專利名稱：高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備和穿孔軋制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵材料生產(chǎn)領(lǐng)域中金屬壓延加工工藝下的鋼管穿孔軋制設(shè)備和鋼管穿孔軋制方法，特別涉及高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備和穿孔軋制方法。
背景技術(shù)：
目前，在冶金企業(yè)無縫鋼管生產(chǎn)設(shè)備中，穿孔機是無縫鋼管生產(chǎn)主要設(shè)備之一，而頂頭是穿孔機在管坯上穿孔的重要工具。在無縫鋼管生產(chǎn)中，通常用機組有自動軋管機組、擴管機組、斜軋管機機組等，其中采用斜軋管機機組生產(chǎn)無縫鋼管的工藝流程一般為加熱爐加熱一穿孔機穿孔一斜軋管機軋制一微張力定徑機定徑。而且，在穿孔用的頂頭方面，雖然鉬基頂頭具有表面硬度高、耐磨的優(yōu)點，但是因為存在如下的缺點鉬合金頂頭在急冷急熱狀態(tài)下工作時易出現(xiàn)炸裂而降低使用壽命、穿孔過程中常出現(xiàn)粘鋼或硌坑而影響內(nèi)表面質(zhì)量、鉬資源缺乏導(dǎo)致鉬頂頭生產(chǎn)成本高，因而在穿孔工藝中人們逐漸放棄了使用鉬基頂頭而采用各種改良的鋼頂頭等普通頂頭。但是，在當前高合金無縫鋼管的穿孔軋制方法中，使用鋼制頂頭存在以下各種問題。管坯合金含量越高，穿孔時變形抗力越大，頂頭壽命越短，穿孔越困難。高合金鋼合金含量大于10 %，穿孔時采用普通頂頭，在穿孔過程中，頂頭承受著交變熱應(yīng)力、摩擦力及機械力的作用，頂頭易產(chǎn)生變形，劃傷毛管內(nèi)表面，粘鋼后產(chǎn)生內(nèi)重皮缺陷；由于管坯變形抗力太大，頂頭易磨損，破裂，壽命低，甚至難以完成穿孔過程。在頂頭接觸管坯前常易出現(xiàn)金屬中心破裂現(xiàn)象，當大量裂口發(fā)展成相互連接，擴大成片以后，金屬連續(xù)性破壞，形成中心空洞即孔腔。在穿孔過程中，過早形成孔腔，會造成大量的內(nèi)折缺陷，惡化鋼管內(nèi)表面質(zhì)量，甚至形成廢品。鋼的自然塑性由鋼的化學成分、金屬冶煉質(zhì)量以及金屬組織狀態(tài)所決定，而組織狀態(tài)又由管坯加熱溫度和時間所影響。一般來說，高合金鋼塑性低，穿孔性能差，容易產(chǎn)生孔腔。采用一次穿孔，頂前壓下率大，變形不均勻程度大，導(dǎo)致管坯中心區(qū)的切應(yīng)力和拉應(yīng)力增加，從而容易促進孔腔的形成，影響產(chǎn)品質(zhì)量。總之，普通穿孔工藝存在以下不足普通頂頭壽命低；一次穿孔成功機率低；鋼管內(nèi)表面質(zhì)量差，易產(chǎn)生內(nèi)重皮、內(nèi)裂等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種能夠降成功軋制高合金無縫鋼管、延長頂頭壽命、降低廢品率的穿孔軋制方法和穿孔軋制設(shè)備。本發(fā)明的第一方面提供一種高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備，該穿孔軋制設(shè)備包括加熱爐，對管坯和一次穿孔后的毛管進行加熱；穿孔機，對加熱后的管坯進行一次穿孔或者對一次穿孔后的毛管進行二次穿孔；和軋管機，對二次穿孔后的毛管進行減壁延伸的軋制，穿孔機配備有兩種頂頭，分別是水冷鋼頂頭和鉬基頂頭，在穿孔機進行一次穿孔時采用鉬基頂頭，進行二次穿孔時采用水冷鋼頂頭。在上述高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備中，優(yōu)選所述鉬基頂頭的成份 (wt% )為 Ti :1. 0 2. 0%, Zr 0. 1 0. 5%，C :0. 1 0. 5%，其余為鉬。在上述高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備中，優(yōu)選所述水冷鋼頂頭的成份 (wt% )為 C :0. 19 0. 23, Si 0. 90 1. 10,Mn 0. 70 0. 90, Cr 1. 40 1. 80, Ni 2. 30 2. 50，Mo 0. 30 0. 40，W 1. 60 1. 70，S 彡 0. 025，P 彡 0. 025，其余為 Fe。在上述高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備中，優(yōu)選所述鉬基頂頭為不水冷頂頭，其內(nèi)沒有設(shè)置水冷裝置。在上述高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備中，優(yōu)選一次穿孔后的毛管在加熱爐內(nèi)加熱時毛管的兩端封堵有耐高溫材料。本發(fā)明的第二方面提供一種高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制方法，該穿孔軋制方法包括利用加熱爐對管坯進行加熱的一次加熱工序；利用穿孔機和鉬基頂頭對加熱后的管坯進行一次穿孔的一次穿孔工序；將管坯一次穿孔后得到的毛管利用加熱爐再次加熱的二次加熱工序，利用穿孔機和水冷鋼頂頭對再次加熱的毛管進行二次穿孔的二次穿孔工序；和對二次穿孔后的毛管進行減壁延伸的軋制工序。在上述高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制方法中，優(yōu)選所述鉬基頂頭的成份 (wt% )為 Ti :1. 0 2. 0%, Zr 0. 1 0. 5%，C :0. 1 0. 5%，其余為鉬。在上述高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制方法中，優(yōu)選所述水冷鋼頂頭的成份 (wt% )為 C :0. 19 0. 23, Si 0. 90 1. 10,Mn 0. 70 0. 90, Cr 1. 40 1. 80, Ni 2. 30 2. 50，Mo 0. 30 0. 40，W :1. 60 1. 70，S 彡 0. 025，P 彡 0. 025，其余為 Fe。在上述高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制方法中，優(yōu)選所述鉬基頂頭為不水冷頂頭，其內(nèi)沒有設(shè)置水冷裝置。在上述高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制方法中，優(yōu)選在所述二次加熱時，毛管的兩端封堵有耐高溫材料。基于本發(fā)明的技術(shù)效果通過采用基于本發(fā)明的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備和穿孔軋制方法， 成功實現(xiàn)了軋制高合金無縫鋼管；而且頂頭壽命得到了很大的提高，每個鉬基頂頭平均可軋制30支鋼管；鋼管內(nèi)表面質(zhì)量得到了有效控制，現(xiàn)場廢品率大大降低。


圖1是本發(fā)明的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備的構(gòu)成示意圖。圖2是本發(fā)明的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制方法的工藝示意圖。圖3是本發(fā)明所用的鉬基頂頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明所用的水冷鋼頂頭的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記10管坯加熱爐；20穿孔機；30軋管機；50輸送設(shè)備；300鉬基頂頭；310頂頭頭部；320頂頭尾部；340內(nèi)螺紋；400水冷鋼頂頭；410頂頭頭部；420頂頭尾部；440內(nèi)螺紋。
具體實施例方式通過下列實施實例對本發(fā)明進行具體的描述，特別指出實施實例是對本發(fā)明的進一步說明，不能理解為對本發(fā)明的保護范圍的限制。基于本發(fā)明的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備主要包括管坯加熱爐10、 穿孔機20 (帶有鉬基頂頭300和水冷鋼頂頭400)、軋管機30，其設(shè)備構(gòu)成示意圖如圖1所示 (圖1中的穿孔機以二輥穿孔機為例，當然也可以采用三輥穿孔機，具體視實際情況而定， 另外，圖中箭頭表示軋件的走向，“毛管”二字代表該處輸送的是一次穿孔后的毛管)。基于本發(fā)明的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制方法的主要流程如下管坯加熱一一次穿孔一再加熱一二次穿孔一軋管，如圖2所示。其中管坯加熱的作用是將管坯加熱到適宜變形的溫度，該加熱過程可以在環(huán)形加熱爐內(nèi)完成，但不限于此，也可以在其他用于管坯的加熱爐內(nèi)完成。穿孔機的作用是將實心的管坯穿成空心的毛管，軋管機的作用是將空心毛管進行減壁延伸(實際上在軋制后還要經(jīng)微張力定徑機對鋼管進行規(guī)圓)。現(xiàn)在結(jié)合附圖1、2對高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制工藝詳述如下首先，利用環(huán)形爐來加熱管坯，在管坯達到規(guī)定的加熱溫度且保溫一段時間后整體達到適宜穿孔變形的溫度后(步驟Sll)，利用出爐設(shè)備將管坯出爐并利用輸送設(shè)備 50 (比如輸送輥道)輸送到一次穿孔機進行穿孔，將管坯穿孔成厚壁空心坯(S12)，然后，再用輸送設(shè)備輸送回環(huán)形加熱爐進行二次加熱(S13)。在利用穿孔機進行一次穿孔時，穿孔機所采用的頂頭是鉬基頂頭，是一種不用水冷的鉬基頂頭，頂頭表面硬度高，耐磨。其成分=Ti :1. 0 2. 0wt%,Zr :0. 1 0. 5wt%，C 0. 1 0.5wt%，其余為鉬。其形狀結(jié)構(gòu)如圖3所示，該頂頭300包括頂頭頭部310和連接頂桿(未圖示)的頂頭尾部320組成，在頂頭尾部的內(nèi)部形成有內(nèi)螺紋340，與連接頂桿上的外螺紋螺合。在穿孔前將玻璃粉均勻涂在頂頭表面，一是起潤滑作用，二是保證毛管內(nèi)表面質(zhì)量。在利用穿孔機完成一次穿孔后，將得到的毛管的兩端用耐高溫材料進行封堵后再輸送進環(huán)形加熱爐內(nèi)進行二次加熱，采用耐高溫材料封堵毛管兩端是為了避免毛管被二次氧化，以保證鋼管內(nèi)表面質(zhì)量。與一次加熱加一次穿孔的穿孔工藝相比，雖然鋼管加熱了兩次，增加了一些能耗， 但是由于采用耐高溫材料封堵了毛管的兩端，所以減少了鋼管的燒損與氧化。與一次加熱加兩次連續(xù)穿孔(用兩臺穿孔機)的穿孔工藝相比，由于只需要一臺穿孔機，避免了投資大運行成本的缺點。在毛管二次加熱達到適宜變形的溫度后，將毛管出爐，利用輸送設(shè)備輸送到穿孔機進行二次穿孔(S14)。穿孔過程中，采用了與一次穿孔不同的頂頭，此次穿孔采用的是傳統(tǒng)的水冷頂頭，頂頭表面硬度低、不耐磨，頂頭易裂。該水冷頂頭的成分(重量百分數(shù)wt % )如下C :0. 19 0. 23，Si 0. 90 1. 10， Mn 0. 70 0. 90, Cr :1. 40 1. 80, Ni :2. 30 2. 50, Mo :0. 30 0. 40,ff 1. 60 1. 70, S ≤0. 025，P ≤ 0. 025，其余為 Fe。該頂頭的形狀結(jié)構(gòu)如圖3所示，該頂頭400包括頂頭頭部410、連接頂桿(未圖示)的頂頭尾部420，在頂頭尾部的內(nèi)部形成有內(nèi)螺紋440，與連接頂桿上的外螺紋螺合。頂頭的內(nèi)部利用從頂桿尾部穿進來的小管引入冷卻水，從頂頭內(nèi)表進行冷卻。由鉬基頂頭換成水冷頂頭是在對一次穿孔后的毛管進行再次加熱時進行的 (S14)，從工作效率的角度講，更換頂頭不會對生產(chǎn)效率有實質(zhì)影響。進行二次穿孔后的毛管被輸送到軋管機前，進行減壁延伸的軋管工藝(S15)。作為斜軋管機，有二輥式和三輥式，三輥式有阿塞爾(Assel)和特朗斯瓦爾(Transval)兩種機型，我們在此使用的是阿塞爾三輥斜軋管機。與傳統(tǒng)的使用斜軋管機機組生產(chǎn)鋼管的方法相比，傳統(tǒng)的斜軋管機采用一次穿孔工藝，而基于本發(fā)明的高合金難變形無縫鋼管生產(chǎn)工藝采用了兩次穿孔(不同材質(zhì)的頂頭)和兩次加熱的工藝，其優(yōu)點分析如下。采用兩次穿孔的原因分析我們知道，在由管坯變成毛管時，管坯中的合金含量越高，穿孔時的變形抗力越大(即使是相同的變形量)，而且如果利用穿一次孔就達到規(guī)定變形量的一次穿孔工藝，因一次穿孔時變形量大，變形抗力隨之增大，不但頂頭易損壞而且在毛管的內(nèi)表容易產(chǎn)生內(nèi)重皮、內(nèi)裂等缺陷，而且因為穿孔時間長，頂頭受熱易發(fā)生變形，也會對毛管內(nèi)表面質(zhì)量帶來影響，所以綜合這些因素，采用了兩次穿孔的工藝。兩次穿孔的特點正如上內(nèi)容所述，在第一次穿孔時，利用穿孔機和鉬基頂頭來將管坯穿孔成厚壁空心坯，加熱后再利用穿孔機和水冷鋼頂頭進行二次穿孔，這樣每一次穿孔所需要完成的變形量得以降低，每一次穿孔的變形抗力相應(yīng)減少，由此減少了穿孔機所需的功率。總之，通過采用兩次穿孔工藝，減少了每一次穿孔的穿孔時間，降低了每一次穿孔時的穿孔壓力，減小了每一次穿孔的頂前壓下率，防止內(nèi)表面產(chǎn)生刮傷、內(nèi)重皮等缺陷。由于不再采用一次穿孔到位的工藝，而是分成兩次穿孔，每一次穿孔的頂前壓下率、穿孔變形抗力都得以降低，所以一次穿孔時對鉬基頂頭的磨損程度大大減少，延長了鉬基頂頭的壽命，減少了采用鉬基頂頭進行軋管的成本費用，根據(jù)實際測試，每個鉬基頂頭平均可軋制30支鋼管。改變了以往認為鉬基頂頭壽命短、生產(chǎn)效率低的觀點。通過一次穿孔時使用鉬基頂頭，二次穿孔時采用鋼頂頭，既提高了頂頭壽命，又有效降低了鉬基頂頭的費用，而且大大提高了產(chǎn)品內(nèi)表面質(zhì)量，使得現(xiàn)場廢品率大大降低。
權(quán)利要求
1.一種高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備，其特征在于，該穿孔軋制設(shè)備包括加熱爐，對管坯和一次穿孔后的毛管進行加熱；穿孔機，對加熱后的管坯進行一次穿孔或者對一次穿孔后的毛管進行二次穿孔；和軋管機，對二次穿孔后的毛管進行減壁延伸的軋制，穿孔機配備有兩種頂頭，分別是水冷鋼頂頭和鉬基頂頭，在穿孔機進行一次穿孔時采用鉬基頂頭，進行二次穿孔時采用水冷鋼頂頭。
2.如權(quán)利要求1所述的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備，其特征在于所述鉬基頂頭的成份為Ti :1. 0 2. 0wt%, Zr :0. 1 0. 5wt%，C :0. 1 0. 5wt%，其余為鉬。
3.如權(quán)利要求1所述的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備，其特征在于所述水冷鋼頂頭的成份為 C 0. 19 0. 23wt%, Si :0. 90 1. IOwt%, Mn :0. 70 0. 90wt%, Cr 1. 40 1. 80wt %，Ni 2. 30 2. 50wt %，Mo :0. 30 0. 40wt %，W 1. 60 1. 70wt %, S 彡 0. 025wt%, P 彡 0. 025wt%，其余為 Fe。
4.如權(quán)利要求1所述的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備，其特征在于所述鉬基頂頭為不水冷頂頭，其內(nèi)沒有設(shè)置水冷裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備，其特征在于一次穿孔后的毛管在加熱爐內(nèi)加熱時毛管的兩端封堵有耐高溫材料。
6.一種高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制方法，其特征在于，該穿孔軋制方法包括利用加熱爐對管坯進行加熱的一次加熱工序；利用穿孔機和鉬基頂頭對加熱后的管坯進行一次穿孔的一次穿孔工序；將管坯一次穿孔后得到的毛管利用加熱爐再次加熱的二次加熱工序，利用穿孔機和水冷鋼頂頭對再次加熱的毛管進行二次穿孔的二次穿孔工序；和對二次穿孔后的毛管進行減壁延伸的軋制工序。
7.如權(quán)利要求6所述的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制方法，其特征在于所述鉬基頂頭的成份為Ti :1. 0 2. 0wt%, Zr :0. 1 0. 5wt%，C :0. 1 0. 5wt%，其余為鉬。
8.如權(quán)利要求6所述的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制方法，其特征在于所述水冷鋼頂頭的成份為 C 0. 19 0. 23wt%, Si :0. 90 1. IOwt%, Mn :0. 70 0. 90wt%, Cr 1. 40 1. 80wt %，Ni :2. 30 2. 50wt %，Mo :0. 30 0. 40wt %，W 1. 60 1. 70wt %, S 彡 0. 025wt%, P 彡 0. 025wt%，其余為 Fe。
9.如權(quán)利要求6所述的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制方法，其特征在于所述鉬基頂頭為不水冷頂頭，其內(nèi)沒有設(shè)置水冷裝置。
10.如權(quán)利要求6所述的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制方法，其特征在于在所述二次加熱時，毛管的兩端封堵有耐高溫材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備和穿孔軋制方法，該穿孔軋制設(shè)備包括加熱爐，對管坯和一次穿孔后的毛管進行加熱；穿孔機，對加熱后的管坯進行一次穿孔或者對一次穿孔后的毛管進行二次穿孔；和軋管機，對二次穿孔后的毛管進行減壁延伸的軋制，穿孔機配備有兩種頂頭，分別是水冷鋼頂頭和鉬基頂頭，在穿孔機進行一次穿孔時采用鉬基頂頭，進行二次穿孔時采用水冷鋼頂頭。通過采用基于本發(fā)明的高合金難變形無縫鋼管的穿孔軋制設(shè)備和穿孔軋制方法，成功實現(xiàn)了軋制高合金無縫鋼管；且頂頭壽命得到了很大的提高，每個鉬基頂頭平均可軋制30支鋼管；鋼管內(nèi)表面質(zhì)量得到提高，現(xiàn)場廢品率大大降低。
文檔編號C22C27/04GK102527722SQ20121000761
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者吳虎, 朱萍, 陳劍南, 黎福華 申請人:湖北新冶鋼有限公司