GCr15轴承钢管坯热轧穿孔后控冷装置及控冷工艺

技术领域

本发明涉及钢管生产工艺配套装置，特别是一种GCr15轴承钢管坯热轧穿孔后控冷装置及控冷工艺。 

背景技术

GCr15轴承钢的控制轧制与控制冷却基本可分为高温控轧+控制冷却、高温控轧+控制冷却+等温控轧、低温控轧等三类工艺。轴承钢的等温控轧工艺需增加等温设备来保证轧件温度一定，并且轧机主电机的功率和轧机刚度也提出较高要求，因此在大生产中广泛应用还有一定困难。低温控轧通常采用在750～900℃两相区之间变形或将管坯加热到1080～1150℃，待管坯冷却到750～900℃时再进行轧制，这些工艺需要大功率和高刚度的轧机，在大量生产实践中实践困难很大。高温控轧加控制冷却的Cr15轴承钢的控制冷却技术不需要更换现有轧机，目前在大断面板材、棒材、线材生产中已经得到了广泛的应用，然而在轴承钢管的应用和研究不多，在轧制过程中，GCr15钢中网状碳化物的析出较多，钢管表面容易产生裂纹，钢管表面氧化层厚度较高，后续球化退火的时间较长，同时具有接触疲劳寿命不高、成材率低等问题。 

GCr15轴承钢管的生产工艺包括热轧和冷拔两种生产工艺。热轧GCr15轴承钢管生产工艺为：管坯加热到1080～1150℃，通过在单一奥氏体区进行热轧、定径后的终轧温度在950℃左右，轧后在冷床上空冷。冷轧/拔GCr15轴承钢管生产工艺为：管坯加热到1080～1150℃，热轧穿孔的终轧温度在950℃左右，轧后在冷床上空冷，进入球化炉退火，酸洗，冷轧或冷拔，成品退火等。热轧或热穿孔后均得到粗片状珠光体和网状碳化物组织，对轴承钢的球化组织和性能都极为不利。以前为解决网状碳化物的问题，采用低温终轧，虽然降低了网 状碳化物的析出量，但大大降低了轧机的产量，也使后续球化退火时间加长，增加了生产成本。 

发明内容

本发明所要解决的问题就是提供一种GCr15轴承钢管坯热轧穿孔后控冷装置，结构合理，有利缩短球化退火时间和提高球化退火组织级别，降低了生产成本，提高了生产效率。 

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：GCr15轴承钢管坯热轧穿孔后控冷装置，其特征在于：包括设在机架上检测轴承钢管进出控冷水圈时的温度、环境温度及冷却水的温度、水量和水压的检测装置、冷却轴承钢管的控冷水圈、输送轴承钢管的辊道系统和采集检测装置测得数据控制控冷水圈工作的控制系统，控冷水圈包括外钢圈、设在外钢圈中的内钢圈和封住外钢圈和内钢圈之间空间的端面板，以及接在外钢圈上的进水管和出水管，在内钢圈上设有若干出水针孔。 

进一步的，所述若干出水针孔在内钢圈上沿轴承钢管输送方向设有3～10排，每排出水针孔在内钢圈上周向均布，前排出水针孔与后排出水针孔之间交错分布。出水针孔交错布置成筛子状，形成均匀水环，有利于轴承钢管均匀冷却。 

进一步的，所述出水针孔为圆台状，出水针孔在内钢圈内表面上的口部直径小于在内钢圈外表面上的口部直径。能够增加出水的压强。 

进一步的，所述进水管通过主水管与水池连通，在主水管上设有增压泵，所述出水管与回收池连通。便于冷却水回收利用。 

进一步的，所述外钢圈的外表面两侧平向设有支架板，支架板通过螺纹紧固件与机架固接，在支架板与机架之间设有调节控冷水圈中心高度的垫板。使 控冷水圈的中心线与轴承钢管的中心线在同一直线上。 

进一步的，所述辊道系统包括沿轴承钢管输送方向设在机架上的若干V形辊道和驱动最先与轴承钢管接触的第一个V形辊道的电机。 

进一步的，所述辊道的轴线与轴承钢管的轴线之间的夹角为75～82°。辊道的轴线与轴承钢管的轴线成一定角度，使轴承钢管在前进过程中同时转动来提高冷却的均匀性。 

另外，本发明还提供一种GCr15轴承钢管坯热轧穿孔后控冷工艺，采用上述控冷装置实现，其特征在于包括以下工艺步骤： 

1)在机架上沿轴承钢管输送方向间隔安装四组控冷装置，每组控冷装置包括三个控冷水圈，热轧穿孔后的轴承钢管在V形辊道上进行水冷和空冷交替冷却； 

2)轴承钢管经过8～15秒后送出控冷装置； 

其中，热轧穿孔后的轴承钢管的温度控制在850～910℃以上，V形辊道的线速度在0.4～2m/s，水冷时间与空冷时间之比为1∶6～8；轴承钢管送出控冷装置后的表面温度控制在550～620℃，表面返红温度控制在620～680℃，返红时间在1～3秒。 

进一步的，所述轴承钢管在热轧穿孔后的温度优选控制在900℃以上。 

进一步的，所述控冷水圈中从出水针孔出水的水压大于0.5Mpa。 

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：在保证钢管表面不产生裂纹的情况下，抑制网状碳化物的析出，获得细片状索氏体组织，有利缩短球化退火时间和提高球化退火组织级别，降低了生产成本，提高了生产效率。 

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明： 

图1为本发明一种实施例的结构示意图； 

图2为控冷水圈的结构示意图； 

图3为出水针孔在内钢圈上的分布示意图； 

图4为出水针孔的结构示意图； 

图5为通过垫板调节控冷水圈中心高度的结构示意图。 

具体实施方式

如图1至5所示本发明一种实施例的结构示意图，GCr15轴承钢管坯热轧穿孔后控冷装置，包括设在机架1上检测轴承钢管进出控冷水圈时的温度、环境温度及冷却水的温度、水量和水压的检测装置、冷却轴承钢管的控冷水圈2、输送轴承钢管的辊道系统和采集检测装置测得数据控制控冷水圈工作的控制系统，控冷水圈包括外钢圈21、设在外钢圈中的内钢圈22和封住外钢圈和内钢圈之间空间的端面板23，以及接在外钢圈上的进水管24和出水管25，在内钢圈上设有若干出水针孔26。若干出水针孔在内钢圈上沿轴承钢管输送方向设有3～10排，在本实施例中，设有5排出水针孔，具体数量根据冷却强度要求作出改变；每排出水针孔在内钢圈上周向均布，前排出水针孔与后排出水针孔之间交错分布。出水针孔为圆台状，出水针孔在内钢圈内表面221上的口部直径小于在内钢圈外表面222上的口部直径。 

控冷装置中的核心部件是控冷水圈，其中内钢圈的直径为轴承钢管直径2.5～3.5倍；外钢圈的直径为内钢圈直径的1.8～2.5倍；内钢圈壁厚为5～6mm，在内钢圈沿轴向间隔15～20mm在圆周圆弧上间隔8～15mm打Φ1～2mm的出水针孔，沿轴承钢管运动方向设有3～10排，出水针孔沿圆周方向均匀分布、沿轴向交错布置呈筛子状，形成均匀水环。 

上述实施例中，进水管通过主水管3与水池4连通，在主水管上设有增压泵5，保证水压大于0.5MPa。出水管与回收池连通。控冷装置中进水管采用外 径为Φ25～30mm的钢管，供12个水圈的主水管的内径不小于100mm。 

检测装置的测温系统采用远红外线测温仪及微机系统，根据检测到的环境温度、水温、水压、水量及轴承钢管规格，按进入控冷装置前的轴承钢管温度调节辊道速度，达到轴承钢管出控冷装置的目标温度。控制系统是通过采集检测装置的数据，根据轴承钢管规格，调节辊道电机的转速及每个控冷水圈的开或关：检测轴承钢管出口温度，与目标控制温度比较，在保证轴承钢管不出现裂纹，以最大的冷却速度冷却，最终确定最佳的辊道转速和控冷水圈的开或关；将获得的调整参数自动存入数据库中，以便控制系统能够自适应来完成，降低人工干预的时间。 

另外，在外钢圈的外表面两侧平向设有支架板27，支架板通过螺纹紧固件11与机架固接，在支架板与机架之间设有调节控冷水圈中心高度的垫板12。所述辊道系统包括沿轴承钢管输送方向设在机架上的若干V形辊道6和驱动最先与轴承钢管接触的第一V形辊道的电机。辊道的轴线与轴承钢管的轴线之间的夹角为75～82°，这样轴承钢管边前进边旋转，提高冷却的均匀性，在本实施例中优选了80°，V形辊道有利于保证轴承钢管从控冷水圈的中心通过。 

另外本发明还提供了一种GCr15轴承钢管坯热轧穿孔后控冷工艺，采用上述控冷装置实现，其特征在于包括以下工艺步骤： 

1)在机架上沿轴承钢管输送方向间隔安装四组控冷装置，每组控冷装置包括三个控冷水圈，热轧穿孔后的轴承钢管在V形辊道上进行水冷和空冷交替冷却； 

2)轴承钢管经过8～15秒后送出控冷装置； 

其中，热轧穿孔后的轴承钢管的温度控制在850～910℃以上，V形辊道的线速度在0.4～2m/s，水冷时间与空冷时间之比为1∶6～8；轴承钢管送出控冷 装置后的表面温度控制在550～620℃，表面返红温度控制在620～680℃，返红时间在1～3秒。厚壁大管的表面返红温度偏低，薄壁小管的表面返红温度偏高；轴承钢管送出控冷装置后的表面温度不得低于500℃，以防轴承钢管开裂或组织不良，轴承钢管出控冷装置反红后采用堆冷或空冷的方式。 

所述轴承钢管在热轧穿孔后的温度优选控制在900℃以上；所述控冷水圈中从出水针孔出水的水压大于0.5Mpa。控制管坯热轧穿孔后的终轧温度，确保轴承钢管进入第一个控冷水圈前为单一奥氏体组织，即可以控制轴承钢管的开轧温度在1080～1150℃，经过8～12秒的穿孔，然后脱顶杆，移送到控冷装置经过5～8秒，到达第一个控冷水圈前大约在950℃。 

实施例一： 

热轧穿孔后的轴承钢管的温度控制在1000℃，V形辊道的线速度在2m/s，水冷时间与空冷时间之比为1∶8，轴承钢管经过15秒后送出控冷装置；轴承钢管送出控冷装置后的表面温度控制在600℃，表面返红温度控制在650℃，返红时间为1秒。 

实施例二： 

热轧穿孔后的轴承钢管的温度控制在980℃，V形辊道的线速度在1.6m/s，水冷时间与空冷时间之比为1∶7，轴承钢管经过10秒后送出控冷装置；轴承钢管送出控冷装置后的表面温度控制在620℃，表面返红温度控制在680℃，返红时间为1.5秒。 

实施例三： 

热轧穿孔后的轴承钢管的温度控制在950℃，V形辊道的线速度在1.2m/s，水冷时间与空冷时间之比为1∶7，轴承钢管经过12秒后送出控冷装置；轴承钢管送出控冷装置后的表面温度控制在570℃，表面返红温度控制在620℃，返红 时间为2秒。 

实施例四： 

热轧穿孔后的轴承钢管的温度控制在920℃，V形辊道的线速度在0.8m/s，水冷时间与空冷时间之比为1∶6，轴承钢管经过8秒后送出控冷装置；轴承钢管送出控冷装置后的表面温度控制在590℃，表面返红温度控制在650℃，返红时间为3秒。 

实施例五： 

热轧穿孔后的轴承钢管的温度控制在910℃，V形辊道的线速度在0.4m/s，水冷时间与空冷时间之比为1∶6，轴承钢管经过10秒后送出控冷装置；轴承钢管送出控冷装置后的表面温度控制在550℃，表面返红温度控制在620℃，返红时间为3秒。 

在实际生产中，穿制Φ47×5.5轴承钢管，穿孔后轴承钢管进入控冷装置前的温度在970℃左右，经过13秒控冷后，温度降到600℃左右，然后取样，观察轴承钢管内外表面，没有发现裂纹，金相组织明显比空冷均匀细小。 

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。