连轧管机轧制用大直径芯棒生产工艺 【技术领域】
本发明涉及一种棒体生产工艺， 尤其是涉及一种连轧管机轧制用大直径芯棒生产工艺。 背景技术 目前， 无缝钢管在我国国民经济建设中有十分重要的地位， 无缝钢管广泛应用于 石油、 军工、 造船、 机械、 汽车、 气流体运输等行业。而限动芯棒是无缝钢管轧制的重要工具 之一， 在轧制钢管过程中将限动芯棒穿入延伸坯内， 送入轧机进行轧制， 在轧制过程中芯棒 一方面在挤压力、 推力作用轧制钢管， 另一方面受限动力作用， 在钢管轧制中保持芯棒限 动。 轧制完毕后， 芯棒从管坯中抽出， 输送到冷却台喷水冷却。 在轧制过程中， 芯棒承受很大 挤压力和限动力。 芯棒表面在很短时间内 (20-40s) 温度达 650℃左右， 随后进行喷水激冷， 因此， 芯棒使用条件恶劣， 芯棒制造要求高才会具有较高的使用寿命。 而现有芯棒的制造工 艺包括 ： 选择钢材原料、 冶炼钢锭、 锻制芯棒坯料、 去应力退火坯料、 第一次校直、 球化退火、 表面粗车、 调质处理、 第二次校直、 精车等工序， 该工艺过程在生产小直径芯棒时， 可以得到 较高质量的芯棒 ( 因小直径芯棒可以留有较大的加工余量 )。但若采用该生产工艺生产大 直径的限动芯棒 ( 如直径达到 358.1mm 的限动芯棒 ) 时， 在芯棒锻制完成后， 若大直径芯棒 如小直径芯棒一样留有较大的加工余量， 则使得调质处理时效果不佳 ( 因直径过大， 淬火 时不能淬透 )， 导致成品质量较差 ； 若留有较小的加工余量， 虽然在调质处理时容易淬透到 芯棒的芯部， 但是， 在粗车以及精车加工中， 其车削余量不易控制， 尤其是在粗车过程中容 易车削过量导致最后形成的成品直径小于所需要求的尺寸， 就只能改为小规格的芯棒或直 接报废 ； 若粗车过程中车削较少来保证成品尺寸， 由于芯棒具有一定弯曲， 则会造成在芯棒 表面在粗车完成后还有很多凹陷部分车削不到， 而在该凹陷部分具有氧化黑皮， 影响后面 的调质处理质量 ( ①氧化黑皮的存在， 掩盖了黑皮下裂纹， 易造成芯棒淬火时裂纹扩展而 致使整支芯棒报废 ； ②氧化黑皮的存在， 降低了淬火时淬火液对工件淬火冷却速度， 致使局 部组织达不到要求 )， 也会影响产品质量， 影响芯棒的使用寿命。芯棒在加工过程中容易引 起裂纹， 若该裂纹延伸到芯棒成品直径以内， 则同样会影响成品芯棒的使用寿命， 若为了消 除该裂纹， 就需要继续车削 ( 造成直径小于所需的成品直径 )， 也会造成后续精车完成后芯 棒报废或改为小规格芯棒， 造成成品率下降。另外， 在现有芯棒加工的调质处理中， 芯棒一 般是放置在热处理炉内的支撑平台上进行调质处理， 而芯棒的放置方式是直接平放在该支 撑平台上 ( 即芯棒线接触该支撑平台 )， 而调质处理时， 由于芯棒受热发生膨胀， 使得芯棒 与支撑平台之间具有较大摩擦力， 容易引起芯棒较大的弯曲变形， 同样会影响产品的质量， 降低芯棒的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可提高大直径芯棒使用寿命的连轧管机 轧制用大直径芯棒生产工艺。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 ： 连轧管机轧制用大直径芯棒生产工 艺， 包括顺序进行的选择钢材原料 - 冶炼钢锭 - 锻制芯棒坯料 - 第一次校直 - 表面粗车 - 调 质处理 - 第二次校直 - 精车， 在表面粗车完成后， 调质处理之前去除芯棒表面凹陷位置的氧 化黑皮。
进一步的是， 芯棒外圆表面凹陷位置的氧化黑皮去除后， 对进入到芯棒成品尺寸 以内的裂纹进行补焊。
进一步的是， 精车完成后， 抛光芯棒外圆表面。
进一步的是， 抛光完成后， 对芯棒表面进行镀铬处理。
进一步的是， 芯棒坯料锻制完成后， 第一次校直之前进行去应力退火处理 ； 并在表 面粗车之前， 对芯棒坯料进行球化退火处理。
进一步的是， 调质处理过程包括依次对芯棒进行的淬火、 二次硬化处理以及两次 回火处理。
进一步的是， 在调质处理过程中， 将芯棒横向放置在由至少两个圆柱形滚动体形 成的支撑装置上进行调质处理。
进一步的是， 冶炼完成后， 将钢水放入真空设备中进行真空处理。 进一步的是， 对真空处理后形成的钢锭进行电渣重熔处理。
进一步的是， 在精车之前对芯棒进行去应力退火处理。
本发明的有益效果是 ： 由于消除了氧化黑皮， 可保证后续调质处理的质量， 防止氧 化黑皮对芯棒质量的影响， 从而可使生产得到的芯棒寿命大大提高 ； 而通过补焊修复芯棒 表面的裂纹， 提高了芯棒成材率 ； 由于调质处理工艺中采用了二次硬化处理， 增强了芯棒回 火稳定性 ； 由于精车后芯棒表面的抛光处理可使粗糙度降低至 0.2-0.3， 镀铬后芯棒表面 呈镜面， 降低了钢管轧制时的摩擦阻力， 尤其适合在生产大直径的芯棒上推广使用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
本发明的连轧管机轧制用大直径芯棒生产工艺， 连轧管机轧制用大直径芯棒生产 工艺， 包括顺序进行的选择钢材原料 - 冶炼钢锭 - 锻制芯棒坯料 - 第一次校直 - 表面粗 车 - 调质处理 - 第二次校直 - 精车， 其特征是 ： 在表面粗车完成后， 调质处理之前去除芯棒 表面凹陷位置的氧化黑皮。 在该大直径芯棒的加工过程中， 为保证芯棒的调质处理质量， 只 能允许有少许的加工余量 ( 一般在粗车之前的芯棒直径只能大于成品直径 20 ～ 30 多个毫 米 )。而在只有少量加工余量的情况下， 为了保证该大直径芯棒最后的成品尺寸， 则在粗车 加工中， 只能少许车削芯棒的外圆表面， 这时， 在粗车完成后的芯棒外圆会有很多具有氧化 黑皮的凹陷。 而通过去除芯棒表面凹陷位置的氧化黑皮， 可保证后续调质处理的质量， 提高 芯棒的使用寿命。去除该氧化黑皮可采用酸洗或人工打磨抛光的方法， 最好采用人工打磨 抛光。
而为了消除芯棒表面的裂纹， 芯棒外圆表面凹陷位置的氧化黑皮去除后， 对进入 到芯棒成品尺寸以内的裂纹进行补焊。即在粗车完成并打磨抛光凹陷位置后， 若发现芯棒 外圆具有伸入到所要求成品直径以内的裂纹， 对该裂纹进行补焊， 消除该裂纹， 然后再进入 后面的调质处理， 使得精车完成后， 其表面光洁， 无裂纹。为提高芯棒的外圆表面质量， 精车完成后， 抛光芯棒外圆表面。 该步骤可采用砂带 进行磨削， 磨削后使得芯棒的表面粗糙度达到 0.2 ～ 0.3。该抛光完成后， 对芯棒表面进行 镀铬处理， 使芯棒表面呈镜面， 降低芯棒的摩擦阻力。
为便于芯棒的第一次校直， 芯棒坯料锻制完成后， 第一次校直之前进行去应力退 火处理， 通过去应力退火处理， 可消除锻制完成后芯棒内部的残余应力， 利于后面的第一次 校直处理 ( 可防止第一次校直时出现裂纹 )。同样地， 在第一次校直完成后， 为便于粗车加 工， 在表面粗车之前， 对芯棒坯料进行球化退火处理。芯棒在球化退火以后， 其切削加工性 能得到大大改善， 因此利于粗车加工。同样地， 在精车之前对芯棒进行去应力退火处理。防 止精车过程中裂纹的产生。
为提高芯棒的性能， 需对芯棒进行调质处理， 调质处理过程包括依次对芯棒进行 的淬火、 二次硬化处理以及两次回火处理。 淬火完成后， 芯棒硬度增加 ； 二次硬化处理后， 芯 棒内的 Mo、 V 等合金碳化物二次硬化时的弥散析出， 弥散合金 C 对位错钉扎作用， 芯棒的强 度、 抗回火性有所提高， 从而使得芯棒寿命提高。
为避免芯棒在热处理炉内的支撑平台上进行调质处理时发生较大的弯曲变形， 在 调质处理过程中， 将芯棒横向放置在由至少两个圆柱形滚动体形成的支撑装置上进行调质 处理。当芯棒横向放置在该至少两个圆柱形滚动体形成的支撑装置上进行热处理时， 芯棒 受热发生膨胀， 圆柱形滚动体随着芯棒的膨胀而发生滚动， 芯棒膨胀时受到圆柱形滚动体 的摩擦阻力很小， 使得芯棒可以自由膨胀， 从而在热处理完成后芯棒弯曲减小， 提高了芯棒 热处理后的质量。
为更好地提高芯棒的质量， 需在芯棒加工之前对成型芯棒的钢水进行控制， 即在 冶炼完成后， 将钢水放入真空设备中进行真空处理。真空处理可将钢水置于 VD、 RH 真空处 理设备中进行， 以降低钢中氧、 氢的含量， 提高钢水的纯净度。 然后， 对真空处理后形成的钢 锭进行电渣重熔处理。 去除杂质得到纯净钢质， 使合金元素在钢中均匀分布， 减少合金元素 在心部偏析， 杜绝合金碳化物液态相析出， 获得钢锭。
因此， 本发明大直径芯棒的生产工艺过程包括 ( 以生产直径为 358.1mm 的芯棒为 例)：
第一步 ： 为使冶炼时获得纯净钢水， 对冶炼前的原材料进行了精选， 采用优质料 头， 不用锈迹严重的钢材等。对冶炼前废钢分类放置， 以保障冶炼时获得优质钢水。
第二步 ： 对冶炼钢水进行真空处理， 通过真空处理降低钢中氧、 氢等有害气体含 量， 提高钢水纯净度。
第三步 ： 对钢锭进行电渣重熔， 去除杂质得到纯净钢质， 使合金元素在钢中均匀分 布， 减少合金元素在心部偏析， 杜绝合金碳化物液态相析出， 获得钢锭。
第四步 ： 通 过 油 压 快 锻 机 锻 制 芯 棒 毛 坯， 加 热 温 度 为 1200 ℃， 锻造温度为 1150-1180℃。
第五步 ： 去应力退火芯棒， 消除锻造后的残余应力。
第六步 ： 第一次校直芯棒， 为后面的表面粗车做准备。
第七步 ： 球化退火， 升温速度小于 80 ℃ /h， 升温至 890 ℃保温 12 小时， 炉冷至 770℃保温 16 小时， 进行球化退火 ； 以利于后续的表面粗车。
第八步 ： 坯料第一次校直后对芯棒表面进行粗车， 粗车之前芯棒的直径应控制在380mm ～ 390mm 之间， 粗车加工后大约车削掉 10mm 左右以保证后续的精加工， 保证芯棒达到 标准尺寸， 粗车完成后， 对芯棒表面没有粗车到的凹陷位进行打磨抛光， 并对进入到成品直 径 358.1mm 以内的裂纹进行补焊。
第九步 ： 对 芯 棒 进 行 调 质 处 理， 粗 车 后 的 芯 棒 整 体 淬 火， 淬火温度控制在 900℃ -1050℃； 然后进行二次硬化处理， 二次硬化处理的温度最好控制在 540℃～ 580℃； 再 进行第一次回火处理， 第一次回火的温度最好控制在 600℃～ 650℃， 最后进行第二次回火 处理， 第二次回火的温度最好控制在 580℃～ 620℃。该调质处理在对开式罩式炉中完成。
第十步 ： 芯棒整体淬火后弯曲变形， 需进行第二次校直处理， 由于采用了圆柱形滚 动支撑装置， 较常规支撑装置可减小热处理变形， 因此在第二次校直时采用冷校， 在冷校过 程中， 可同时测量芯棒的同轴度， 从而提高校直的效率， 提高校直的准确度。
第十一步 ： 去应力退火消除第二次校直产生的残余应力， 退火温度为 550℃， 时间 不少于 12 小时。
第十二步 ： 精车加工， 利用 15 米车床完成， 去掉氧化脱炭层， 加工到大致接近成品 尺寸， 留一定的磨削余量。
第十三步 ： 砂带磨削， 利用 15 米车床加装砂带的办法来实现， 要求磨削后表面粗 糙度达 0.2-0.3。 第十四步 ： 镀铬， 采用意大利进口专用电镀设备移动式完成或槽镀完成， 工件表面 须呈镜面。
第十五步 ： 自然放置 2 星期脱氧后投入使用。
与现有技术相比， 本发明有以下优点 ：
1、 成功生产出￠ 358.1mm 芯棒并投入使用， 解决了由于直径增大而导致的生产技 术难点 ；
2、 由于表面打磨、 补焊修复技术应用， 提高了芯棒成材率 ；
3、 由于采用了圆柱形的滚动支撑装置， 降低了芯棒弯曲， 因此可采用冷校直， 提高 校直精度 ；
4、 由于调质处理工艺中采用了二次硬化处理， 增强了芯棒回火稳定性 ；
5、 由于芯棒表面抛光粗糙度降低至 0.2-0.3， 镀铬后芯棒表面呈镜面， 降低了钢管 轧制时的摩擦阻力。
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