專利名稱：溫加工制造不銹鋼管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬管材軋制技術(shù)。具體說的是一種運(yùn)用溫加工和形變熱處理原理，由水平連鑄方式或穿孔方式生產(chǎn)的不銹鋼空心管坯，經(jīng)表面機(jī)加工凈化處理和預(yù)加熱，繼爾在超過再結(jié)晶溫度條件下的高延伸系數(shù)和高變形速率的軋制中，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后，進(jìn)行在線冷卻，而加工制造不銹鋼管的方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的技術(shù)構(gòu)想，主要基于運(yùn)用溫加工和形變熱處理原理，在先對(duì)連鑄管坯表面作機(jī)加工除雜處理，然后賦予管坯一定的初始溫度，緊接著將管坯導(dǎo)入變形軋制設(shè)備，使管坯在預(yù)加熱溫度，和高變形速率軋制過程中產(chǎn)生的變形熱，兩者疊加而升溫至再結(jié)晶溫度之上的溫度條件下軋制成形，隨即冷卻而制成成品。而本發(fā)明所說的溫加工，是與熱軋加工和冷軋加工的根本區(qū)別所在。具體地說，本發(fā)明的在先對(duì)經(jīng)表面機(jī)加工除雜處理的管坯的預(yù)加熱，僅是加熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間。本發(fā)明這種對(duì)管坯預(yù)加熱的技術(shù)措施，與熱軋加工方法相比較，能夠有效降低能耗，節(jié)減制造成本，而與冷軋加工方法相比較，又能夠使管坯的變形軋制溫度，上升至再結(jié)晶溫度之上，且具有足夠的過熱度，而提高了管坯變形的延伸系數(shù)，延長了管坯變形區(qū)域范圍和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的過程，而使不銹鋼具有足夠的條件，實(shí)現(xiàn)完全再結(jié)晶，從而達(dá)到提高軋制效率和制成品管材質(zhì)量之本發(fā)明的初衷。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的的具體技術(shù)方案是，它包括管坯預(yù)熱，管坯軋制和軋制件冷卻步驟，而它以水平連鑄管坯或穿孔管坯為基料，且依次按照以下步驟進(jìn)行管坯表面機(jī)加工；管坯預(yù)熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間；管坯在再結(jié)晶溫度以上以高變形速率進(jìn)行軋制；軋制件冷卻，且管坯預(yù)熱和管坯軋制步驟，是在保護(hù)氣氛中進(jìn)行的。
本發(fā)明根據(jù)各種不銹鋼其合金組分和含量不同而不同的再結(jié)晶溫度，上述各步驟可以有多種具體的技術(shù)措施。但本發(fā)明經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)而優(yōu)選的各個(gè)步驟的具體技術(shù)措施是在管坯表面機(jī)加工步驟，采取的是車或銑或磨的機(jī)械加工方法，且其機(jī)加工切削深度，控制在能夠去掉管坯表面鑄造缺陷的范圍內(nèi)。通過管坯表面機(jī)加工，使管坯表面呈無氧化光亮態(tài)。而對(duì)連鑄不銹鋼空心管坯而言，切削深度一般控制在0.3mm～0.5mm范圍內(nèi)即可。且由于銑加工工效高于車加工，故本發(fā)明推薦的是銑加工。經(jīng)銑加工切削后所形成的不銹鋼廢料，可以隨即收集后回用。當(dāng)然對(duì)于硬度很高的不銹鋼空心管坯，本發(fā)明并不排除磨加工處理。
在管坯預(yù)熱步驟，是在保護(hù)氣氛條件下，將經(jīng)第一步驟表面機(jī)加工的管坯，預(yù)加熱至400℃～650℃。由于不銹鋼特別是鐵素體和馬氏體不銹鋼，常溫下可塑性低，尤其是在管坯變形熱傳導(dǎo)尚未形成之前，建立穩(wěn)定軋制狀態(tài)比較困難，而本發(fā)明在管坯預(yù)加熱步驟，特地對(duì)空心管坯頭部的局部長度(約300mm)范圍內(nèi)，加熱至600℃～1000℃。而其以后的預(yù)加熱溫度仍然是400℃～650℃。本發(fā)明采取的預(yù)加熱技術(shù)措施，是在線可燃?xì)怏w火焰加熱，或者是卡電電阻加熱，或者是管式電爐加熱，或者是電感應(yīng)線圈加熱。
在管坯軋制步驟，是在保護(hù)氣氛條件下，將第二步驟預(yù)加熱的管坯頭部加熱至600℃～1000℃的管坯，緊接著導(dǎo)入變形軋制設(shè)備。事實(shí)上本發(fā)明是在一道次的連續(xù)生產(chǎn)流水線上，依次進(jìn)行本發(fā)明的4個(gè)步驟。因而正確地說，是將預(yù)加熱管坯，緊接著導(dǎo)入變形軋制區(qū)。而管坯是在其預(yù)加熱溫度和其在變形軋制過程產(chǎn)生的形變熱，兩者疊加在一起而升溫至850℃～1200℃的軋制溫度條件下軋制成形的。由于管坯是在再結(jié)晶溫度以上，且在一定的過熱度狀態(tài)下發(fā)生形變的，無疑管坯的可塑性大，可使延伸系數(shù)增加，變形區(qū)更長，這一切有利于不銹鋼的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的過程更完全、更充分，以獲得更加均勻的細(xì)晶結(jié)構(gòu)。且在多輥行星軋機(jī)的多個(gè)軋輥的反復(fù)輾軋下，而有效保證了本發(fā)明制取高質(zhì)量管材的成功。
在軋制件冷卻步驟，是緊接著第三步驟將軋制成形的奧氏體組織的軋制件，在均溫條件下快速冷卻至環(huán)境溫度。而將鐵素體和馬氏體組織的軋制件，則在保護(hù)氣氛條件下，緩慢冷卻至氧化變色溫度以下。所謂均溫，也可稱之為恒溫。而均溫的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵是，在已經(jīng)完成變形軋制程序后，且運(yùn)行離開變形軋制區(qū)的軋制件的外圍，采用電感應(yīng)線圈對(duì)軋制件再加熱，使其溫度在變形軋制溫度850℃～1200℃的基礎(chǔ)上，再升高30℃～80℃，且讓此溫度均衡地保持一定時(shí)間。而后，再讓均熱的軋制件管材導(dǎo)入水浴或噴淋快速冷卻至環(huán)境溫度。而本發(fā)明水浴快速冷卻的目的，是令軋制件管材以10m/min～20m/min的軋出速度，通過長約2～4m的乳化液浴槽而實(shí)現(xiàn)的?？焖倮鋮s實(shí)質(zhì)是一種形變熱處理，其目的主要在于進(jìn)一步細(xì)化不銹鋼的晶粒，使本發(fā)明的制成品管材，在后續(xù)深加工過程中乃至后續(xù)產(chǎn)品的工作狀況下，長期處于優(yōu)良的力學(xué)性能狀態(tài)。對(duì)于鐵素體和馬氏體組織的不銹鋼管材，則用控制噴淋冷卻強(qiáng)度的方法，使其緩冷到環(huán)境溫度。
正如在先描述的那樣，管坯變形軋制的溫度，是決定管坯延伸系數(shù)的主要因素，特別是所加工軋制的是不銹鋼管材，系多元合金，其組分含量的差異很大。鑒于上述考慮，本發(fā)明特別注重變形軋制設(shè)備的選用。其變形軋制設(shè)備至少應(yīng)當(dāng)滿足可調(diào)控管坯變形溫度，具有保護(hù)氣氛裝置，對(duì)管坯能夠反復(fù)輾軋且輾軋面積較大等要求。本發(fā)明優(yōu)選的變形軋制設(shè)備，是2～6輥行星軋管機(jī)。
本發(fā)明對(duì)于管坯軋制溫度在預(yù)加熱、軋制和冷卻三個(gè)步驟連續(xù)作業(yè)線上的在線調(diào)節(jié)和控制，是通過以下三種技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的第一種是應(yīng)用在相關(guān)工序上的調(diào)控技術(shù)措施。它是通過調(diào)整管坯送進(jìn)力、管坯預(yù)熱溫度、管坯延伸系數(shù)和變形軋制區(qū)冷卻液流量來實(shí)現(xiàn)調(diào)控管坯軋制溫度的。
而第二種是應(yīng)用在軋制設(shè)備的相關(guān)速度的調(diào)控技術(shù)措施。它是通過調(diào)整所說行星軋管機(jī)回轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速及軋出速度所實(shí)現(xiàn)的變形速率的高低，而調(diào)控管坯軋制溫度的。本發(fā)明優(yōu)選的調(diào)整行星軋管機(jī)回轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速范圍，控制在280rpm至500rpm之內(nèi)，而調(diào)整軋出速度的范圍，控制在10m/min至20m/min之內(nèi)。
而第三種是應(yīng)用在軋制設(shè)備的相關(guān)結(jié)構(gòu)上的調(diào)控技術(shù)措施。它是通過調(diào)整所說行星軋管機(jī)的軋輥送進(jìn)角度，而調(diào)控管坯軋制溫度的。本發(fā)明優(yōu)選的調(diào)整所說軋輥送進(jìn)角度的范圍，控制在6°～8°之間。
本發(fā)明的典型實(shí)施方式之一，軋制的是0Cr19Ni9(304)奧氏體不銹鋼管。軋制是在改進(jìn)后的XR-SG90六輥行星軋管機(jī)上進(jìn)行的。管坯為垂直連鑄的，初始尺寸為φ90×25mm，軋前管坯經(jīng)由3個(gè)銑頭的銑加工設(shè)備，進(jìn)行表面處理，其切削深度為0.5mm，使管坯表面呈無氧化光亮態(tài)，然后在線預(yù)加熱。采用電感應(yīng)線圈加熱，使管坯的頭部300mm長度范圍內(nèi)預(yù)熱至850℃，其它部分預(yù)熱至500℃。然后進(jìn)行由改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋管機(jī)的軋制加工。管坯在預(yù)熱溫度和變形熱溫度兩者疊加后，很快升溫至1100℃～1150℃。軋管機(jī)以軋出速度為15m/min進(jìn)行工作，并持續(xù)不斷將其所軋制的管件向前送進(jìn)。在緊挨軋制區(qū)的所輸送出來的管件的外圍，安裝有電感應(yīng)加熱器，使軋制件繼續(xù)升溫至1180℃，并將此1180℃的溫升持續(xù)保持5～10秒鐘時(shí)間，隨即使軋制管件進(jìn)入長2m的乳化液浴槽內(nèi)。軋制管件大約在8秒鐘的時(shí)間內(nèi)通過水浴，而快速冷卻至環(huán)境溫度。然后向上預(yù)彎收卷。軋制后的不銹鋼管規(guī)格為φ48×2.5mm。延伸系為13.9。不銹鋼管表面無任何缺陷存在，軋后管體金相組織呈很細(xì)的等軸晶粒狀態(tài)(完全再結(jié)晶態(tài))，抗拉強(qiáng)度≥520MPa，延伸率為38％～42％，成材率為92％左右，管材長度可達(dá)180m以上。軋制件管材品質(zhì)優(yōu)良。軋制是成功的。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
之二。溫軋0Cr17Ni14Mo2(316L)奧氏體不銹鋼垂直連鑄空心管坯。軋制是在改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋管機(jī)上進(jìn)行的。管坯初始尺寸為φ95×25mm。經(jīng)銑加工對(duì)管坯表面進(jìn)行切削處理，切削深度為0.5mm，使管坯表面呈無氧化光亮狀態(tài)，然后采用電感應(yīng)線圈預(yù)加熱，使管坯的管頭部分300mm長度范圍內(nèi)升溫至800℃，然后進(jìn)入改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋管機(jī)，先將管頭建立穩(wěn)定軋制狀態(tài)，等待管頭成型之后，將管坯預(yù)熱溫度下降到500℃，以后管坯進(jìn)入軋制程序。其后的軋制程序如同具體實(shí)施方式
之一。而其軋制溫度為1120℃，軋出速度為12m/min，管件冷卻前的均溫溫度為1160℃，軋制后的不銹鋼管的規(guī)格為φ47×3mm，其延伸系數(shù)為12。不銹鋼管表面無任何折疊紋和其它缺陷。其抗拉強(qiáng)度≥480MPa，延伸率≥40％。軋制是成功的。這種不銹鋼管在后續(xù)的拉伸中，幾乎無因管體本身的缺陷而發(fā)生斷管現(xiàn)象。且由于坯管長度長，該坯管可以在盤拉機(jī)上以800m/min的速度高效拉伸，在通過盤到盤在線感應(yīng)退火進(jìn)行在線軟化后，再進(jìn)一步拉伸。這種方法生產(chǎn)的不銹鋼管的成材率，從空心管坯到φ12×1mm的不銹鋼管的成材率為88％左右，且其生產(chǎn)成本比已有技術(shù)低得很多。
具體實(shí)施例方式
之三。溫軋Cr28鐵素體不銹鋼垂直連鑄空心管坯。軋制是在改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋管機(jī)上進(jìn)行的。管坯初始尺寸為φ90×25mm。經(jīng)銑加工對(duì)管坯表面進(jìn)行切削處理，切削深度為0.5mm，使管坯表面呈無氧化光亮狀態(tài)，然后采用感應(yīng)線圈預(yù)加熱，使管坯頭部升溫至600℃，其他部分管坯預(yù)熱溫度降為450℃，然后進(jìn)入改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋管機(jī)，先將管頭建立穩(wěn)定軋制狀態(tài)，等待管頭軋成型之后，以后管坯進(jìn)入軋制程序。其后軋制程序如同具體實(shí)施方式
之一。而其軋制溫度為1050℃，軋出速度為12m/min，而軋出的管件，在保護(hù)氣氛下，通過3m長的噴淋筒緩慢冷卻到氧化變色溫度以下。軋制后的不銹鋼管規(guī)格為φ47×3mm，其延伸系數(shù)為12。不銹鋼管表面無任何折疊紋和其他缺陷。其抗拉強(qiáng)度≥530MPa，延伸率≥30％。細(xì)晶結(jié)構(gòu)使其低溫脆性大大改善。軋制是成功的。
本發(fā)明的技術(shù)方案，通過其具體實(shí)施方式
的實(shí)踐證明，本發(fā)明所具有的在線連續(xù)作業(yè)工序少，自動(dòng)化程度高，且成材率高，管材制造成本低，軋制件管材品質(zhì)好，和能夠加工生產(chǎn)超長管材等特點(diǎn)，是顯而易見的。尤其是本發(fā)明采用連鑄管坯所形成的連鑄連軋工藝，使其生產(chǎn)制造成本相當(dāng)?shù)停涑杀颈炔讳P鋼焊管還低，但其售價(jià)可比不銹鋼焊管高出20％。因此在本發(fā)明所能制造的規(guī)格和材質(zhì)范圍內(nèi)，完全可以替代傳統(tǒng)制管工藝生產(chǎn)的管材。
權(quán)利要求
1.一種溫加工制造不銹鋼管的方法，它包括管坯預(yù)熱、管坯軋制和軋制件冷卻步驟，其特征在于，它依次按照以下步驟進(jìn)行管坯表面機(jī)加工；管坯預(yù)熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間；管坯在再結(jié)晶溫度以上高變形速率軋制；軋制件冷卻，且管坯預(yù)熱和管坯軋制步驟，是在保護(hù)氣氛中進(jìn)行的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫加工制造不銹鋼管的方法，其特征在于，它的各個(gè)步驟的技術(shù)措施是a、在管坯表面機(jī)加工步驟，采取的是車或銑或磨的機(jī)械加工方法，且其機(jī)加工切削深度，控制在能夠去掉管坯表面鑄造缺陷的范圍內(nèi)；b、在管坯預(yù)熱步驟，是在保護(hù)氣氛條件下，將經(jīng)第一步驟機(jī)加工的管坯預(yù)加熱到400℃～650℃；c、在管坯軋制步驟，是在保護(hù)氣氛條件下，將第二步驟預(yù)加熱的管坯，導(dǎo)入變形軋制設(shè)備，而管坯是在其預(yù)加熱溫度和變形軋制過程產(chǎn)生的變形熱，兩者疊加而升溫至850℃～1200℃的軋制溫度條件下，以高變形速率進(jìn)行軋制而成形的；d、在軋制件冷卻步驟，是緊接著第三步驟，對(duì)于奧氏體組織的不銹鋼軋制件，是在均溫條件下，以80℃/秒～160℃/秒降溫速率，快速冷卻至環(huán)境溫度；而對(duì)于馬氏體或鐵素體組織的不銹鋼軋制件，則在保護(hù)氣氛下，緩慢冷卻至氧化變色溫度以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫加工制造不銹鋼管的方法，其特征在于，所說的空心管坯，是用連鑄方法制取的空心管坯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫加工制造不銹鋼管的方法，其特征在于，所說的高變形速率，是通過行星軋管機(jī)回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速在280～500rpm范圍，及軋出速度在10～20m/mim范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)而調(diào)控的，且通過高變形速率的調(diào)控，而調(diào)控管坯軋制溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造不銹鋼管的方法，其特征在于，不銹鋼管坯的預(yù)加熱，它在管坯頭部的局部長度范圍內(nèi)，預(yù)加熱溫度為600℃～1000℃，而其余部分的預(yù)加熱溫度則為400℃～650℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造不銹鋼管的方法，其特征在于，所說的奧氏體組織不銹鋼軋制件的均溫條件下快速冷卻的均溫溫度，為軋制溫度以上30℃～80℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造不銹鋼管的方法，其特征在于，所說的管坯變形軋制設(shè)備，是可調(diào)控管坯變形溫度的且具有保護(hù)氣氛裝置的2～6輥行星軋管機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造不銹鋼管的方法，其特征在于，所說的管坯軋制溫度，是通過調(diào)節(jié)送進(jìn)力、預(yù)熱溫度、變形軋制區(qū)冷卻液流量和延伸系數(shù)來調(diào)控的。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造不銹鋼管的方法，其特征在于，所說的管坯軋制溫度，是通過行星軋管機(jī)軋輥頭送進(jìn)角度在6°～8°范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)而調(diào)控的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫加工制造不銹鋼管的方法，屬于金屬管材軋制技術(shù)。它依次包括，管坯表面機(jī)加工處理；管坯預(yù)熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間；管坯在再結(jié)晶溫度以上以高變形速率進(jìn)行軋制；軋制件冷卻等4個(gè)步驟。本發(fā)明克服了已有技術(shù)的工序多，成材率低，制造成本高，制成品質(zhì)量不穩(wěn)定等不足。本發(fā)明的延伸系數(shù)在10～16之間，軋出速度在10～20m/min之間，管材的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為450MPa～550MPa和30％～40％；管材長度可達(dá)180m以上；從管坯到成品的總成材率為80％左右，是目前一種區(qū)別于熱軋加工和冷軋加工及焊接加工，而采用溫加工制造不銹鋼管的先進(jìn)方法。
文檔編號(hào)C21D8/10GK1390656SQ0213802
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月24日
發(fā)明者肖克建, 田福生, 祁威 申請人:江蘇興榮高新科技股份有限公司