一种用模铸空心钢锭锻制合金无缝钢管的方法

摘要

本发明提供了一种用模铸空心钢锭锻制合金无缝钢管的方法，所述方法包括下述步骤：将经过冶炼和精炼的合金钢水模铸成空心钢锭；将空心钢锭加热至其变形温度范围，经过2-3道次锻压对空心钢锭进行锻制；在锻压时，空心钢锭中设置有芯棒；用圆形砧模将锻制后的空心钢锭窥圆成形，再加工成期望的钢管。本发明的采用空心钢锭锻造合金无缝钢管的方法具有金属收得率高、生产周期短、生产成本低等优点，并且产品规格和长度不受限制，可锻制出具有期望的外径和壁厚的无缝钢管。

说明书

技术领域

本发明涉及无缝钢管制造技术，尤其涉及一种用模铸空心钢锭锻制大口 径且厚壁的合金无缝钢管的方法。

背景技术

无缝钢管通常采用周期轧管机、连轧管机、挤压机进行轧制生产，一般 碳钢、低合金钢和合金结构钢采用轧管机直接轧管生产，但是高压锅炉用的 铬钼高合金无缝钢管如P91、P92因合金含量高，轧机穿孔负荷高，钢管内表 面容易出现内折缺陷。通常采用锻坯、轧坯或电渣钢锭镗孔后再进行轧制生 产，以降低穿孔机负荷，提高钢管内表面质量，而采用该工艺，金属收得率 低，生产周期长，受轧管机组能力、管坯规格和压缩比的影响，钢管规格会 受到很大限制。

目前，有采用径向锻造技术生产中大口径合金钢无缝管的方法，该方法 是：经过精炼的钢水被离心铸造成中大口径空心管坯，中大口径空心管坯的 内外表面进行机加工，内表面的切削厚度不少于5毫米，外表面切削厚度不 少于2毫米；并在空心管坯的一端或两端固接碳素钢“夹头料”，“夹头料” 的长度为300～800毫米；加工完成的中大口径空心管坯经过两种加热方式进 行加热；在空心管坯中插入芯棒，然后导入径向锻造机中进行锻制成形，制 得壁厚、直径和长度符合要求的管件。该方法存在如下缺陷：中大口径空心 管坯为离心铸造，需要进行内外表面机加工，在管坯两端焊接“夹头料”，管 坯生产成本高，金属收得率低，而且受离心铸造机和径锻机能力的限制，管 坯的外径、重量和长度都将受到限制，因此生产的中大口径管件外径和壁厚 均会受到很大限制。

采用自由锻的方式也可生产大口径厚壁管，但是由于钢管较长且内径小， 因此内孔直径很难锻出，只有锻制成实心棒材，再机加工内孔，对于生产大 口径厚壁管，造成极大的材料浪费。另外，自由锻必不可少的大加工余量也 加剧了材料的浪费，同时极大地增加机加工成本，更为重要的是由于材料利 用率极低而不得不使用大钢锭和大吨位压力机，这样使得生产困难且产品性 能难以保证。

此外，用于超临界电站机组的大口径、厚壁铬钼高合金(例如P91、P92) 高压锅炉管要求钢管长度大于5米，外径大于Φ450mm，壁厚大于60mm， 压缩比大于3。而诸如P91、P92的高合金钢变形温度范围窄、塑性差、变形 抗力大，导致加工困难，生产成本高和生产工序长，一直是高合金钢管生产 的难题，尤其是大口径厚壁管长期依靠进口。由于铬钼高合金钢穿孔负荷大， 受轧机能力的限制，用钢锭直接穿孔轧管，会出现穿不动或者钢管内表面产 生内折缺陷，而且受钢锭重量的影响，轧管后压缩比达不到规定要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述一个或多个问题，本发明提供了一种用 模铸空心钢锭锻制合金无缝钢管的方法，所述方法包括下述步骤：将经过冶 炼和精炼的合金钢水模铸成空心钢锭；将空心钢锭加热至其变形温度范围， 经过2-3道次锻压对空心钢锭进行锻制；在锻压时，空心钢锭中设置有芯棒； 用圆形砧模将锻制后的空心钢锭窥圆成形，再加工成期望的钢管。

由铬钼高合金钢水模铸而成的空心钢锭的变形温度范围可以为1150℃ -1250℃。

在进行每道次锻压时，当空心钢锭温度达到870±20℃时停止锻压，并重 新将空心钢锭加热至其变形温度范围，直到各道次锻压完成。

芯棒的直径可以比空心钢锭的内孔小10mm至25mm，并且芯棒可以通 水冷却。

第一道次的压下量可以为40mm至60mm，第二道次的压下量可以为 25mm至35mm，第三道次的压下量可以为5mm至20mm。

本发明的采用空心钢锭锻制钢管的方法不受钢锭锭型的限制，钢管外径 和长度不会受到严格限制，而且钢管壁厚越厚，金属的收得率越高，成本越 低。因此，本发明的采用空心钢锭锻造合金无缝钢管的方法具有金属收得率 高、生产周期短、生产成本低等优点，并可锻制出外径在Φ450mm以上、壁 厚在60mm以上的无缝钢管，特别适合高合金钢大口径厚壁无缝钢管生产。

具体实施方式

根据本发明的锻制合金无缝钢管的方法包括下述步骤：将经过冶炼和精 炼的合金钢水(例如，铬钼高合金钢水)模铸成空心钢锭；将空心钢锭加热 至其变形温度范围，经过2-3道次锻压对空心钢锭进行锻制；在锻压时，空 心钢锭中设置有芯棒；用圆形砧模将锻制后的空心钢锭窥圆成形，再加工成 期望的钢管。

由铬钼高合金钢水模铸而成的空心钢锭的变形温度范围可以为1150℃ -1250℃。

在进行每道次锻压时，当空心钢锭温度达到870±20℃时停止锻压，并重 新将空心钢锭加热至其变形温度范围，直到各道次锻压完成。

芯棒的直径可以比空心钢锭的内孔小10mm至25mm，并且芯棒可以通 水冷却。

第一道次的压下量可以为40mm至60mm，第二道次的压下量可以为 25mm至35mm，第三道次的压下量可以为5mm至20mm。

下面结合具体实施例对本发明的锻制合金无缝钢管的方法进行详细描 述。

实施例1

在实施例1中，采用P91钢来制造合金无缝钢管。首先，对初炼钢水进 行电弧炉冶炼，钢水中碳≤0.03％、磷≤0.004％、温度≥1650～1680℃时出钢， 出钢过程进行钢水预脱氧和合金化。然后，使钢水经过LF炉外精炼，在LF 炉进行脱氧、脱硫、去除夹杂物、调整合金成分。当钢水温度达到 1680℃～1700℃且化学成分满足标准要求时吊出LF炉，使出LF炉的钢水进 行VD真空处理，去除气体和夹杂物。随后，将经过电炉冶炼和炉外精炼、 真空处理后的钢水模铸成内径Φ330mm、外径Φ930mm的空心钢锭。

将浇铸成的空心钢锭送至燃气加热炉进行加热，并将空心钢锭加热到变 形温度范围，对于铬钼高合金钢锭来说，变形温度范围为1150℃～1250℃。 然后将加热好的空心钢锭放置在锻压机的砧上，送料机夹住外径Φ310mm的 芯棒插入空心钢锭的内孔，同时芯棒内通水冷却，锻造机按60mm的压下量 对空心钢锭进行第一道次的拔长，空心坯温度达到870±20℃时停止锻压。然 后，将空心坯料送回加热炉进行第二次加热，并使空心坯料达到变形温度范 围，例如1150℃～1250℃，随后将加热好的钢锭吊出进行第二道次锻压，按 35mm的压下量对空心钢锭进行第二道次的拔长，当空心坯温度达到870± 20℃时停止锻压。经过在不同压下量进行数道次的锻造之后，形成外径为 545mm、内径为320mm和壁厚112.5mm的空心管坯。

最后，可以用内孔530～540mm的圆形砧模将形成的空心管坯窥圆成形， 减少钢管表面的加工量，提高金属收得率，降低生产成本。然后，将锻制的 钢管送加热炉进行退火，退火后的钢管两端切平，表面机加工成510mm(外 径)×85mm(厚度)的钢管，经过热处理后成合格管材。

实施例2

在实施例2中，采用P92钢来制造合金无缝钢管。对初炼钢水进行电弧 炉冶炼，钢水中碳≤0.03％、磷≤0.003％、温度≥1650～1680℃时出钢，出钢过 程进行钢水预脱氧和合金化。然后，使钢水经过LF炉外精炼，在LF炉进行 脱氧、脱硫、去除夹杂物、调整合金成分。当钢水温度达到1680℃～1700℃ 且化学成分满足标准要求时吊出LF炉，使出LF炉的钢水进行VD真空处理， 去除气体和夹杂物。随后，将经过电弧炉冶炼和炉外精炼、真空处理后的钢 水模铸成内径Φ320mm和外径Φ1080mm的空心钢锭。

将浇铸成的空心钢锭送至燃气加热炉进行加热，并将空心钢锭加热到变 形温度范围，对于铬钼高合金钢锭来说，变形温度范围为1150℃～1250℃。 然后将加热好的空心钢锭放置在锻压机的砧上，送料机夹住外径Φ310mm的 芯棒插入空心钢锭的内孔，同时芯棒内通水冷却，锻造机按40mm的压下量 对空心钢锭进行第一道次的拔长，空心坯温度达到870±20℃时停止锻压。然 后，将空心坯料送回加热炉进行第二次加热，并使空心坯温度达到变形温度 范围，例如1150℃～1250℃，随后将加热好的空心坯吊出进行第二道次锻造， 按25mm的压下量对空心钢锭进行第二道次的拔长，当空心坯温度达到870 ±20℃时停止锻压，将空心坯送回加热炉进行第三次加热，加热温度达到 1150～1250℃时吊出进行第三道次锻造，先按20mm的压下量对空心钢锭进行 锻制，再将压下量调到10mm进行锻制。经过在不同压下量进行数道次的锻 造之后，形成外径为577mm、内径为349mm和壁厚114mm的空心管坯。

最后用内孔580～590mm的圆形砧模将空心管坯窥圆成形，减少钢管表 面的加工量，提高金属收得率，降低生产成本。锻制的钢管送加热炉进行退 火，退火后的钢管两端切平，表面机加工成559mm(外径)×95mm(厚度) 的钢管，经过热处理后成合格管材。

实施例3

在实施例2中，采用91钢来制造合金无缝钢管。对初炼钢水进行电弧炉 冶炼，钢水中碳≤0.03％、磷≤0.004％、温度≥1650～1680℃时出钢，出钢过程 进行钢水预脱氧和合金化。然后，使钢水经过LF炉外精炼，在LF炉进行脱 氧、脱硫、去除夹杂物、调整合金成分。当钢水温度达到1680℃～1700℃且 化学成分满足标准要求时吊出LF炉，使出LF炉的钢水进行VD真空处理， 去除气体和夹杂物。随后，将经过电炉冶炼和炉外精炼的真空处理后的钢水 模铸成内径Φ295mm和外径Φ880mm的空心钢锭。

将浇铸成的空心钢锭送至燃气加热炉进行加热，并将空心钢锭加热到变 形温度范围，对于铬钼高合金钢锭来说，变形温度范围为1150℃～1250℃。 然后将加热好的空心钢锭放置在锻压机的砧上，送料机夹住外径Φ280mm的 芯棒插入空心钢锭的内孔，同时芯棒内通水冷却，锻造机按50mm的压下量 对空心钢锭进行第一道次的拔长，空心坯温度达到870±20℃时停止锻压。然 后，将空心坯料送回加热炉进行第二次加热，并使空心坯达到变形温度范围， 例如1150℃～1250℃，随后将加热好的空心坯吊出进行第二道次锻造，按 30mm的压下量对空心钢锭进行第二道次的拔长，当空心坯温度达到870± 20℃时停止锻压，将空心坯送回加热炉进行第三次加热，加热温度达到 1150～1250℃时吊出进行第三道次锻造，按18mm的压下量对空心钢锭进行锻 制。经过在不同压下量进行数道次的锻造之后，形成外径为482mm、内径为 319mm和壁厚81.5mm的空心管坯。

最后用内孔470～480mm的圆形砧模将空心管坯窥圆成形，减少钢管表 面的加工量，提高金属收得率，降低生产成本。锻制的钢管送加热炉进行退 火，退火后的钢管两端切平，表面机加工成457mm(外径)×60mm(厚度) 的钢管，经过热处理后成合格管材。

在本发明的锻制合金(例如铬钼高合金)无缝钢管的方法中，空心钢锭 的内外表面不需要进行机加工，钢锭直接送到加热炉进行加热，按照铬钼高 合金钢比如P91、P92的变形温度范围进行加热，温度达到要求后送水压机进 行锻造，锻造时将芯棒插入空心钢锭内孔，优选地，芯棒尺寸比空心钢锭内 孔小10～25mm，芯棒通水冷却，空心钢锭不需要焊接“夹头料”，钢锭经过 2～3道次锻造成需要的钢管，其中，第一道次锻造的压下量为40～60mm，第 二道次锻造的压下量为25～35mm，第三道次锻造的压下量为5～20mm，终锻 温度控制在钢种的Ac3以上。锻造后的钢管再进行退火处理，退火后的钢管 切除头尾，进行内外表面机加工，加工后的钢管热处理成成品管。

此外，采用模铸生产的高合金钢空心钢锭，经过水压锻机带芯棒锻造， 克服了管坯料需要内外表面机加工、加工费增加和金属收得率降低的问题； 采用空心钢锭锻制钢管不需要焊接“夹头料”，减少了加工夹头料工序和焊接 工序；采用空心钢锭锻制钢管不受钢锭锭型的限制，钢管外径和长度不受特 别限制，而且钢管壁厚越厚，金属的收得率越高，成本越低。因此，本发明 的采用空心钢锭锻造无缝钢管的方法具有金属收得率高、生产周期短、生产 成本低等优点，并且产品规格、长度不受限制，可锻制外径在Φ450mm以上、 壁厚在60mm以上的无缝钢管，特别适合高合金钢大口径厚壁无缝钢管生产。