mm和ф335mm。

40、進(jìn)一步地，上述非調(diào)質(zhì)熱軋無(wú)縫方管其包括以下重量百分比的各組分元素：

41、c?0.10～0.25％，si?0.15～0.50％、mn?1.15～1.70％、v?0.05～0.15％、nb?0.01～0.06％、al0.015～0.06％、cr?0.10～0.50％、ni?0.10～0.30％、p≤0.020％、s≤0.010％、b≤0.00070％、n0.0060～0.020％，12.5％≤(nb+v+al):n≤13.5％，余量為fe及不可避免的雜質(zhì)。

42、進(jìn)一步地，cr的重量百分含量為0.2～0.3％。

43、進(jìn)一步地，nb、v、al、n滿足以下關(guān)系：12.8％≤(nb+v+al):n≤13.2％。

44、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，提供了一種熱軋無(wú)縫方管的定方裝置和方管的制備方法，該定方裝置中采用兩個(gè)不同方孔型的方管軋輥機(jī)聯(lián)合定方，荒管從圓管逐漸變形至方管的過(guò)程中利用兩個(gè)不同的方形孔，實(shí)現(xiàn)先定邊再定r角，可避免在采用一次定方結(jié)構(gòu)時(shí)r角處變形過(guò)大，金屬?gòu)膔角處被擠出而形成青線，同時(shí)由于本發(fā)明的r角為封閉型并非傳統(tǒng)工藝的拼接型，制備的無(wú)縫方管各部位的尺寸精度更高，尤其適合壁厚較厚或尺寸精度要求高的方管的生產(chǎn)，可顯著地提高方管各部位的尺寸精度、沖擊功韌性。同時(shí)本發(fā)明采用三輥定方機(jī)架可直接使用現(xiàn)有的圓管軋輥機(jī)架裝置，不需要對(duì)現(xiàn)有圓管定徑設(shè)備和機(jī)架做任何修改，僅需要對(duì)現(xiàn)有圓管軋輥進(jìn)行加工，滿足孔型設(shè)計(jì)的加工曲線要求，利用現(xiàn)有的軋輥機(jī)機(jī)架進(jìn)行裝配，可以方便地進(jìn)行圓管或方管生產(chǎn)的切換。本發(fā)明利用圓管減徑、圓變方過(guò)程的大變形，以及定徑后的快速冷卻工藝，促使奧氏體回復(fù)、再結(jié)晶以及細(xì)化奧氏體晶粒，大變形遺留的殘余應(yīng)力，并且v、nb、al的碳氮化物沿內(nèi)應(yīng)力等在奧氏體晶粒彌散析出，最終獲得強(qiáng)韌性非常優(yōu)異的非調(diào)質(zhì)方管。