大口径薄壁不锈钢管坯生产工艺探究

 浙江至德钢业有限公司通过试验研究了三辊斜轧穿孔法生产大口径薄壁不锈钢管坯时，一次穿孔加热温度对管坯冷轧性能的影响、对成材率的影响。从电机电流的大小与一次穿孔温度的关系研究了大口径薄壁不锈钢管坯生产工艺，用1000℃的一次穿孔温度，410-420A穿孔电流，经一次和二次穿孔可提供合格的大口径不锈钢无缝管坯。TA22合金名义化学成分为Ti3Al1Zr1Mo1Ni，是一种近α型钛合金，主要用于舰船材料，具有中等强度和高塑韧性。TA22钛合金大口径管坯目前主要生产方法为挤压法，用挤压法生产小批量大口径管坯，模具费用投入较大，效率较低。本研究采用三辊斜轧穿孔法生产大口径薄壁不锈钢管坯，该方法可降低生产成本，提高材料利用率。

一、试验

 1. 试验材料及设备

  试验原材料由南京宝泰特种材料股份有限公司采用3吨真空自耗电弧炉，经过二次熔炼的TA22铸锭，其化学成分如表所示，符合GB/T 3620.1-2007标准要求。采用2000吨快锻机将铸锭三火次三墩三拔，然后用3吨电液锤模锻成φ228毛棒，锯床下料后车加工成φ220光棒，作为斜轧穿孔用的坯料。在300kW电阻炉内加热至1080℃，然后加入涂有防高温涂料的棒材进行加热，加热温度为950-1050℃，保温时间3-4小时，在三辊斜轧穿孔机对棒材进行一次穿孔，穿孔后对管坯表面进行处理，并对管坯内孔进行镗孔处理，镗孔深度为150~180mm，然后继续用三辊穿孔机对管坯进行二次减壁穿孔，加热温度控制在920℃，二次穿孔后利用管坯余热，温度不低于800℃，进入7机架减径机进行减径处理，处理后得到φ220×13×4000mm管坯。

 2. 工艺流程

  铸锭—剥皮—三火次三墩三拔锻造—毛棒坯—下料—光棒坯—加热—一次斜轧穿孔—平头镗孔修磨—加热—二次斜轧穿孔—7机架减定径机减定径—碱酸洗表面—修磨—检验—切定尺—包装入库。

 3. 三辊穿孔机参数及试验

   a. 三辊穿孔机参数

  主电机功率：2800kW，额定转速496转/分；轧辊直径：φ750-850mm，本试验选用φ800mm轧辊，进口锥角为3°，出口锥角3°30；辊身长度700mm；轧辊轴线与轧制轴线夹角：β=8°。

  b. 试验过程

  取6支不锈钢棒材，在不同的穿孔温度，用相同的压缩率、顶头伸前量、相同的保温时间进行穿孔试验。6支棒材分为三组，每组2支，均在感应炉内采用不同的加热制度，然后送入保温电炉中，在不同的加热温度进行加热棒材，如表所示，进行穿孔，穿孔后管坯，进行相同条件的表面处理后，在相同的加热温度，如表所示，相同的压缩率、顶头伸前量、相同的保温时间下二次穿孔。然后快速转入7机架减定径机进行减定径，然后对管材进行矫直。

二、试验结果与讨论

  1. 管坯穿孔后质量与穿孔温度的关系

  从表可以看出，管坯在不同的加热温度，相同保温时间条件下，穿孔后管坯质量如表所示；一次穿孔在加热穿孔温度的升高，电机电流下降，即穿孔能耗下降，降低生产成本。另外一次穿孔在加热穿孔温度的升高，棒材穿透成功率高，降低原材料成本。

  2. 管坯穿孔温度与成品管坯力学性能的关系

  从表所示，管坯一次穿孔温度的不同，在经过二次穿孔后，管坯的力学性能相近，说明一次加热温度对力学性能影响不大，只影响穿透性，从而影响成材率。从实际生产出发，一次穿孔温度选在1000℃，降低了能耗，提高管坯穿孔成材率。

三、结论

  1. 三组棒材在不同穿孔温度均能生产大口径薄壁不锈钢管坯，随着一次穿孔温度的提高，管坯穿透率提高，管坯成材率相应，降低生产成本。

  2. 随着一次穿孔温度的提高，电机电流降低，轧制力下降，从而可从电机电流数值，可解决穿孔出现未穿透的问题。

  3. 随着一次穿孔温度的提高，再经过二次穿孔，力学性能并未出现较大偏差，说明一次穿孔温度对力学性能影响不大。

  4. 选用1000℃的一次穿孔温度，生产成本降低，还能节约原材料，提高成材率。同时说明棒材在经过一次和二次穿孔后可为客户提供性能合格的大口径薄壁不锈钢管坯。