专利名称：连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种无缝钢管连轧机组中使用的轧制工具的制造方法，尤其是 涉及一种在连轧机组中使用的直径为330mm以上的大规格限动芯棒的制造方 法。
背景技术：
限动芯棒是生产无缝钢管的连轧机组中所使用的重要轧制工具，消耗量较 大，它的质量和成本直接关系到无缝钢管生产的质量和效益；多年来，国内各 无缝钢管生产企业的限动芯棒多数依靠进口，尤其是直径330mm以上的大规格 限动芯棒几乎全部为进口产品，这种限动芯棒不仅进口周期长，而且价格昂贵， 严重制约着我国无缝钢管产业的发展，因此，迫切需要研制开发一种大规格限 动芯棒的制造方法，以满足国内市场的需求。
现有的限动芯棒的制造方法大致有二种，第一种方法为锻造坯料一完 全退火一整体油淬火一二次高温回火一加温矫直一去应力退火一粗 加工一精加工一砂带磨削一镀铬一脱氢。第二种为中国发明专利，专 利号为200510024757. 5，名称为钢管连轧限动芯棒的制造新工艺中披露了一种 制造方法，其制造工艺如下锻造/轧制坯料一完全退火一热矫直一粗/ 半精加工一淬火一二次高温回火一砂带磨削一镀铬一脱氢；这种制 造方法解决了第一种方法中芯棒加工困难、制造周期较长、芯棒毛坯收得率低 的问题，但这种方法也存在以下几个方面的不足首先，其锻造/轧制所使用的 坯料为国标GB1299—85中的4Cr5MoSiVl钢锭，这种钢虽具有高淬透性和淬硬 性、 一定的热强性和抗冷热疲劳性能，但其易产生回火脆性且高温强度偏低， 在60(TC强度仅为630 MPa，只能在500 55(TC温度范围内使用。而在轧制钢 管时，限动芯棒表面温度可达70(TC，高温强度偏低易导致芯棒使用初期损坏， 同时，这种钢含有相当数量的碳和碳化物形成元素，固相线及液相线之间温度 区间较宽，加上金属导热性能较差，凝固速度较慢，促使凝固过程中碳化物带 状偏析严重，此带状偏析在常规退火、正火、淬火加热条件下难分难以消除， 造成钢的各向异性，降低了冲击性能和冷热疲劳性能。因此，用这种钢制成的 芯棒使用寿命短，从而影响无缝钢管的生产效率以及生产成本。其次，该方法 采用锻造/轧制坯料，而采用锻造坯料时，由于目前国内只有生产直径330mm 以下的中小规格坯料的锻造设备，而没有生产直纟5 330mm以上的大规格坯料锻造设备，因而大规格坯料在国内无法生产，只能通过进口，这样制约大规格芯
棒的产出；另外，当采用轧制坯料时，由于对钢锭仅进行一次粗轧开坯，轧制 出的坯料的外圆精度及直线度都较差，这样一方面需为后续加工保留较多的加 工余量，通常需留10mm以上，从而损耗了大量的钢材；另一方面，由于坯料的 直线度较差，因而该方法增加了第二步骤完全退火及第三步骤热矫直，由于该 两步骤需采用相应的设备，即大型辊式炉及矫直机，并消耗较多的能源和生产 时间，因而大大地增加了设备的投资和生产成本，降低了生产效率。再次，由 于淬火步骤安排在粗/半精加工步骤之后，且在淬火之后不再对坯料作切削加 工，而坯料在淬火时，由于冷却液及冷却速度等工艺条件的不适当等原因，往 往发生超出加工精度要求的变形，从而常常引起限动芯棒在无缝钢管生产中无 法使用，造成了大量的废品；再有，由于砂带磨削步骤是采用普通超长车床， 使用砂带完成芯棒表面的加工，而这种磨削方式不仅生产效率低下，而且生产 出的芯棒表面具有螺旋印痕和振痕，芯棒表面粗糙度较差，难以达到Ra0.8um 的最低要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种连轧管机用直径为330mra以上的限动 芯棒的制造方法，该方法不仅能提高芯棒的生产效率、降低原材料的损耗量及 生产成本，而且工艺简单、生产出的限动芯棒使用寿命长。
为解决上述技术问题，本发明采用这样的一种连轧管机用直径为330mm以 上的限动芯棒的制造方法，该方法按照以下步骤进行粗、精轧制坯料一粗 加工一淬火一两次高温回火一精加工一抛光一镀铬一脱氢一螺纹磷化。
采用这样的方法后，由于在轧制坯料步骤中增加了精轧，使得轧制后的坯 料的外圆精度及直线度都较好，这样一方面只需为后续加工保留较小的加工余 量，通常只需留4mm以下，从而节省了大量的钢材；另一方面，由于坯料的直 线度较好，因而该方法无需对坯料进行完全退火及热矫直，因而大大地减少了 设备的投资和生产成本，简化了生产工艺，提高了生产效率。又由于精加工步 骤安排在高温回火之后，因而在淬火之后对坯料又作了切削加工，使一些变形 的坯料满足加工精度要求，从而避免了废品的发生，降低了废品率；再由于芯 棒表面的加工是通过采用抛光机的抛光步骤完成的，通过该步骤加工出来的芯 棒表面粗糙度低，因而改善了芯棒的表面质量，减少了芯棒工作时和管坯的摩 擦力，从而提高了芯棒的使用寿命。
作为本发明的一种改进，所述的粗、精轧制坯料步骤中所选用的坯料，其 组份按重量百分含量计，由C 0. 30 0. 38%、 Si 0. 70 1. 10%、 Mn《0. 60%、 Cr 4.5 5.5%、 S《0.005%、 P《0. 015%、 Mo 1. 00 1. 50%、 V 0. 80 1. 20%以及余量Fe组成，所述粗、精轧制坯料采用轧机完成，并将坯料硬度控制在布氏硬度 《229HB。采用这样的坯料后，由于调低了钢中的钒及硅的成分含量，又由于坯 料中铝的含量极低，可忽略不计，这样，减少了钢的回火脆性，提高了钢的蠕 变强度、断裂韧性和高温强度，使得制成的芯棒使用寿命更长。将坯料硬度控 制在布氏硬度《229HB，这样有利于改善坯料的切削加工性能。在本发明中，坯 料的组份优选为由C 0. 35%、 Si 0. 7%、 Mn 0. 30%、 Cr 5. 0%、 S 0. 003 %、 P 0. 005%、 Mo 1.3%、 V L00。/。以及余量Fe组成。
作为本发明的另一种改进，所述的粗加工步骤采用长度18米的超长车床完 成；通过该车床对所述坯料的外圆进行切削加工，使其圆度达到0.2mm，直线 度小于5mm，粗糙度达到Ra 6. 3um。采用这样的方法， 一方面设备投资小，而 且该设备加工速度快，有利于提高生产效率，另一方面能保证后续加工精度需 要，保证芯棒的成品率。
作为本发明的又一种改进，所述的淬火步骤采用水基淬火液作为冷却介质 的整体坯料浸淬，淬火温度控制在1020 105(TC之间。这样的方法，由于采用 水基淬火液作为冷却介质并配合合理的淬火温度，使得淬火后的芯棒的淬火质 量相比于现有的热处理工艺更为优良，并且大大提高了生产安全性，减少了污 染，而且不会出现现有的使用油作为冷却介质的淬火工艺，其容易发生的在淬 火时油液起火、产生大量烟雾并严重污染环境，可能伤害操作人员身体健康的 事件发生。本发明中淬火温度优选为1030。C。在本发明中，所述的两次高温回 火步骤在通常的回火炉中进行，第一次回火温度为575 635°C，优选为615°C; 第二次回火温度为545 615'C，优选为585"C，采用空气冷却。采用这样的方 法后，使得回火后芯棒具有很高的韧性和足够的强度，具备综合的优良机械性 能，从而大大提高了芯棒的使用寿命，保证了无缝钢管的生产效率。
作为本发明的再一种改进，所述的精加工步骤采用长度18米的超长车床完
成；通过该车床对所述两次高温回火后的坯料外圆进行切削加工后留0.2 mm 抛光余量，并同时加工偏梯形螺纹，使该偏梯形螺纹与坯料外圆的同轴度《0. 1 mm，螺纹粗糙度达到Ra 0. 4um。采用这样的方法后，由于粗、精车采用同一设 备加工，因而减少了设备投资，更节省了生产成本。
作为本发明的再又一种改进，所述的抛光步骤采用抛光机完成；通过抛光
机对精车后的坯料进行粗抛、半精抛、精抛三工序并采用砂圈轮进行抛光，所 述砂圈对应于粗抛、半精抛、精抛三工序的砂粒度分别为120号、240号以及 360号。采用这样的方法后，能使加工出来的芯棒表面粗糙度达到Ra 0.4um， 甚至更低，而且没有螺旋印痕和振痕，从而大大地减少了芯棒工作时和管坯的 摩擦力，极大地提高了芯棒的使用寿命。操作时，本发明的芯棒分五段同时进行抛光，使加工效率提高了 300%，这样更有利于縮短芯棒的生产周期，从而更
好地满足无缝钢管的生产需要。
以下结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。
图1为本发明连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制造方法的流程图。
具体实施例方式
参见图1，本发明的一种连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制造 方法，该方法按照以下步骤进行粗、精轧制坯料一粗加工一淬火一两 次高温回火一精加工一抛光一镀铬一脱氢一螺纹磷化。
所述的粗、精轧制坯料步骤中所选用的坯料，其组份按重量百分含量计， 由C 0. 30 0. 38%、 Si 0. 70 1. 10%、 Mn《0. 60%、 Cr 4. 5 5. 5%、 S《0. 005 %、 P《0.015%、 Mol.OO L 50%、 V 0. 80 1. 20%以及余量Fe组成，所述粗、精轧 制坯料采用轧机完成，并将坯料硬度控制在布氏硬度《229HB。在本发明中，坯 料的组份优选为由C 0. 35%、 Si 0. 7%、 Mn 0. 30%、 Cr 5. 0%、 S 0. 003 %、 P 0. 005%、 Mo 1.3%、 V 1.00。/。以及余量Fe组成。
所述的粗加工步骤采用长度18米的超长车床完成;通过该车床对所述坯料 的外圆进行切削加工，使其圆度达到0. 2mm，直线度小于5mm，粗糙度达到Ra 6. 3um。
所述的淬火步骤采用水基淬火液作为冷却介质的整体坯料浸淬，淬火温度 控制在1020 1050。C之间。本发明淬火温度优选为1030°C。
所述的两次高温回火步骤在通常的回火炉中进行，第一次回火温度为575 635°C，优选为615'C;第二次回火温度为545 615。C，优选为585°C，采用 空气冷却。
所述的精加工步骤采用长度18米的超长车床完成；通过该车床对所述两 次高温回火后的坯料外圆进行切削加工后留0. 2 mra抛光余量，并同时加工偏 梯形螺纹，使该偏梯形螺纹与坯料外圆的同轴度《0.1 mm，螺纹粗糙度达到 Ra 0.4um。当然也可采用18米长的数控车床进行车削，这样更有利于保证加 工精度。
所述的抛光步骤采用抛光机完成；通过抛光机对精车后的坯料进行粗抛、 半精抛、精抛三工序并采用砂圈轮进行抛光，所述砂圈对应于粗抛、半精抛、 精抛三工序的砂粒度分别为120号、240号以及360号。本发明的芯棒分五段 同时进行抛光，从而使加工效率提高了 300%。
所述的镀铬步骤采用机床行进式电镀，镀铬厚度为0. 045-0. 08 mm，镀铬
6后的芯棒直径达到图纸要求。
所述的脱氢步骤采用上述的回火炉中进行，脱氢温度控制在20(TC以内 ，时间为2小时。
所述的螺纹磷化步骤采用磷化液浸渍，从而使偏梯形螺纹表面形成一层 磷化膜。
以下以生产直径为358 mm，长度为13. 3m规格的限动芯棒为例，进行 具体说明。
第一步，采用11吨的钢锭，经粗轧、精轧开坯后得到直径366 mm，长1 3. 3m的芯棒坯料。
第二步，采用长度18米的超长车床对坯料进行粗加工，加工后，使其圆 度达到0. 2mm，直线度小于5mm，粗糙度达到Ra 6. 3um。
第三步，对粗加工后的坯料，采用水基淬火液作为冷却介质的整体浸淬， 淬火温度为1030°C。所述的水基淬火液选用有机物淬火液，使用浓度为10%， 溶液温度控制在2(TC内，并通过搅拌系统对溶液进行搅拌，使溶液均匀，从 而保证淬火的均匀度和液温的均匀度。
第四步，对淬火后的坯料进行两次高温回火，采用的设备为卧式回火炉
，炉温从室温至70(tc可控，温度精度为正负rc，炉温均匀性为正负3"c，
坯料的实际加热温度控制在575 635'C之间；第一次回火温度为615X:;第 二次回火温度为585r,采用空冷。
第五步,采用长度18米的超长车床对两次高温回火后的坯料进行精加工 且留0.2 mm抛光余量，并同时加工偏梯形螺纹，使该偏梯形螺纹与坯料外圆 的同轴度《0.1咖，螺纹粗糙度达到Ra 0.4um。
第六步，采用抛光机，对精车后的坯料进行粗抛、半精抛、精抛三工序 并采用砂圈轮进行抛光，所述砂圈对应于粗抛、半精抛、精抛三工序的砂粒 度分别为120号、240号以及360号。本发明的芯棒分五段同时进行抛光， 这样可使加工效率提高了 300%。
第七步，采用机床行进式对抛光后的芯棒进行电镀，镀铬厚度为0. 045-0.08 mm，镀铬后的芯棒直纟5达到图纸要求358 mm。
第八步，采用卧式回火炉对镀铬后的脱氢，脱氢温度控制在20(TC以内 ，时间为2小时。
第九步，对芯棒上的偏梯形螺纹采用磷化液浸渍，使偏梯形螺纹表面形 成一层磷化膜。
本发明经过试用，所生产的大规格限动芯棒的各项质量指标均达到了国 外图纸的要求，与进口芯棒同时上机轧制无缝钢管，使用性能相当，取得了 良好的效果。
权利要求
1、一种连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制造方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行粗、精轧制坯料→粗加工→淬火→两次高温回火→精加工→抛光→镀铬→脱氢→螺纹磷化。
2、 根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的粗、精轧制坯料 步骤中所选用的坯料，其组份按重量百分含量计，由C 0.30 0.38%、 Si 0.70 1. 10%、 Mn《0.60q/。、 Cr 4. 5 5. 5%、 S《0. 005 %、 P《0. 015%、 Mo 1. 00 1. 50%、 V 0.80 1.2(F。以及余量Fe组成，所述粗、精轧制坯料采用轧机完成，并 将坯料硬度控制在布氏硬度《229HB。
3、 根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于所述的坯料，其由C 0.35%、 SiO. 7%、 MnO. 30%、 Cr 5. 0%、 S 0. 003 %、 P 0. 005%、 Mo 1. 3q/q、 V 1. 00% 以及余量Fe组成。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其特征在于所述的粗 加工步骤采用长度18米的超长车床完成;通过该车床对所述坯料的外圆进行切 削加工，使其圆度达到0. 2mm,直线度小于5mm，粗糙度达到Ra 6. 3um。
5、 根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其特征在于所述的淬 火步骤采用水基淬火液作为冷却介质的整体坯料浸淬，淬火温度控制在1020 1050。c之间。
6、 根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于:所述淬火温度为1030°c。
7、 根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其特征在于所述的两 次高温回火步骤在通常的回火炉中进行，第一次回火温度为575 635'c;第二 次回火温度为545 615'c，采用空气冷却。
8、 根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于所述的第一次回火温度 为615'c，第二次回火温度为585"c。
9、 根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其特征在于所述的精 加工步骤采用长度18米的超长车床完成;通过该车床对所述两次高温回火后的 坯料外圆进行切削加工后留0.2mm抛光余量，并同时加工偏梯形螺纹，使该偏 梯形螺纹与坯料外圆的同轴度《(J0.1 mm，螺纹粗糙度达到Ra 0.4um。
10、 根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其特征在于所述的 抛光步骤采用抛光机完成；通过抛光机对精车后的坯料进行粗抛、半精抛、精 抛三工序并采用砂圈轮进行抛光，所述砂圈对应于粗抛、半精抛、精抛三工序 的砂粒度分别为120号、240号以及360号。
全文摘要
本发明公开了一种连轧管机用直径为330mm以上的限动芯棒的制造方法，按照以下步骤进行粗、精轧制坯料→粗加工→淬火→两次高温回火→精加工→抛光→镀铬→脱氢→螺纹磷化。所述的淬火步骤采用水基淬火液作为冷却介质的整体坯料浸淬，淬火温度控制在1020～1050℃之间。所述的两次高温回火步骤在回火炉中进行，第一次回火温度为575～635℃；第二次回火温度为545～615℃，采用空气冷却；所述的抛光步骤采用抛光机完成；对坯料进行粗抛、半精抛、精抛三工序并采用砂圈轮进行抛光；该方法不仅能提高芯棒的生产效率、降低原材料的损耗量及生产成本，而且工艺简单、生产出的限动芯棒使用寿命长。
文档编号B21B25/00GK101486044SQ20091002457
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月20日 优先权日2009年2月20日
发明者冯遵伟, 占中杰, 青 张, 李陈昊, 沈新群, 胡现龙, 葛浩彬, 陈荣伟 申请人:宝钢集团常州轧辊制造公司