[发明专利]一种高强度纳米晶钢管的制备新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属管材的成形领域，尤其是涉及一种制备高强度纳米晶钢管的方法及模具。

背景技术

钢金属管材具备坚固、耐腐蚀的特性，因此在国民经济中得到了广泛的应用。采用挤压技术可制备大口径厚壁管材，该方法采用棒料铸造-棒料加热及热挤压-轧制及拉伸成形，工序复杂，而且能耗高。采用连续挤压的方法也可以制备小口径钢管，该方法高效节能，减少工序，但是连续挤压对挤压口模的要求极高，目前在世界上仅有几条工业化生产线，模具寿命低直接影响了该方法的广泛应用。

目前生产钢管采用铸轧生产技术，直接由水平连铸机组生产空心管坯，再由三辊行星轧管机轧制成一定规格的拉伸管坯，同时卷取入盘。由于直接制备钢管坯，其次三辊行星轧制一道次变形量高达96%以上，其生产效率也非常高，且该工艺为冷轧成形，不需要加热。轧制后管料可以直接进行拉伸成形，不需要中间退火，显著简化了加工工艺，与传统挤压工艺相比，铸轧工艺连续性强，更适合于自动化连续加工生产线。但是上述工艺对于制备薄壁管材加工成本会大幅上升，同时对于制备高强度薄壁管材需要在钢材中大量添加合金元素，由于合金的价格较为昂贵，高强度薄壁管材的成本也十分高昂。

申请号为20110347299.4和201110374700.3的发明提出了一种用于管材的等通道变截面挤压和拉拔的方法，通过由圆-椭圆-圆及椭圆扭转变化，可使材料累积变形，可提高材料的强度，改善管材性能，但是采用该方法改变了模具通道的横截面，获得的管件不能较好的保持管道的原有截面几何形状。本发明提出了一种正玄曲线通道模具拉拔方法，采用该方法理论上可获得无限长尺寸的高强度纳米晶钢管，同时由于是一种等横截面通道变形可保持管道的原有截面几何形状，既能满足制备薄壁管的低加工成本，又能获得高强度管材，部分替代厚壁管的使用，本发明钢管材料40Cr的化学成分为：C：0.37-0.44，Si：0.17-0.37，Mn：0.5-0.8，Cr：0.8-1.1，Ni：0-0.3，P：0-0.035，S：0-0.035，Cu：0-0.030，其余成为为Fe。因此，本发明提出了一种改善钢管力学性能的正玄曲线通道模具拉拔法获得纳米晶高强度钢管。

发明内容

本发明的目的是：为克服薄壁钢管的强度问题、低成本获得较长尺寸钢管，提供一种通过正玄曲线通道模具拉拔法，制备高强度纳米晶钢管。

本发明提出的一种正玄曲线通道模具拉拔法制备长尺寸钢管纳米晶钢管的方法包括以下步骤：

步骤一，管坯准备：本发明钢管材料40Cr的化学成分为：C：0.37-0.44，Si：0.17-0.37，Mn：0.5-0.8，Cr：0.8-1.1，Ni：0-0.3，P：0-0.035，S：0-0.035，Cu：0-0.030，其余成份为Fe，将即将拉拔的管坯分为二部分，第一部分是管材拉拔端部分：该部分通过焊合密封，同时在端口部设置钢绳卡头；第二部分是管材主要拉拔部分：该部分将获得大应变，组织达到纳米化，最终获得优良的力学性能；向一端密封的钢管注入锡熔体进行冷却，通过该方法可以获得实心的钢管，避免在步骤二的变形中产生管材的横截面畸变。

步骤二，拉拔准备：将管坯进行磷化皂化后、在管坯外表面涂覆二硫化钼与石蜡混合物，把准备好的管坯的第一部分的钢绳卡头与拉拔装置的钢丝拉绳连接，然后在钢丝绳牵引下把管坯放入正玄曲线通道模具。

步骤三，拉拔变形：拉拔装置以5mm/s-20mm/s的牵引速度将管坯通过正玄曲线通道模具拉拔，拉拔后重复上一次的拉拔变形一次，通过两次拉拔可以累积足够的应变，从而获得高强度纳米晶钢管。

步骤四，获得管材：将获得高强度纳米晶钢管拉拔端部分向上垂直放置在加热槽中焙烧至230°一小时，锡金属填充材料受热全部熔化流出，流出的锡料可以反复使用，同时钢管进行了去应力退火，获得力学性能优良的高强度纳米晶钢管。

本发明实现钢管拉拔变形的正玄曲线通道模具，包括圆形通道凹模、第一层预应力压套、第二层预应力压套，及相应的附属部件钢绳卡头和钢绳。

本发明的有益效果是：采用此种方案，通过正玄曲线通道模具拉拔两次变形方法拉拔钢管，同时内部填充锡金属材料，对钢管内壁施加压应力能保证钢管在拉拔过程中横截面的形状及尺寸不改变，该方法可以实现钢管的微观组织纳米化，从而获得性能优良的高强度纳米晶钢管。在正玄曲线通道模具基础上实现了钢管的连续拉拔变形，既实现了管壁金属的纳米化，又减轻了操纵工人的劳动强度，拓宽了薄壁钢管的应用范围。

附图说明

下面是结合附图和实施例对本发明的具体实施方案进行详细地说明。