專利名稱：大規(guī)格鋼管限動芯棒制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及合金的冶金方法，尤其涉及大規(guī)格鋼管限動芯棒的冶金工藝。
背景技術(shù)：
芯棒是無縫鋼管生產(chǎn)中參與鋼管軋制變形的重要工具，是一種高附加值的大宗消 耗備件。限動芯棒工況條件復雜，要求具有較高抗事故性和耐冷、熱疲勞能力。目前芯棒生產(chǎn)多采用如下工藝芯棒材料一般采用H13熱作模具鋼，電爐冶煉一 爐外精煉一澆注電極一電極退火一電渣重熔一電渣錠退火一加熱一鍛造(快鍛開坯一徑 鍛成材)—鍛后冷卻一球化退火一油冷淬火一二次回火一加工一鍍鉻一去氫處理。上述工藝的缺點在于1.該芯棒制造工序采用了二次精煉，其工藝流程長、能耗大、生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成 本也高；2.由于H13熱作模具鋼中碳含量并不高，而合金元素總含量卻達8%左右，故在電 渣錠中，碳和合金元素的偏析是不可避免的，尤其大電渣錠中，H13鋼會出現(xiàn)共晶碳化物，共 晶碳化物通常呈塊狀，經(jīng)鍛造以后排成鏈，為保證芯棒材料質(zhì)量，大規(guī)格芯棒一般需多火次 成型，而長度大于14米的芯棒坯采用此方法則完全無法生產(chǎn)。3.該工藝采用空冷或風扇冷卻，對于大規(guī)格芯棒來說，這種冷卻方法冷卻速度不 足，芯棒組織中極易形成網(wǎng)狀碳化物，而網(wǎng)狀碳化物對芯棒力學性能和熱疲勞性能均會產(chǎn) 生不利影響。4.該工藝采用油冷淬火，而油冷淬火將產(chǎn)生大量油煙污染環(huán)境，若操作不當或行 車一旦出現(xiàn)故障，還易發(fā)生火災。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種新的芯棒制造方法，特別是用于大規(guī)格芯棒的制造 方法，使用該方法制造出的芯棒產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能夠克服現(xiàn)有的產(chǎn)品缺陷，同時還能降低產(chǎn) 品生產(chǎn)成本。根據(jù)本發(fā)明的上述目的，提出一種大規(guī)格鋼管限動芯棒制造方法，包括下列步 驟(1)冶煉將原料進行電爐冶煉和爐外精煉，然后進行A氬氣保護澆注；(2)熱加工對經(jīng)由上述步驟獲得的中間產(chǎn)品采用高溫擴散工藝，然后快鍛開坯， 再用初軋機架軋制出芯棒毛坯；(3)軋后冷卻及熱處理對上述芯棒毛坯進行水冷，然后在730 780°C下進行高 溫回火；(4)調(diào)質(zhì)采用水溶性介質(zhì)對上述經(jīng)過回火的芯棒毛坯進行加熱后冷卻，然后二 次回火；(5)加工車削、磨削加工上述經(jīng)過調(diào)質(zhì)的芯棒毛坯，然后進行鍍鉻以及去氫處理。優(yōu)選地，所 述步驟(1)中的原料質(zhì)量分數(shù)組成為生鐵10 20%，廢鋼70 80%， 低S、P合金10 15%。優(yōu)選地，所述步驟(2)中高溫擴散工藝為在1180 1280°C的溫度下，保溫18 20小時。優(yōu)選地，所述步驟(3)中的水冷為間歇式噴淋水冷卻，冷卻起始溫度> 850°C，冷 卻速度為2. 5 7. 5°C /s,芯棒毛坯每次出水后在空氣中停留至表面返紅，最終使芯棒冷卻 至 600 500"C。優(yōu)選地，所述步驟(3)的回火時間為15 20小時。優(yōu)選地，所述步驟(4)中的水溶性介質(zhì)為PAG (聚亞烷基二醇)有機水溶液。本發(fā)明在步驟(1)冶煉階段用氬氣保護澆注等工藝代替了現(xiàn)有技術(shù)中的電渣重 熔，旨在減少電渣工序，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，雖然減少了產(chǎn)品生產(chǎn)工序，但本方法的冶金 質(zhì)量同樣可達到現(xiàn)有工藝的技術(shù)水平。為了解決現(xiàn)有工藝生產(chǎn)出的芯棒具有共晶碳化物和成分偏析的問題，本發(fā)明在步 驟(2)中采用了高溫擴散工藝。由于芯棒使用對單邊40mm工作層的質(zhì)量要求較為嚴格， 而對更遠距離的屬于非工作層的部位要求相對較低，同時由于芯棒工作層偏析較輕，故本 方法中通過高溫擴散完全可改善芯棒的偏析現(xiàn)象；此外本方法使用以軋代鍛的毛坯加工方 式，有利于提高芯棒毛坯成型的生產(chǎn)效率，解決部分長規(guī)格芯棒的制造技術(shù)。網(wǎng)狀碳化物是鍛造后芯棒在空氣中冷卻時形成的，由于冷卻速度不夠，碳化物沿 晶界成網(wǎng)狀析出。特別是大規(guī)格芯棒冷卻條件不好時，網(wǎng)狀碳化物更加嚴重。網(wǎng)狀碳化物 對芯棒的力學性能和熱疲勞性能均有不利影響?，F(xiàn)有技術(shù)通過在鍛造后采用固溶熱處理和 球化退火來消除網(wǎng)狀碳化物，即加熱至1150°C保溫若干時間，加速冷卻至300 350°C，然 后球化退火，該工藝過程需要大約100小時，工藝時間較長。但對于長度大于IOm的大規(guī)格 芯棒，由于常規(guī)鍛造用的高溫加熱爐長度不夠，故該工藝是無法實現(xiàn)的。本發(fā)明采用軋后控 制冷卻及高溫回火工藝來解決現(xiàn)有工藝的不足，同時為了避免大規(guī)格芯棒從高溫到低溫冷 卻速度過快而產(chǎn)生的開裂等問題，采取步驟(3)中的技術(shù)方案在軋線滾道后設置旋轉(zhuǎn)臺 架及噴淋裝置，軋后采用間歇式噴淋方式水冷卻。冷卻起始溫度> 850°C，冷卻速度2. 5 7. 50C /s，冷卻次數(shù)一般為三次，每次冷卻時間20 95秒，每次出水后在空氣中停留時間以 芯棒表面返紅為準(約650 750°C )，反復水冷使芯棒快速冷卻至600 500°C，然后裝入 回火爐中在780 730°C下進行高溫回火，工藝時間大約20小時。較之現(xiàn)有技術(shù)大大縮短 了工藝時間。此外本發(fā)明在步驟(4)調(diào)質(zhì)過程中用水溶性介質(zhì)代替了傳統(tǒng)的油淬火，原因是水 溶性介質(zhì)安全環(huán)保、無污染。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和積極效 果1.用電爐冶煉、爐外精煉和氬氣保護澆注替代現(xiàn)有的電渣重溶，減少了生產(chǎn)工序， 提高了效率，降低了能耗，提高了成材率；2.采用高溫擴散、快鍛開坯和軋制成材，可基本消除共晶碳化物并改善成分偏析， 同時降低了能耗，提高了生產(chǎn)效率；
3.軋后間歇式噴淋冷卻，可解決網(wǎng)狀偏析； 4.用水溶性介質(zhì)替代油，無污染，安全環(huán)保。
具體實施例方式實施例1-3實施例1-3的生產(chǎn)工藝為(1)冶煉將原料生鐵10 20%，廢鋼70 80%，低S、P合金10 15%，進行電 爐冶煉和爐外精煉，然后進行氬氣保護澆注；(2)熱加工對經(jīng)由上述步驟獲得的中間產(chǎn)品采用高溫擴散工藝，然后快鍛開坯， 再用初軋機架軋制出芯棒毛坯，具體工藝參數(shù)見表1 ；(3)軋后冷卻及熱處理采用噴淋裝置對上述芯棒毛坯進行間歇式噴淋水冷，噴 淋進行三次，每一次間歇時間均為待芯棒毛坯表面返紅，然后在730 780°C下進行高溫回 火，具體工藝參數(shù)見表1和表2;(4)調(diào)質(zhì)采用PAG(聚亞烷基二醇)有機水溶液對上述經(jīng)過回火的芯棒毛坯進行 冷卻，然后二次回火，具體工藝參數(shù)見表1 ；(5)加工加工上述經(jīng)過調(diào)質(zhì)的芯棒毛坯，然后進行鍍鉻以及去氫處理。表1.本發(fā)明實施例1-3中各步驟具體的工藝參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種大規(guī)格鋼管限動芯棒制造方法，其特征在于包括下列步驟(1)冶煉將原料進行電爐冶煉和爐外精煉，然后進行氬氣保護澆注；(2)熱加工對經(jīng)由上述步驟獲得的中間產(chǎn)品采用高溫擴散工藝，然后快鍛開坯，再用 初軋機架軋制出芯棒毛坯；(3)軋后冷卻及熱處理對上述芯棒毛坯進行水冷，然后在730 780°C下進行高溫回火；(4)調(diào)質(zhì)采用水溶性介質(zhì)對上述經(jīng)過回火的芯棒毛坯進行加熱后冷卻，然后二次回火；(5)加工車削、磨削加工上述經(jīng)過調(diào)質(zhì)的芯棒毛坯，然后進行鍍鉻以及去氫處理。
2.如權(quán)利要求1所述的大規(guī)格鋼管限動芯棒制造方法，其特征在于所述步驟(1)中的 原料質(zhì)量百分比組成為生鐵10 20%，廢鋼70 80%，低S、P合金10 15%。
3.如權(quán)利要求2所述的大規(guī)格鋼管限動芯棒制造方法，其特征在于所述步驟O)中高 溫擴散工藝為在溫度為1180 1280°C時，保溫18 20小時。
4.如權(quán)利要求3所述的大規(guī)格鋼管限動芯棒制造方法，其特征在于所述步驟(3)中的 水冷采用間歇式噴淋水冷卻的方法，冷卻起始溫度彡850°C，冷卻速度為2. 5 7. 5°C /s，芯 棒毛坯每次出水后在空氣中停留至表面返紅，最終使芯棒冷卻至500 600°C。
5.如權(quán)利要求4所述的大規(guī)格鋼管限動芯棒制造方法，其特征在于所述步驟(3)的回 火時間為15 20小時。
6.如權(quán)利要求5所述的大規(guī)格鋼管限動芯棒制造方法，其特征在于所述步驟中的 水溶性介質(zhì)為聚亞烷基二醇有機水溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大規(guī)格鋼管限動芯棒制造方法，主要步驟包括電爐冶煉→爐外精煉→氬氣保護澆注→高溫擴散→快鍛開坯→軋制成材→軋后水冷→高溫回火→水溶性介質(zhì)淬火→二次回火→磨削加工→鍍鉻→去氫處理。該方法較之現(xiàn)有技術(shù)，大大減少了工藝流程，從而降低了能耗，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本。同時由于本方法采用了高溫擴散的工藝，解決了芯棒的偏析問題，此外軋后采用間歇式噴淋水冷和高溫回火的工藝也消除了芯棒毛坯中的網(wǎng)狀碳化物，大大改善了大規(guī)格芯棒的生產(chǎn)質(zhì)量。
文檔編號B21B37/74GK102069345SQ20091019932
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者陸明和 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司