專利名稱：一種采用連鑄坯周期鍛軋毛坯的管模制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于管模制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種采用連鑄坯周期鍛軋毛坯的管模制造工藝。
背景技術(shù)：
目前，冷模法離心鑄管技術(shù)已經(jīng)非常成熟，加之它生產(chǎn)節(jié)奏快，效率高，基本上所有的中、小規(guī)格球模鑄管均采用此項(xiàng)技術(shù)。而利用離心澆注法生產(chǎn)球模鑄管中，最關(guān)鍵的部件就是離心球墨鑄鐵管管模。離心球墨鑄鐵管管模(原料牌號(hào)為21CrMolO)，是用于澆鑄球墨鑄鐵管的模具，是在離心鑄管機(jī)上生產(chǎn)球墨鑄鐵管的大型熱工工裝。生產(chǎn)中，管模始終處于惡劣工況下，即在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，外表面為冷卻水，內(nèi)表面與1350 1400°C的高溫鐵水接觸，長(zhǎng)期承受交變熱應(yīng)力、拉伸應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力組合工況，故對(duì)原材料的要求極其苛刻。目前，行業(yè)普遍采用對(duì)模鑄坯進(jìn)行深孔加工工藝制造管模，由于鍛造坯的成品率低，原材料損失大(約30% )且存在后續(xù)機(jī)加工工藝材料損耗、機(jī)加工成本高等問(wèn)題，由此導(dǎo)致管模了成本居高不下。這使得鑄管企業(yè)在成本核算時(shí)，要求對(duì)DN450以上管模的使用次數(shù)必須達(dá)到3000次以上才報(bào)廢，而當(dāng)使用次數(shù)達(dá)到1700次左右以后，管模由于熱疲勞表面將產(chǎn)生大量點(diǎn)蝕或裂紋，使鑄管和管模表面需大量修磨才能滿足使用要求。這樣，在現(xiàn)有技術(shù)和工藝水平下，由于管模高成本導(dǎo)致鑄管企業(yè)實(shí)際運(yùn)營(yíng)成本大幅增加。因而如何提高管模的性價(jià)比(壽命高，成本低)將對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有至關(guān)重要的影響?，F(xiàn)有管模制造工藝針對(duì)管模的較高的使用要求，制訂了嚴(yán)格的工藝流程，包括以下步驟1)冶煉模鑄坯；2)鍛造；3)粗車；4)探傷；5)粗加工；6)調(diào)質(zhì)；7)檢驗(yàn)；8)半精加工；9)振動(dòng)時(shí)效；10)精加工；11)檢驗(yàn)；12)入庫(kù)。通常，根據(jù)不同的管模規(guī)格，需采取不同的加工工藝和方法1)對(duì)于規(guī)格小于 DN150mm的管模，坯料采用實(shí)心鍛件，機(jī)加工采用深孔鉆孔、鏜孔的工藝方法；2)對(duì)于規(guī)格在DW50 DN500mm范圍內(nèi)的管模，坯料用實(shí)心鍛件，采用套料、鏜孔的工藝方法，并根據(jù)實(shí)際情況制作了各類規(guī)格的套料頭。套出的芯料可作為小一種規(guī)格管模的坯料，實(shí)現(xiàn)了二次利用；3)對(duì)于規(guī)格大于DN600mm的管模，采用空心鍛件，在高效率深孔組合機(jī)床上加工，實(shí)現(xiàn)了一次裝夾、定位完成管模內(nèi)孔、外圓等部位的通身加工，確保了管模同軸度的要求，并且提高了生產(chǎn)效率?，F(xiàn)有管模制造工藝主要存在以下不足(1)現(xiàn)有管模制造多采用模鑄坯，不僅工藝成本高、工藝復(fù)雜，且模鑄坯材料利用率低，材料耗損率一般在30 40%，這使得管模制造成本大幅提高。(2)現(xiàn)有管模制造采用深孔加工工藝，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，但總體而言，仍然存在很大的機(jī)加工耗損量，一般由于現(xiàn)有深孔加工工藝導(dǎo)致的原材料耗損率在5% 10%。(3)現(xiàn)有管模制造存在管模承口端不易成型，需要額外采用敦粗、擴(kuò)管等工藝來(lái)完成管模喇叭型承口端的制造，這就使得現(xiàn)有管模制造工藝存在工藝復(fù)雜，制造周期長(zhǎng)管等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種采用連鑄坯周期鍛軋毛坯的管模制造工藝，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)周期短，原材料利用率高，綜合運(yùn)營(yíng)成本低。本發(fā)明采用連鑄坯替代傳統(tǒng)工藝采用的模鑄坯，充分發(fā)揮連鑄坯具有成材率高、 成本低、能耗少、組織性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，從工藝和原材料兩方面降低成本；另外，有效結(jié)合皮爾格軋機(jī)鍛軋和典型T型管模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不僅保證了該工藝下周期鍛壓軋制后的管模毛坯具有與傳統(tǒng)模鍛坯相近的性能，同時(shí)又充分利用了軋制時(shí)本來(lái)應(yīng)該切除的皮爾格頭，大幅提高軋制的成品率。該工藝縮短了管模的生產(chǎn)周期，大幅度提高了原材料的利用率，管模制造成本較現(xiàn)有工藝降低了 30%左右。本發(fā)明的工藝步驟包括高爐冶煉連鑄坯、復(fù)檢、下料、環(huán)形爐加熱、曼式穿孔、周期軋管、矯直、磁粉探傷、切頭尾、粗加工、鏜孔、超探傷、熱處理、取樣復(fù)檢、精加工、表面強(qiáng)化處理、檢驗(yàn)、噴印、稱重、入庫(kù)；其特征在于，在工藝中控制如下技術(shù)參數(shù)管坯來(lái)源于連鑄坯；采用環(huán)形爐對(duì)管坯加熱到穿孔擠壓溫度830 870°C ；管坯用曼乃斯曼斜軋穿孔機(jī)穿孔；周期軋管采用皮爾格軋機(jī)對(duì)管坯周期鍛軋，保留軋制端部自然形成的皮爾格頭；熱處理采用淬火加回火工藝淬火制度管坯加熱至600 650°C，保溫1 1. 5小時(shí)，再加熱至900 950°C， 保溫4 5小時(shí)，空冷3分鐘，再水冷14 15分鐘，最后油冷28 32分鐘；回火制度管坯加熱至300 350°C，保溫0. 5 1小時(shí)，繼續(xù)加熱至550 600°C， 保溫9 10小時(shí)，再空冷；最終得到同時(shí)具備高強(qiáng)度、高塑性、高韌性的回火索氏體組織
對(duì)管模內(nèi)表面采用熱化或電化的方法，對(duì)管模內(nèi)表面進(jìn)行滲金屬或電鍍金屬、滲非金屬元素方式來(lái)提高管模內(nèi)表面的強(qiáng)度、硬度、以及耐磨性，以保證管模在高溫工作環(huán)境下能具備足夠抗氧化性能以及抗冷熱疲勞性能。本發(fā)明的的創(chuàng)新點(diǎn)如下(1)管模毛坯上采用大口徑的連鑄坯替代現(xiàn)有的模鑄坯，鑒于連鑄圓坯具有成材率高、成本低、能耗少、組織性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，不僅大幅提高了原材料利用率(連鑄坯材料利用率為95% 97% )，而且做到了從工藝和原材料兩方面雙重節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。(2)利用曼乃斯曼穿孔機(jī)穿孔對(duì)心性好，毛管壁厚較均勻的特點(diǎn)，對(duì)管坯采用曼式穿孔工藝替代現(xiàn)有的深孔加工工藝，在保證管坯內(nèi)孔質(zhì)量的同時(shí)能縮短生產(chǎn)周期，進(jìn)一步降低了原材料損耗，節(jié)約了成本。(3)利用皮爾格軋機(jī)對(duì)管坯進(jìn)行周期鍛軋，保留自然形成的皮爾格頭，由此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的且同時(shí)簡(jiǎn)化了管模工藝流程， 提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)約了成本。(4)對(duì)管模內(nèi)表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，強(qiáng)化處理后的管模不僅具有高硬度、高耐磨性外，而且由于其滲層致密(無(wú)疏松)，提高了管模在高溫工作環(huán)境下的抗氧化性能以及抗冷熱疲勞性能。與現(xiàn)有的管模制造工藝相比，本發(fā)明在管模坯上采用大直徑的連鑄坯替代現(xiàn)有的模鑄坯，大幅提高原材料的利用率；連鑄坯內(nèi)孔采用曼氏穿孔機(jī)穿孔的方式替代現(xiàn)有的機(jī)加工工藝，進(jìn)一步提高材料利用率；軋制工藝上，利用皮爾格軋機(jī)對(duì)管模坯進(jìn)行周期鍛軋時(shí)可以自然形成皮爾格頭，即通稱的喇叭口的特點(diǎn)，對(duì)毛管模坯進(jìn)行周期鍛壓軋制成形，確保毛坯具有鍛坯相近的壓縮比，確保管模原材料的性能；最后，鑒于管模工作條件惡劣(尤以直接接觸高溫鐵水的內(nèi)表面為甚)，對(duì)管模內(nèi)表面進(jìn)行強(qiáng)化處理以達(dá)到提高管模使用壽命、 綜合性能的目的。


圖1是本發(fā)明中曼乃斯曼穿孔工作運(yùn)動(dòng)示意圖。圖2是圖1的A-A向視圖。其中，導(dǎo)板5。圖3是圖1的俯視圖。其中，桶形軋輥1、頂頭2、頂桿3、管坯4。圖4是本發(fā)明中皮爾格軋管機(jī)工作過(guò)程示意圖。其中，管坯4、軋輥6、芯棒7。圖5是本發(fā)明中2-2-2-1型可調(diào)中心距七斜輥矯直機(jī)工作過(guò)程示意圖。管坯4、矯直輥8。圖6是本發(fā)明中進(jìn)行矯直后的半成品管模示意圖。其中，皮爾格頭9、毛坯外表面 10、內(nèi)表面11。圖7是本發(fā)明中淬火加回火熱處理工藝曲線示意圖。圖8是本發(fā)明的管模成品示意圖。其中，管模內(nèi)通孔12、承口端13、插口端14、拔模斜度15。圖9是圖8的俯視圖。其中，管模外圓滾道16。
具體實(shí)施例方式1、高爐冶煉連鑄坯，考慮到鑄管模特殊的工作環(huán)境，在管模實(shí)際生產(chǎn)中要求也相應(yīng)較高。故在管坯生產(chǎn)工藝上應(yīng)嚴(yán)格控制磷、硫的含量，鑒于此，連鑄坯采用如下工藝進(jìn)行生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼、LF精煉、鋼包扒渣、VD精煉、喂絲處理、連鑄圓鋼坯、檢查、修磨；2、復(fù)檢，在對(duì)管坯進(jìn)行穿孔、軋制之前，復(fù)檢管坯的表面質(zhì)量、幾何尺寸、重量和鋼號(hào)(外購(gòu)管坯)；3、下料，由于連鑄管坯一般較長(zhǎng)，故需要下料，即將長(zhǎng)管坯剪、鋸、車、折或氧割成軋制工藝要求的長(zhǎng)度；4、環(huán)形爐加熱，在對(duì)管坯穿孔之前，要對(duì)其進(jìn)行加熱處理，加熱到管坯擠壓溫度 850 0C ；5、曼式穿孔，加熱后的管坯用曼乃斯曼穿孔機(jī)進(jìn)行穿孔；6、周期軋管，利用皮爾格軋機(jī)對(duì)管坯周期鍛軋，并保留軋制端部的皮爾格頭；7、矯直，在斜輥矯直機(jī)上對(duì)管坯矯直，保證管坯全長(zhǎng)彎曲度不大于8mm ；8、磁粉探傷，對(duì)管坯進(jìn)行磁粉檢測(cè)，確保其表面及近表面符合質(zhì)量要求；9、切頭尾，用排管鋸對(duì)管坯在軋制中產(chǎn)生的頭、尾以及幾何尺寸、形狀和表面等存在缺陷的部位進(jìn)行切除或?qū)⒔?jīng)探傷確定為廢品的管段去掉；
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10、粗加工，在粗加工時(shí)應(yīng)快速切除管坯余量；11、鏜孔，對(duì)管坯內(nèi)孔進(jìn)行粗鏜孔，達(dá)到擴(kuò)大孔徑、提高精度、減小表面粗糙度、糾正孔軸線的偏斜等目的；12、超探傷，管坯進(jìn)行粗切削、鏜孔去外層氧化皮后，按國(guó)標(biāo)GB/T6402做超聲波無(wú)損探傷，確保管坯內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織質(zhì)量合格；13、熱處理，對(duì)管坯采用淬火加回火熱處理工藝。其中，淬火制度采用1)管坯加熱至630°C，保溫1. 3小時(shí)；幻再加熱至930°C，保溫4. 5小時(shí)；3)空冷3分鐘，再水冷5分鐘，最后油冷30分鐘?；鼗鹬贫炔捎?)管坯加熱至325°C，保溫0. 8小時(shí)；2)繼續(xù)加熱至575°C，保溫 9. 5小時(shí)，再空冷。最終得到同時(shí)具備高強(qiáng)度、高塑性、高韌性的回火索氏體組織；14、取樣復(fù)檢，為充分檢驗(yàn)管模性能，在管模坯兩端各留150 200mm余量做力學(xué)性能測(cè)定，從預(yù)留取樣評(píng)估管坯綜合力學(xué)性能。1)按國(guó)標(biāo)GB/T 228-2002對(duì)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)定其抗拉強(qiáng)度Rm，確保Rm ^ 750MPa ；屈服強(qiáng)度Re，確保Re ^ 650MPa ；斷面伸長(zhǎng)率 A，確保A彡16%;斷面收縮率Z，確保Z彡60%。2)按國(guó)標(biāo)GB/T 231對(duì)試樣進(jìn)行硬度試驗(yàn)，
確保其硬度介于235 ^5HB。3)對(duì)試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，確保試樣沖擊吸收功Ak彡90J/
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cm ；15、精加工，通過(guò)對(duì)管坯進(jìn)行精磨、微量切削，使鑄管模內(nèi)表面和外圓滾道的表面粗糙度Ra及承口端和插口端密封面的表面粗糙度Ra < 1. 6 μ m，其余表面的表面粗糙度 Ra < 6. 3 μ m ；16、表面強(qiáng)化處理，對(duì)管模內(nèi)表面采用熱化或電化的方法，對(duì)管模內(nèi)表面進(jìn)行滲金屬或電鍍金屬、滲非金屬元素等方式來(lái)提高管模內(nèi)表面的強(qiáng)度、硬度、以及耐磨性，以保證管模在高溫工作環(huán)境下能具備足夠抗氧化性能以及抗冷熱疲勞性能，最終大幅提高管模使用壽命；17、人工檢驗(yàn)，1)測(cè)管模壁厚差，即管模各截面上的最大平均壁厚與最小平均壁厚的差值，確保其值< 0. 3mm。2)測(cè)管模通孔拔模斜度，確保斜度方向一致，不應(yīng)有倒斜度。3) 測(cè)管模內(nèi)表面和外圓滾道同軸度，確保其值<0. 2mm。4)尺寸檢測(cè)，即鑄管模外形尺寸應(yīng)符合用戶提供的產(chǎn)品圖樣；步驟18:噴印、稱重；步驟19 入庫(kù)。如圖1 3所示，實(shí)心管坯經(jīng)檢查并清除表面缺陷，截成所需長(zhǎng)度，在管坯穿孔端端面上定心，然后送往加熱爐加熱，在穿孔機(jī)上穿孔。在穿孔同時(shí)不斷旋轉(zhuǎn)和前進(jìn)，在軋輥和頂頭的作用下，管坯內(nèi)部逐漸形成空腔，稱毛管。曼式穿孔機(jī)的桶形軋輥1左右布置，導(dǎo)板5上下布置固定不動(dòng)。穿孔機(jī)桶形軋輥1向同一方向旋轉(zhuǎn)，桶形軋輥1軸線相對(duì)于軋制線傾斜，管坯4進(jìn)入桶形軋輥1后，一方面被金屬與桶形軋輥1之間的摩擦力帶動(dòng)，作反軋輥旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)由于桶形軋輥1軸線對(duì)管坯4軸線(軋制軸線)有一傾角(前進(jìn)角)，管坯又沿軸向移動(dòng)，故曼式穿孔過(guò)程中管坯4呈螺旋運(yùn)動(dòng)。管坯4在穿孔同時(shí)不斷旋轉(zhuǎn)和前進(jìn)，在桶形軋輥1和頂頭2以及頂桿3的作用下，管坯內(nèi)部逐漸形成空腔。鑒于曼式穿孔機(jī)的穿孔特點(diǎn)，可以使管坯穿孔后獲得較均勻的壁厚。如圖4所示，皮爾格軋機(jī)工作過(guò)程由送進(jìn)坯料階段A(圖上所示箭頭為坯料送進(jìn)方向)、咬入階段B、軋制階段C(圖上所示箭頭為毛管運(yùn)行方向)三個(gè)階段組成。皮爾格軋機(jī)的基本特點(diǎn)是鍛軋，軋輥6旋轉(zhuǎn)方向與坯料送進(jìn)方向相反，軋輥孔型沿圓周為變斷面，軋制時(shí)坯料反送進(jìn)方向運(yùn)行。軋制時(shí)，首先由軋輥錘頭對(duì)毛管進(jìn)行鍛造變形，然后進(jìn)行軋制和擠壓變形，整個(gè)過(guò)程變形區(qū)金屬始終處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于抑制裂紋。當(dāng)軋輥6軋制一周時(shí)，管坯4被再次送進(jìn)，同時(shí)被翻轉(zhuǎn)90°，如此往復(fù)。其中此過(guò)程中的送料由做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的芯棒7送進(jìn)機(jī)構(gòu)完成。如圖5所示，2-2-2-1型可調(diào)中心距七斜輥矯直機(jī)主要工作部件為矯直輥8。斜輥矯直機(jī)由于采用矯直輥8傾斜布置，矯直過(guò)程中管坯4做螺旋前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，可使管坯在矯直輥 8間進(jìn)行多次反復(fù)彎曲，矯直效果好。另外，矯直輥8上下可調(diào)，可有效消除橢圓度和彎曲度，且矯直輥8特有的輥形可保證管坯4與矯直輥8充分接觸，使矯直質(zhì)量提高。如圖6所示，矯直后的管模毛坯保留了周期軋制工藝下得到的皮爾格頭9，這能為后續(xù)管模承口端的成型提供了很大便利，另外毛坯外表面10、內(nèi)表面11應(yīng)留20mm左右的加工余量。如圖7所示，管坯熱處理工藝主要分為淬火和回火兩部分。其中，淬火制度采用1)管坯加熱至630°C，保溫1. 3小時(shí)；幻再加熱至930°C，保溫4. 5小時(shí)；3)空冷3分鐘，再水冷5分鐘，最后油冷30分鐘?；鼗鹬贫炔捎?)管坯加熱至325°C，保溫0. 8小時(shí)；2)繼續(xù)加熱至575°C，保溫 9. 5小時(shí)，再空冷。最終得到同時(shí)具備高強(qiáng)度、高塑性、高韌性的回火索氏體組織；如圖8 9所示，管模成品主要特征由管模內(nèi)通孔12、承口端13、插口端14、拔模斜度15、管模外圓滾道16組成。
權(quán)利要求
1. 一種采用連鑄坯周期鍛軋毛坯的管模制造工藝，工藝步驟包括高爐冶煉連鑄坯、復(fù)檢、下料、環(huán)形爐加熱、曼式穿孔、周期軋管、矯直、磁粉探傷、切頭尾、粗加工、鏜孔、超探傷、 熱處理、取樣復(fù)檢、精加工、表面強(qiáng)化處理、檢驗(yàn)、噴印、稱重、入庫(kù)；其特征在于，在工藝中控制如下技術(shù)參數(shù)管坯來(lái)源于連鑄坯；采用環(huán)形爐對(duì)管坯加熱到穿孔擠壓溫度830 870°C ； 管坯用曼乃斯曼斜軋穿孔機(jī)穿孔；周期軋管采用皮爾格軋機(jī)對(duì)管坯周期鍛軋，保留軋制端部自然形成的皮爾格頭； 熱處理采用淬火加回火工藝淬火制度管坯加熱至600 650°C，保溫1 1. 5小時(shí)，再加熱至900 950°C，保溫 4 5小時(shí)，空冷3分鐘，再水冷14 15分鐘，最后油冷28 32分鐘；回火制度管坯加熱至300 350°C，保溫0. 5 1小時(shí)，繼續(xù)加熱至550 600°C，保溫9 10小時(shí)，再空冷；對(duì)管模內(nèi)表面采用熱化或電化的方法，對(duì)管模內(nèi)表面進(jìn)行滲金屬或電鍍金屬、滲非金屬元素方式來(lái)提高管模內(nèi)表面的強(qiáng)度、硬度、以及耐磨性，以保證管模在高溫工作環(huán)境下能具備足夠抗氧化性能以及抗冷熱疲勞性能。
全文摘要
一種采用連鑄坯周期鍛軋毛坯的管模制造工藝，屬于管模制造技術(shù)領(lǐng)域。工藝步驟包括高爐冶煉連鑄坯、復(fù)檢、下料、環(huán)形爐加熱、曼式穿孔、周期軋管、矯直、磁粉探傷、切頭尾、粗加工、鏜孔、超探傷、熱處理、取樣復(fù)檢、精加工、表面強(qiáng)化處理、檢驗(yàn)、噴印、稱重、入庫(kù)。優(yōu)點(diǎn)在于，用連鑄坯替代現(xiàn)有工藝采用的模鑄坯，充分發(fā)揮連鑄坯具有成材率高、成本低、能耗少、組織性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，從工藝和原材料兩方面降低成本；另外，有效結(jié)合皮爾格軋機(jī)鍛軋和典型T型管模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不僅保證了該工藝下周期鍛壓軋制后的管模毛坯具有與傳統(tǒng)管模鍛坯相近的性能，同時(shí)又充分利用了軋制時(shí)本來(lái)應(yīng)該切除的皮爾格頭，大幅提高生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)B21B17/02GK102179681SQ201110078509
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者劉友山, 宋鑒, 方志祥, 袁清華, 靳舜堯, 黃重勇, 黃重國(guó) 申請(qǐng)人:盛澤能源技術(shù)有限公司