專利名稱：滲硼吐絲管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及用在軋機(jī)吐絲頭中以使熱軋產(chǎn)品形成螺旋環(huán)形結(jié)構(gòu)的吐絲管，并且更具體地涉及改進(jìn)所述管對(duì)由于接觸熱軋產(chǎn)品引起的摩擦磨損的抵抗。
背景技術(shù)：
在典型的線材軋機(jī)中，如在圖1中概略性示出的，坯料在爐10中被再加熱。將加熱的坯料從爐中取出并且通過(guò)粗軋機(jī)12、中間軋機(jī)14和精軋機(jī)16 (有時(shí)后面還有減徑/定徑機(jī)(未示出))來(lái)軋制。隨后，將完成的產(chǎn)品引導(dǎo)至吐絲頭18，所述產(chǎn)品在此形成為環(huán)20。將環(huán)放置在輸送器22上以運(yùn)送至再成形站24，所述產(chǎn)品在再成形站24集攏成盤卷。當(dāng)在輸送器上運(yùn)送時(shí)，所述環(huán)受到受控制的冷卻，所述冷卻設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)所選擇的冶金性能。如在圖2中概略性示出的，吐絲頭18包括中空的套管26，所述套筒包括彎曲的吐絲管28。由馬達(dá)32驅(qū)動(dòng)的斜齒輪組30用于以能夠圍繞軸線“A”旋轉(zhuǎn)的方式驅(qū)動(dòng)套筒和吐絲管。在過(guò)去的幾十年里，線材軋機(jī)的輸送速度得到顯著提高。例如，軋機(jī)現(xiàn)在具有以110米/秒或更高的速度軋制5.5mm的線材的能力。在這種速度下,熱軋產(chǎn)品將磨損效應(yīng)施加于吐絲管，使內(nèi)部管表面承受迅速的局部磨損，從而導(dǎo)致過(guò)早的管故障。此外，隨著吐絲管磨損，其將穩(wěn)固的環(huán)型式傳遞至輸送器22的能力變差。不穩(wěn)固的環(huán)型式妨礙了冷卻均勻性并且還引起再成形站24處的卷繞事故，通常稱作“彎斜”。需要頻繁且高耗費(fèi)的軋機(jī)停機(jī)以更換過(guò)早磨損的吐絲管并且處理與再成形站處的彎斜相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。本領(lǐng)域技術(shù)人員已在增加吐絲管的使用壽命方面進(jìn)行了不斷的嘗試。例如，如在美國(guó)專利N0.4，074, 553和N0.5，839，684中公開的，提出了在吐絲管內(nèi)襯有耐磨插入件。美國(guó)專利N0.6，098，909公開了一種不同的方法，其中取消了吐絲管以有利于在由被圓錐形外殼封閉的圓錐形插入件的外表面中的螺旋槽`限定的引導(dǎo)路徑，同時(shí)插入件在外殼內(nèi)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，以逐漸改變外殼的內(nèi)表面上的磨損圖紋。因?yàn)榉N種原因，這些方法都沒有證明是對(duì)過(guò)早的管磨損問(wèn)題的實(shí)用解決方案。也已進(jìn)行對(duì)內(nèi)部管表面滲碳的嘗試以增大硬度和耐磨性。然而，滲碳過(guò)程需要升高的處理溫度下的劇烈淬火，這會(huì)扭曲管的曲率。還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，滲碳層是相對(duì)易碎的并且在由于暴露于熱軋產(chǎn)品引起的升高溫度下回火。多年以來(lái)，普遍地認(rèn)為，具有減小的孔尺寸的吐絲管提供了多種顯著優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)將熱軋產(chǎn)品徑向限制在較小的空間內(nèi)，改進(jìn)了引導(dǎo)并且被傳輸至冷卻輸送器的環(huán)型式更加一致，使得可以以更高的速度進(jìn)行軋制。然而，可惜的是，這些優(yōu)點(diǎn)在很大程度上被顯著加速的管磨損抵消。因此，在過(guò)去，本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為，有必要通過(guò)使用較大孔的吐絲管以及以在軋機(jī)的額定設(shè)計(jì)速度以下的降低的速度進(jìn)行軋制而作出讓步。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是增大吐絲管對(duì)由于接觸熱軋產(chǎn)品引起的摩擦磨損的抵抗，從而增大所述管的使用壽命。本發(fā)明的附屬目的是使得可以減小吐絲管的孔尺寸，從而改進(jìn)產(chǎn)品引導(dǎo)和由孔尺寸減小帶來(lái)的環(huán)結(jié)構(gòu)的一致性。上述目的通過(guò)使吐絲管經(jīng)歷滲硼過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，在所述滲硼過(guò)程中，硼原子擴(kuò)散到被選擇的管表面中以提供一個(gè)或多個(gè)耐磨的滲硼層。


圖1是典型的軋機(jī)布局的概略圖；圖2概略地示出了軋機(jī)吐絲頭和相關(guān)的軋機(jī)部件；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的吐絲管的側(cè)視正視圖；圖4是沿著圖3的線4-4截取的放大比例的橫截面圖，示出了由吐絲管引導(dǎo)的產(chǎn)品，并且為了圖示的目的而放大了尺寸；以及圖5A和5B是沿著圖4的線5_5截取的本發(fā)明的替代性實(shí)施方式的局部截面圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D3和4，根據(jù)本發(fā)明的吐絲管28構(gòu)造成圍繞軸線A旋轉(zhuǎn)。管具有與軸線A對(duì)齊的進(jìn)入端28a以接收熱軋產(chǎn)品，其中彎曲段28b通向與軸線A徑向間隔開的輸出端28c。彎曲段限定引導(dǎo)路徑，所述引導(dǎo)路徑構(gòu)造成使產(chǎn)品形成為具有多個(gè)環(huán)的螺旋結(jié)構(gòu)(如在圖1和2中以20示出的)。如在圖4中示出的，吐絲管包括管狀的金屬壁34，具有內(nèi)表面層36，熱軋產(chǎn)品P靠著內(nèi)表面層36上被限制成沿著由管限定出的引導(dǎo)路徑移動(dòng)。管狀壁34的金屬可以變化并且例如包括黑色金屬、鎳基合金、鈦基合金和鈷基合金。管狀壁34具有在大約330-430努普(HK1J之間的硬度。內(nèi)表面層36包括耐磨的滲硼層，所述滲硼層具有在大約1600-2300努普(HKltltl)之間的增大的硬度。滲硼層36通過(guò)使內(nèi)部管表面經(jīng)受進(jìn)行熱化學(xué)處理而產(chǎn)生，在該熱化學(xué)處理中，硼原子擴(kuò)散到管狀金屬壁34的內(nèi)表面中。吐絲管28通過(guò)將直管加熱至大約840_1050°C之間的升高的溫度、隨后將管彎曲成吐絲管的期望形狀、并且隨后將這樣彎曲的管冷卻回到環(huán)境溫度而形成。滲硼層36可在彎曲過(guò)程之前或之后在內(nèi)部管表面上形成。滲硼層36的增大的硬度顯著地增強(qiáng)了對(duì)由于接觸穿過(guò)吐絲管的熱軋產(chǎn)品所引起的摩擦磨損的抵抗。公認(rèn)地，并且如例如在美國(guó)專利N0.3，673，005 (Kunst)、N0.4，389，439 (Clark 等人)和N0.5，455，068 (Aves等人)中公開的，至少?gòu)?970年代早期開始滲硼就是已知的了。但是，在本發(fā)明之前，盡管在過(guò)去的幾十年中存在對(duì)軋機(jī)工業(yè)造成困擾的所有與磨損相關(guān)的問(wèn)題，但沒有人想到將該過(guò)程用于改進(jìn)軋機(jī)吐絲管的耐磨性。滲硼層36的增大的硬度及其對(duì)摩擦磨損的增大的抵抗允許本領(lǐng)域技術(shù)人員顯著地減小吐絲管的孔尺寸，在速度有利地增加時(shí)伴隨著改進(jìn)的引導(dǎo)和環(huán)結(jié)構(gòu)。因此，如在圖4中示出的，通過(guò)對(duì)內(nèi)部管表面進(jìn)行滲硼，具有大約為20mm的內(nèi)徑Di的吐絲管能夠用來(lái)卷繞具有在4-12_的范圍內(nèi)的直徑％的產(chǎn)品。這與迄今為止的傳統(tǒng)實(shí)踐形成對(duì)比，在傳統(tǒng)實(shí)踐中，將具有大約34mm的內(nèi)徑的吐絲管用來(lái)卷繞相同尺寸范圍的產(chǎn)品。
增大的耐磨性和管的較長(zhǎng)使用壽命能夠通過(guò)增加吐絲管構(gòu)造中的滲硼層的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，如在圖5A中示出的，能夠?qū)⒏郊訉?6a增設(shè)于管壁34的外表面。另外，如在圖5B中示出的，在管狀壁34延伸穿過(guò)第二管狀壁34’并且被包封在第二管狀壁34’中的構(gòu)造中，附加的滲硼層可在36b處增設(shè)于第二管狀壁34’的內(nèi)表面以及在36c處增設(shè)于第二管狀壁34’的外表面。
權(quán)利要求
1.一種用于在軋機(jī)的吐絲頭中使用的吐絲管，所述吐絲管構(gòu)造成圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，所述吐絲管具有與所述軸線對(duì)齊以接收由所述軋機(jī)生產(chǎn)的熱軋產(chǎn)品的進(jìn)入端并且具有通向與所述軸線徑向間隔開的輸出端的彎曲段，所述彎曲段限定引導(dǎo)路徑，所述引導(dǎo)路徑構(gòu)造成使從所述輸出端離開的熱軋產(chǎn)品形成為具有多個(gè)環(huán)的螺旋結(jié)構(gòu)，所述吐絲管包括具有外表面和內(nèi)表面的管狀金屬壁，所述熱軋產(chǎn)品靠在所述內(nèi)表面上被限制成沿著所述引導(dǎo)路徑移動(dòng)，所述表面中的至少一個(gè)包括耐磨的滲硼層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吐絲管，其中，兩個(gè)所述表面都包括耐磨的滲硼層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吐絲管，其中，所述滲硼層通過(guò)熱化學(xué)處理產(chǎn)生，在所述熱化學(xué)處理中，硼原子擴(kuò)散到所述表面中的至少一個(gè)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吐絲管，其中，所述管狀金屬壁的硬度在大約330至430努普(HKltltl)之間，并且其中所述滲硼層具有在大約1600至2300努普(HKltltl)之間的增大的硬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吐絲管，其中，所述管狀壁的金屬?gòu)挠珊谏饘?、鎳基合金、鈦基合金和鈷基合金?gòu)成的組中選擇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的吐絲管，還包括圍繞所述第一管狀金屬壁的第二管狀金屬壁，在所述第二管狀金屬壁的內(nèi)表面和外表面中的至少一個(gè)上具有附加的滲硼層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的吐絲管，其中，所述第二管狀金屬壁的內(nèi)表面和外表面都包括耐磨的滲硼層。
8.一種用于在軋機(jī)的吐絲頭中使用的吐絲管，所述吐絲管構(gòu)造成圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，所述吐絲管具有與所述軸線對(duì)齊以接收由所述軋機(jī)生產(chǎn)的熱軋產(chǎn)品的進(jìn)入端并且具有通向與所述軸線徑向間隔開的輸出端的彎曲段，所述彎曲段限定引導(dǎo)路徑，所述引導(dǎo)路徑構(gòu)造成使從所述輸出端離開的熱軋產(chǎn)品形成為具有多個(gè)環(huán)的螺旋結(jié)構(gòu)，所述吐絲管包括具有外表面和內(nèi)表面的管狀金屬壁，所述熱軋產(chǎn)品靠在所述內(nèi)表面上被限制成沿著所述引導(dǎo)路徑移動(dòng)，所述表面中的至少一個(gè)包括耐磨的滲硼層， 其中，所述管狀金屬壁的硬度在大約330至430努普(HK1J之間，其中所述滲硼層具有在大約1600至2300努普(HKltltl)之間的增大的硬度，并且其中所述滲硼層通過(guò)熱化學(xué)處理產(chǎn)生，在所述熱化學(xué)處理中，硼原子擴(kuò)散到所述表面中的所述至少一個(gè)中。
9.一種用于在軋機(jī)的吐絲頭中使用的吐絲管，所述吐絲管構(gòu)造成圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，所述吐絲管具有與所述軸線對(duì)齊以接收由所述軋機(jī)生產(chǎn)的熱軋產(chǎn)品的進(jìn)入端并且具有通向與所述軸線徑向間隔開的輸出端的彎曲段，所述彎曲段限定引導(dǎo)路徑，所述引導(dǎo)路徑構(gòu)造成使從所述輸出端離開的熱軋產(chǎn)品形成為具有多個(gè)環(huán)的螺旋結(jié)構(gòu)，所述吐絲管包括具有外表面和內(nèi)表面的管狀金屬壁，所述熱軋產(chǎn)品靠在所述內(nèi)表面上被限制成沿著所述引導(dǎo)路徑移動(dòng)，所述表面中的至少一個(gè)包括耐磨的滲硼層，其中，所述管狀壁的金屬?gòu)挠珊谏饘?、鎳基合金、鈦基合金和鈷基合金?gòu)成的組中選擇，其中，所述管狀金屬壁的硬度在大約330至430努普(HK1J之間，并且其中所述滲硼層具有在大約1600至2300努普(HK1J之間的增大的硬度。
10.一種用于增大管狀金屬吐絲管對(duì)穿過(guò)其中的熱軋產(chǎn)品的耐磨性的方法，所述方法包括在所述管的內(nèi)表面和外表面中的至少一個(gè)上形成耐磨的滲硼層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法， 其中，在所述管的內(nèi)表面和外表面上都形成有耐磨的滲硼層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述管的金屬?gòu)挠珊谏饘?、鎳基合金、鈦基合金和鈷基合金?gòu)成的組中選擇。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述滲硼層通過(guò)熱化學(xué)處理產(chǎn)生，在所述熱化學(xué)處理中，硼原子擴(kuò)散到所述表面中的所述至少一個(gè)中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述管的硬度在大約330至430努普(HK1J之間，并且其中所述滲硼層具有在大約1600至2300努普(HKltltl)之間的增大的硬度。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述吐絲管通過(guò)彎曲過(guò)程而成形，所述彎曲過(guò)程包括將直管加熱至大約840°C至1050°C的升高的溫度、將由此加熱的管彎曲成具有位于軸線上的進(jìn)入端和從所述進(jìn)入端通向與所述軸線間隔開的輸出端的彎曲段的構(gòu)造、以及將由此加熱并彎曲的管冷卻至環(huán)境溫度，所述吐絲管的表面中的至少一個(gè)由滲硼層限定。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，在所述彎曲過(guò)程之前，在所述管的所述表面中的至少一個(gè)上形成所述滲硼層。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，在所述彎曲過(guò)程之后，在所述管的所述表面中的至少一個(gè)上形成所述滲硼層。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，將所述吐絲管制造成封閉在外部管狀金屬壁內(nèi)的內(nèi)部管狀金屬壁的組件，并且其中，所述內(nèi)部管狀金屬壁和所述外部管狀金屬壁的內(nèi)表面和外表面中的至少一個(gè) 包括耐磨的滲硼層。
全文摘要
一種用于在軋機(jī)的吐絲頭中使用的吐絲管(28)，所述吐絲管(28)構(gòu)造成圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，所述吐絲管(28)具有與所述軸線對(duì)齊以接收熱軋產(chǎn)品(P)的進(jìn)入端并且具有通向與所述軸線徑向間隔開的輸出端的彎曲段。所述彎曲段限定引導(dǎo)路徑，所述引導(dǎo)路徑構(gòu)造成使所述熱軋產(chǎn)品(P)形成為具有多個(gè)環(huán)的螺旋結(jié)構(gòu)。所述吐絲管(28)包括具有外表面和內(nèi)表面的管狀金屬壁(34)，所述熱軋產(chǎn)品(P)靠在所述內(nèi)表面上被限制成沿著所述引導(dǎo)路徑移動(dòng)。所述管狀金屬壁(34)的內(nèi)表面和外表面中的至少一個(gè)包括耐磨的滲硼層(36)。
文檔編號(hào)C23C8/70GK103153496SQ201180048006
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月4日
發(fā)明者基思·菲奧魯奇, 克里斯多夫·拉舒亞 申請(qǐng)人:西門子工業(yè)公司