阅读说明：本技术 一种高端、高合金元素无缝钢管高温热态挤压制管方法 (High-temperature hot-state extrusion pipe-making method for high-end high-alloy-element seamless steel pipe ) 是由 黄剖峰 李晓东 于 2018-06-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高端、高合金元素无缝钢管高温热态挤压制管方法,通过优化玻璃垫形制与定位方式,调整操作方法,优化工艺参数等措施,弥补因挤压筒存在温差而导致的玻璃垫高温熔解不均衡造成的头部缺陷与拉伤,从源头上解决了小规格无缝钢管高温热态挤压制管生产中易出现头部鸭嘴缺陷、拉伤等问题,在提高挤压制管质量的基础上,减少了后续切管与修磨的作业负荷,增加了金属收得率,降低了生产成本,满足了高端、高合金无缝钢管挤压有序生产的需要。(The invention discloses a high-temperature hot-state extrusion pipe-making method for a high-end high-alloy element seamless steel pipe, which overcomes the head defects and strain injuries caused by unbalanced high-temperature fusion of a glass mat due to the temperature difference of an extrusion cylinder by optimizing the shape-making and positioning modes of the glass mat, adjusting the operation method, optimizing process parameters and other measures, solves the problems of easy occurrence of the duckbill defects and strain injuries of the head in the production of the high-temperature hot-state extrusion pipe-making of the small-size seamless steel pipe from the source, reduces the operation loads of subsequent pipe cutting and grinding on the basis of improving the quality of the extrusion pipe-making, increases the metal yield, reduces the production cost and meets the requirement of the extrusion ordered production of the high-end high-alloy seamless steel pipe.)

一种高端、高合金元素无缝钢管高温热态挤压制管方法

技术领域

本发明涉及挤压制管方法，更具体地是指一种高端、高合金元素无缝钢管高温热态挤压制管方法。

背景技术

无缝钢管是常见的钢铁、冶金制品。无缝钢管在生产加工过程中，需要经过多个工序才能完成，无缝钢管热挤压方式，因变形量大、易于一次成型、生产精度高、便于组织连续生产等特点，目前已成为国内外高端无缝钢管生产的主流，特别适用于高合金无缝钢管的生产。目前常用的无缝钢管热挤压制管工序主要包括管坯制备(车床、锯床等)、管坯加热(环形炉、感应炉等)、管坯穿/扩孔、坯料除磷、管坯二次加热、挤压制管、成品冷却(冷床)等，其中挤压制管是整个热挤压制管工艺的核心关键工序。

60MN挤压机是从德国引进的具有当代国际先进水平的无缝钢管热挤压生产设备，国内规模位列第一，于2008年投入生产运行，承担着国内绝大部分高温合金、镍基合金等高端无缝钢管的挤压制管生产。该设备的挤压制管的主要工序特征是：安装玻璃垫→挤压机待料→高温坯料滚落至润滑台→加内粉→高温坯料进入上料机械手(1号与2号机械手同时抓取)→顶出挤压垫→闭合机械手抱紧高温坯料→机械手翻转托举上坯料→伸出芯棒→挤压杆和芯棒一起顶料进挤压筒→1号和2号机械手按顺序退回→墩粗→挤压坯料(高温热态制管)→挤压后荒管(成品管)热锯锯切→顶出荒管→顶出挤压垫。完成一支圆钢挤压制管后，清理挤压筒重复上述动作，循环往复直至该批次挤压制管结束。

如图1所示，由于国内无缝钢管热挤压技术应用时间较短，在操作工艺等方面尚不成熟，需要根据生产中的各种异常情况，及时改进完善。生产实践中，在进行坯料外径236mm，挤压成型到时，发现挤压后的成品管头部缺陷严重(头部开口大，俗称鸭嘴)，且伴有既深又长的表面拉伤，后道加工前必须切除头部缺陷部位，有时长达一米多，并重复修磨外圆周表面去除拉伤，才能满足后续轧制变形加工的要求，由此既增加了生产成本，减少了金属收得率，同时也增加了后续锯切、外磨两个工序的作业量。

造成无缝钢管挤压加工中头部缺陷的主要原因是：

1、挤压过程中的润滑缺失、不到位：目前，挤压制管时采用玻璃垫作为润滑剂，就是利用玻璃粉高温熔解后良好了流动性和稳定性，实现在挤压模与管坯之间良好的润滑功能。由于挤压成品的规格较小，挤压变形量就有所增大，对挤压时的润滑要求较常规规格更为严苛，而目前采用的玻璃垫融化速度较慢，不能起到有效的润滑作用，挤压筒的温度也不均衡(温度经热传导速度与挤压速度之间的差异所致)，存在一定的温差，尤其是在挤压筒左下部位的温度最低，因此造成处于该区域玻璃垫高温熔解速度低于其他部位，而挤压时的进给量是依照事先设定好的程序进行，同一截面其他部位玻璃垫已经因高温熔解，挤压筒左下区域的玻璃垫尚未实现高温熔解，也就是瞬间的熔解滞后性，导致的该区域的管坯在挤压过程中拉伤和鸭嘴缺陷出现的几率远高于其他部位。

2、开口度与挤压速度不匹配，易造成头部裂纹：开口度就是单位时间通过液压控制元件的液压油体积；若开口度较小≤3，容易造成闷车，开口度太大≥12，容易造成荒管头部裂纹，且开口度与挤压速度成正比，开口度大则挤压速度快，反之则慢，挤压速度快对润滑要求就高、玻璃垫的而高温溶解速率就要同步增快，而目前的温差有导致玻璃垫的瞬间溶解度滞后。

3、玻璃垫的形制结构不能满足高温溶解速度的要求：现有的玻璃垫由玻璃粉和水玻璃在一定温度与压力下定型制备形成如图2所示，功能是在挤压制管时对坯料进行头部和外表面润滑，采用居中部位设置一道绑带4固定在挤压模座5孔内，如图3所示。玻璃垫1是由外圆锥体2与芯部圆形通孔3构成，玻璃垫内孔对坯料挤压瞬间的阻力较大，尤其是粗墩阶段，且一道绑带定位功能不强，易松动导致玻璃垫定位不稳定，轴向逃逸，在挤压制管前发生破损等异常工况。

综上所述，挤压筒存在温差是客观现象，是设备的结构与金属材料性能所决定，目前也不能改变，而挤压制管时的开口度与玻璃垫的形制是可以进行优化完善的，因此可以通过工艺、技术方面的优化，弥补现有挤压制管生产时的缺陷，满足高端无缝钢管热态挤压制管有序生产和技术质量等方面的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高端、高合金元素无缝钢管高温热态挤压制管方法，能够弥补因挤压筒存在温差而导致的玻璃垫高温熔解不均衡造成的头部缺陷与拉伤，从源头上解决了小规格无缝钢管高温热态挤压制管生产中易出现头部鸭嘴缺陷、拉伤等问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种高端、高合金元素无缝钢管高温热态挤压制管方法，包括以下步骤：

A.设计玻璃垫，采用玻璃粉和水玻璃在通过加温压定型制成外形为圆锥体，其小径端面为平面、大径端面为内凹圆弧面，内部轴心具有一同心异径的台阶状圆柱通孔；

B.玻璃垫定位，采用上下等距布置的两道绑带对安放在挤压模座内孔内的玻璃垫进行轴向定位；

C.按照挤压制管数量配置玻璃垫数量，并设定挤压制管参数；

D.挤压制管。

在步骤A中，玻璃垫的台阶状圆柱通孔的异径为80～120mm，锥角为40～45°。

在步骤C中，所述的挤压制管数量与玻璃垫数量之比为1∶1+3％。

在步骤C中，所述的设定挤压制管参数包括管坯加热温度设定为1170～1210℃；开口度设定为6.0～7.5％；挤压速度设定为155～210mm/s。

采用本发明的高端、高合金元素无缝钢管高温热态挤压制管方法，具有以下几个优点：

1、工艺合理、工序措施到位、操作维护便捷、安全可靠、实用高效；实施成本低、投入少、易于现场实施、便于生产组织、性价比较高；

2、通过降低挤压速度，实现挤压筒温差补偿作用显著，为玻璃垫高温液化创造条件；玻璃垫高温熔解速度均衡，溶解后液态流动性增强、润滑作用持续稳定；

3、优化玻璃垫的结构，采用碗状底平面与台阶状圆柱体结构，减小墩粗力，改善坯料头部金属的流动性，减少玻璃垫内孔对坯料挤压瞬间的阻力，减少挤压后荒管头部拉道和凹坑；

4、从源头上解决了小规格无缝钢管高温热态挤压制管生产中易出现头部鸭嘴缺陷、拉伤等问题；

5、在提高挤压制管质量的基础上，减少了后续切管与修磨的作业负荷，增加了金属收得率，降低了生产成本，满足了高端、高合金无缝钢管挤压有序生产的需要；

6、通用性强，对其他无缝钢管高温热态挤压制管的工序工艺改进，尤其是对国内初具规模的无缝钢管热挤压生产技术的优化改善，具有一定的借鉴、应用价值。

附图说明

图1是现有技术的挤压制管的表面缺陷示意图；

图2是现有技术的玻璃垫的剖视图；

图3是现有技术的玻璃垫的定位示意图；

图4是本发明的玻璃垫的俯视图；

图5是图4的玻璃垫的剖视图；

图6是本发明的玻璃垫的定位示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

本发明的高端、高合金元素无缝钢管高温热态挤压制管方法包括以下步骤：

A、设计优化玻璃垫结构：请结合图4～图5所示，采用玻璃粉和水玻璃在加温加压下定型制备形成，玻璃垫1是外形为圆锥体2，圆锥体2小径端面为平面、大径端面为内凹圆弧面21，芯部是一同心异径的台阶状圆柱通孔3′，大径通孔起始于内凹圆弧形面，同心异径的台阶状圆柱通孔3′的轴心线与玻璃垫1外圆锥体的轴心线重合。另外，根据需求，将玻璃垫1的台阶状圆柱通孔3′的异径设计为80～120mm，锥角设计为40～45°。

B、玻璃垫1定位方式：结合图6所示，采用增加一道绑带4，即采用上下等距布置的两道绑带4对安放在挤压模座5的内孔内的玻璃垫1进行轴向定位，图6中6、7分别是挤压机挤压筒和机座。

C.作业准备：按照挤压制管数量1∶1+3％配置玻璃垫数量；设定挤压开口度来控制挤压的速度，根据钢种规格设定感应炉加热工艺参数(管坯加热温度1170～1210为宜)。根据来料规格设定挤压设备参数(开口度6.0～7.5％为宜，挤压速度155～210mm/s为宜)。

4)挤压制管工序流程：安装玻璃垫→挤压机待料→高温坯料滚落至润滑台→加内粉→高温坯料进入上料机械手(1号与2号机械手同时抓取)→顶出挤压垫→闭合机械手抱紧高温坯料→机械手翻转托举上坯料→伸出芯棒→挤压杆和芯棒一起顶料进挤压筒→1号和2号机械手按顺序退回→墩粗→挤压坯料(高温热态制管)→挤压后荒管(成品管)热锯锯切→顶出荒管→顶出挤压垫。

按照上述工序工步步骤，可对高合金元素的小规格无缝钢管进行高温热态挤压制管生产，确保产能与质量有序受控。按照上述工序，可对高合金元素的小规格无缝钢管进行高温热态挤压制管生产，通过玻璃垫的有效润滑作用，降低挤压筒温差所导致的成品管表面拉伤等质量损失，在确保挤压制管的质量符合技术要求的前提下，减少挤压筒等设备的磨损消耗，降低生产成本。

综上所述，采用本发明，工艺方法合理、工序措施到位，通过降低挤压速度，实现挤压筒温差补偿作用显著，玻璃垫高温熔解速度均衡，润滑作用持续稳定，安全可靠、实用高效，且改进成本低、投入少、易于现场实施。通过优化玻璃垫形制与定位方式，调整操作方法，优化工艺参数等措施，减小墩粗力，改善坯料头部金属的流动性，减少玻璃垫内孔对坯料挤压瞬间的阻力，弥补因挤压筒存在温差而导致的玻璃垫高温熔解不均衡造成的头部缺陷与拉伤，减少挤压后荒管头部拉道和凹坑，从源头上解决了小规格无缝钢管高温热态挤压制管生产中易出现头部鸭嘴缺陷、拉伤等问题，在提高挤压制管质量的基础上，减少了后续切管与修磨的作业负荷，增加了金属收得率，降低了生产成本，满足了高端、高合金无缝钢管挤压有序生产的需要。减少了挤压筒等设备的磨损消耗，通用性强，对其他无缝钢管高温热态挤压制管的工序工艺改进，尤其是对国内初具规模的无缝钢管热挤压生产技术的优化改善，具有一定的借鉴、应用价值，每年可创造经济效益100万元以上。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。