CN105463311B - 一种高精度冷拔管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高精度冷拔管及其制作方法，采用低合金高强度结构钢作为坯料，主要由碳、硅、锰、磷、硫、铌、钒、钛、铬、镍、铜、氮、钼、调整炼钢质量和机械性能加入的铝元素和微量硼元素以及铁组成，其具有高精度、高强度和高韧性；制作方法简单，制得的钢管不仅精度高，而且强度和韧性都比冷拔管高。利用本发明，可制作出一种强韧化处理的高精度冷拔管，可保证同种材料的冷拔管抗拉强度超出国家标准100Mpa、且V2型缺口冲击试样的测试结果超过27J。
Description
技术领域
本发明涉及一种高精度冷拔管及其制作方法，属于钢管技术领域。
背景技术
行业内的冷拔管，采用多道次冷拔或一道次或两道次连续冷拔成型。对于多道次冷拔的钢管，如果中间不经过多次热处理，有产生细微裂纹甚至断裂的风险；对于一道次或两道次连续冷拔成型的钢管，虽然便于生产，但尺寸精度稳定性差强人意，且没有充分发挥材料的性能，强度还有提升空间。且国内外的冷拔管最终热处理温度一般高于500℃，以去除残余应力，提高冷拔管的韧性，但同时也降低了冷拔管的强度，弱化了冷拔的部分效果。
目前，已有这方面的相关专利，如：于2015年2月11日公开的专利名称为“一种高强度冷拔钢管的制造方法”的发明专利，制造方法包括如下步骤：去应力退火；将轧制管引入加热炉中加热并且保温，随炉冷却后出炉得到退火管坯；酸洗处理；将退火管坯进行酸洗，去除表面的锈皮；磷化处理；在管坯的表面形成磷酸锌的化学生成覆膜；皂化处理；在覆膜上形成金属皂等润滑覆膜；冷拔；将待冷拔管坯进行冷拔加工，得到冷拔管；成品热处理；将冷拔管引入退火炉进行成品热处理，控制成品热处理的温度和时间得到高强度冷拔钢管。该发明的方法得到强度高、表面性能优良的机械结构用钢管。但是，在实际使用过程中存在如下问题：
1、该发明采用冷扎加冷拔的方式制造钢管，由于冷轧管的制造方法限制，只能采用热轧管作为毛坯，即实际制造方法为热轧管→冷轧→去应力退火→包括酸洗、磷化、皂化工序的表面处理→一道次冷拔→500-600℃保温8-10小时的成品热处理。由于冷轧是由多道工序加工成型，且比热轧管成本增加超过20％，专利中未述及这种较复杂的、成本高加工方法能提高的多少强度。
2、该发明采用的去应力退火工序，增加了电能消耗；采用的随炉冷却的方式，周期较长；热处理后产生的表面氧化皮增加了后道酸洗工序的难度；由于热处理和酸洗周期增加，使生产周期延长、成本增加。
3、该发明采用500-600℃保温8-10小时的退火工序，生产周期较长、成本高。
4、该发明未述及加工方法对钢管韧性的影响。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高精度冷拔管，其具有高精度、高强度和高韧性；制作方法简单，制得的钢管不仅精度高，而且强度和韧性都比冷拔管高。利用本发明，可制作出一种强韧化处理的高精度冷拔管，可保证同种材料的冷拔管抗拉强度超出国家标准100Mpa、且V2型缺口冲击试样的测试结果超过27J。
为了实现上述目的，本发明采用的一种高精度冷拔管，采用低合金高强度结构钢作为坯料，化学元素组成及质量百分比含量为：碳C≤0.20％、硅Si≤0.50％、锰Mn≤1.70％、磷P ≤0.035％、硫S≤0.035％、铌Nb≤0.07％、钒V≤0.20％、钛Ti≤0.20％、铬Cr≤0.30％、镍Ni ≤0.80％、铜Cu≤0.30％、氮N≤0.015％、钼Mo≤0.20％，调整炼钢质量和机械性能加入的铝 Al元素和微量硼B元素，余量为铁Fe。
优选地，当钒V≤0.15％、镍Ni≤0.50％、氮N≤0.012％、钼Mo≤0.10％时，抗拉强度≥700Mpa、冲击功≥27。
优选地，当钒V≤0.20％、镍Ni≤0.50％、氮N≤0.015％、钼Mo≤0.10％时，抗拉强度≥745Mpa、冲击功≥27。
优选地，当钒V≤0.20％、镍Ni≤0.80％、氮N≤0.015％、钼Mo≤0.20％时，抗拉强度≥800Mpa、冲击功≥27。
优选地，采用无缝管为坯料冷拔加工成型。
优选地，冷拔管的外径≥70mm，壁厚≥7.5mm。
一种高精度冷拔管的制作方法，制作方法的具体步骤是：
步骤a、车拉拔头：车削外径尺寸比外模小2-3mm，内孔直径-内模外径≥1mm；
步骤b、表面处理：酸洗去除钢管表面氧化皮，磷化液与铁基体反应生成磷化膜，皂化液浸润吸附在疏松多孔的磷化膜孔隙中；
步骤c、两道次冷拔：将皂化后的钢管进行两道次冷拔加工；
步骤d、强韧化热处理：对两道次冷拔的钢管进行强韧化热处理；
步骤e、校直：采用点校的方式，控制任意位置直线度≤0.02mm/m，全长直线度≤2mm，，料头、料尾长度可控制在300mm以内；
步骤f、定尺锯切：根据需求长度锯切冷拔管。
优选地，步骤c中，两个道次总变形量控制在1.25-1.45，第二道次冷拔前停放时间控制在20分钟-5小时，第二道冷拔变形量大于第一道次且减壁量≥1mm，两个道次之间无需二次磷化皂化。
优选地，步骤d中，退火温度为380-500℃，保温时间2.5-5小时，出炉温度≤350℃。
优选地，步骤b中，控制磷化膜厚度10-30μm。
与现有技术相比，本发明采用热轧管，相比于冷轧管，成本更低；采用低合金高强度钢，无需坯料退火，可节约能耗和成本，效率更高；采用两道次冷拔，中间不增加退火，成本更低、效率更高；量化控制磷化膜厚度，可供一次表面处理后的两次冷拔；两个道次冷拔之间不增加退火、第二道次变形大于第一道次，冷拔管直线度更好，有利于保证成品管精度；成品退火采用低温热处理，不仅减少了热处理变形，而且进一步提高冷拔管强度、同时提高了冷拔管的冲击韧性。综合来看，本发明加工周期更短、成本更低、更有利于发挥材料性能，有利于工业化量产。成品冷拔管的低温强韧化热处理，可以同时提高冷拔管的强度和韧性，与常规热处理配合使用，可以使同种材料发挥不同梯度的机械性能，从而可以减少制造企业的原材料种类，进而降低原材料库存。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种高精度冷拔管，采用低合金高强度结构钢作为坯料，化学元素组成及质量百分比含量为：碳C≤0.20％、硅Si≤0.50％、锰Mn≤1.70％、磷P≤0.035％、硫S≤0.035％、铌Nb≤0.07％、钒V≤0.20％、钛Ti≤0.20％、铬Cr≤0.30％、镍Ni≤0.80％、铜Cu≤0.30％、氮N≤0.015％、钼Mo≤0.20％，调整炼钢质量和机械性能加入的铝Al元素和微量硼B元素，余量为铁Fe。
优选地，当钒V≤0.15％、镍Ni≤0.50％、氮N≤0.012％、钼Mo≤0.10％时，抗拉强度≥700Mpa、冲击功≥27。
优选地，当钒V≤0.20％、镍Ni≤0.50％、氮N≤0.015％、钼Mo≤0.10％时，抗拉强度≥745Mpa、冲击功≥27。
优选地，当钒V≤0.20％、镍Ni≤0.80％、氮N≤0.015％、钼Mo≤0.20％时，抗拉强度≥800Mpa、冲击功≥27。
优选地，采用无缝管为坯料冷拔加工成型。
优选地，冷拔管的外径≥70mm，壁厚≥7.5mm。
如图1所示，一种高精度冷拔管的制作方法，制作方法的具体步骤是：
步骤a、车拉拔头：车削外径尺寸比外模小2-3mm，内孔直径-内模外径≥1mm；
步骤b、表面处理：酸洗去除钢管表面氧化皮，磷化液与铁基体反应生成磷化膜，可控制磷化膜厚度10-30μm，皂化液浸润吸附在疏松多孔的磷化膜孔隙中；
步骤c、两道次冷拔：将皂化后的钢管进行两道次冷拔加工；优选地，第二道次冷拔前停放时间控制在20分钟-5小时，可进一步提高冷拔管强度；两个道次总变形量控制在1.25-1.45，第二道冷拔变形量大于第一道次且减壁量≥1mm，将得到更高的尺寸稳定性和提高了冷拔直线度。由于工序b的润滑膜厚度足以支持两道次冷拔，故两道次之间无需二次磷化皂化，进而减少了物料转运、节约了生产成本；
步骤d、强韧化热处理：对两道次冷拔的钢管进行强韧化热处理，通过该处理可同步提升冷拔管的强度和韧性，使残余应力重新分布。当退火温度过高时，韧性有余而强度不足。其退火温度为380-500℃，保温时间2.5-5小时，出炉温度≤350℃；经实验发现，当退火温度为400-500℃，保温时间2.5-5小时，出炉温度≤350℃，得到强韧化处理的冷拔管最佳；
步骤e、校直：采用点校的方式，控制任意位置直线度≤0.02mm/m，全长直线度≤2mm，，料头、料尾长度可控制在300mm以内；
步骤f、定尺锯切：根据需求长度锯切冷拔管。
优选地，在对钢管进行酸洗时，控制酸液中亚铁离子含量并防止形成结晶，可有效缩短酸洗周期。
优选地，在对钢管进行强韧化热处理时，壁厚低于15mm时保温时间2.5-4.5小时，壁厚高于15mm时，保温时间3.5-5小时，经测试，这样处理时，具有较佳的经济性。
优选地，在对钢管进行精校直时，采用点校的方式可校直钢管端部1m范围以内的直线度，从而控制料头、料尾长度可控制在300mm以内，提高了材料的利用率。
优选地，通过控制拔制速度，使冷拔管与模具接触面的瞬时摩擦温度超过200℃，有利于促进磷化皂化膜进一步发生化学反应，提高润滑效果。
由上述制作方法可见，本发明采用钢管经两道次冷拔加工后低温热处理的方法加工而成，加工步骤如下:车拉拔头→包含酸洗、磷化、皂化的表面处理→两道次冷拔→强韧化热处理→精校直，整个制作过程简单，制得的冷拔管不仅精度高，而且保证了强度和韧性，加工周期短、成本低、有利于发挥材料性能，有利于工业化量产。通过合理分配每道次变形及生产节奏、控制两道次冷拔的总变形量保证了冷拔的精度。成品冷拔管的低温强韧化热处理，可以同时提高冷拔管的强度和韧性，与常规热处理配合使用，可以使同种材料发挥不同梯度的机械性能，从而可以减少制造企业的原材料种类，进而降低原材料库存。
Claims (2)
1.一种高精度冷拔管的制作方法，其特征在于，高精度冷拔管采用低合金高强度结构钢作为坯料，化学元素组成及质量百分比含量为：碳C≤0.20％、硅Si≤0.50％、锰Mn≤1.70％、磷P≤0.035％、硫S≤0.035％、铌Nb≤0.07％、钒V≤0.20％、钛Ti≤0.20％、铬Cr≤0.30％、镍Ni≤0.80％、铜Cu≤0.30％、氮N≤0.015％、钼Mo≤0.20％，调整炼钢质量和机械性能加入的铝Al元素和微量硼B元素，余量为铁Fe；采用无缝管为坯料冷拔加工成型；冷拔管的外径≥70mm，壁厚≥7.5mm；高精度冷拔管制作方法的具体步骤是：
步骤a、车拉拔头：车削外径尺寸比外模小2-3mm，内孔直径-内模外径≥1mm；
步骤b、表面处理：酸洗去除钢管表面氧化皮，磷化液与铁基体反应生成磷化膜，皂化液浸润吸附在疏松多孔的磷化膜孔隙中；
步骤c、两道次冷拔：将皂化后的钢管进行两道次冷拔加工；两个道次总变形量控制在1.25-1.45，第二道次冷拔前停放时间控制在20分钟-5小时，第二道冷拔变形量大于第一道次且减壁量≥1mm，两个道次之间无需二次磷化皂化；
步骤d、强韧化热处理：对两道次冷拔的钢管进行强韧化热处理，退火温度为380-500℃，保温时间2.5-5小时，出炉温度≤350℃；
步骤e、校直：采用点校的方式，控制任意位置直线度≤0.02mm/m，全长直线度≤2mm，料头、料尾长度控制在300mm以内；
步骤f、定尺锯切：根据需求长度锯切冷拔管。
2.根据权利要求1所述的一种高精度冷拔管的制作方法，其特征在于，步骤b中，控制磷化膜厚度10-30μm。
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