[发明专利]由难加工材料制成、特别是由钢制成的无缝空心体的热锻方法

说明书

本发明涉及通过热锻工艺热锻无缝空心体的方法，所述空心体由难加工的材料制成，特别是由钢制成，所述难加工的锻造材料具有在成形温度下超过150MPa的屈服强度，而所述屈服强度为自然对数应变为0.3和应变速率为10/s时的强度。为了改进无缝热加工出的金属空心体的热锻生产方法，使其能够实现高质量的空心体内表面，同时能够提高锻造芯棒的工具寿命，提出根据与锻造部分的待形成的截面相关的变形程度实施所述热锻，所述锻造部分的对数应变ln(A0/A1)小于1.5，而所述锻造部分的理论应变速率小于5/s；其中，A0为待锻造的空心体的局部横截面积，以m²为单位；而A1为已锻造成形的空心体的局部横截面积，以m²为单位；以及所述应变速率是与最终锻造的空心体的外径相关的待锻造的空心体的最大速度，以m/s为单位，而所述外径以m为单位。

技术领域

根据权利要求1的前序部分可知，本发明涉及一种由难加工材料制成、特别是由钢制成的无缝空心体的热锻方法。本发明特别涉及由难加工材料制成的管子，所述管子通过热锻方法制成。

背景技术

根据曼尼斯曼兄弟工具股份有限公司(Brüder Mannesmann)的由加热坯料制成厚壁的无缝空心毛坯管之发明，该发明提出了多种方案以在进一步的热加工步骤中于恒温加热下拉伸这一空心毛坯管。一般而言，这一方面公知的关键词有连轧、顶管、芯棒轧管以及周期式轧管。

所有上述方法在不同的轧制尺寸范围和材料方面均具有一定优点，其中的尺寸范围和材料有重叠。连轧和芯棒轧管应用于5英寸至18英寸的平均尺寸范围，而周期式轧管应用于上至26英寸的尺寸范围。对于厚度范围为30mm以上的厚壁而言，连轧和芯棒轧法并不非常适用；然而，这种厚度对于周期式轧管而言是没有问题的，但具有较慢的生产周期。

对于通过热轧加热坯料来生产无缝管而言，冲孔-延伸轧制-压延轧制这三个步骤是其所特有的。

在改变尺寸时，所有上述方法的缺点在于：需要或多或少的长的生产转换时间以及小批量生产的高生产成本，而小批量生产需要频繁的生产转换。

通过使用公开号为WO 2006/045301 A1的国际专利申请中所披露的方法可消除上述缺点，其中，以形式为径向锻造的成形步骤代替了目前公知的涉及轧制(延伸轧制和压延轧制)的第二和第三成形步骤。所述径向锻造使用了滑入空心坯料内部的工具和锻造机的至少两个作用在空心坯料外周面上的锻造钳爪(forging jaw)。其中，于锻造钳爪的空行程阶段，空心坯料的轴向移动和旋转同步进行。根据控制类型，空心坯料的旋转和轴向进给能够发生在同一时间或在时间上错开。

凭借这种特别适用于小批量生产的极高效方法，能够以特别有益的方式生产周长超过500mm且长度超过4000mm的管子。

然而，已经证明上述方法已不再是锻造难加工材料的最优设计方案。难加工的材料包括金属材料，特别是屈服强度在成形温度、即锻造温度下超过150MPa的钢，其中，所述屈服强度为自然对数应变为0.3和应变速率为10/s时的强度。举例来说，这些刚是铬含量超过5.0％重量百分比的钢、双相钢、镍基合金或难熔金属。

取决于待锻造的材料，一般的锻造温度至少是材料熔化温度的70％。举例来说，因科内尔铬镍铁合金718的锻造温度至少为850℃。

在锻造加工过程中，在锻造难加工的材料的情况下，锻造开始不久，由于极大的成形力的作用，作为内部工具的锻造芯棒上会出现磨损和结块，或者会出现锻造芯棒与空心坯料热焊接在一起。这样会使锻造加工终止，或至少会产生有缺陷的管内表面并明显降低锻造芯棒的使用寿命。由此，明显限制了针对难加工材料的锻造加工的经济可用性。