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具体16mn无缝钢管构筑成形方法

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具体来说是通过构筑方式实现16mn无缝钢管或16mn无缝钢管基材料成形的加工方法。背景技术:16mn无缝钢管材料是人类历史发展中最不可或缺的材料,实现大尺寸16mn无缝钢管器件的低成本制造本发明涉及一种16mn无缝钢管材料制造方法。基于其得天独厚的廉价性、强韧性、耐久性等特点,16mn无缝钢管在当代材料工业中始终占据主导地位。经过数千年的积累,人类已掌握一整套相当成熟的16mn无缝钢管材料生产技术,例如传统的钢铁生产历经冶炼、浇铸、压力加工和热处理工序,产品质量稳定,价格低廉。近年来出现的16mn无缝钢管基复合材料结合了16mn无缝钢管材料与非16mn无缝钢管材料的优点,具有比重小、比强度高等特点,进一步拓宽了16mn无缝钢管材料的应用范围。一些关键领域对复合界面的结合强度要求较高,传统的爆炸复合方式由于在常温下压力复合,界面上存在显微缺陷,已难以满足要求,需要开发更加可靠、更加安全的新的16mn无缝钢管复合方法。技术实现要素:本发明的目的于提供一种制备大型16mn无缝钢管材料或复合16mn无缝钢管材料的构筑成形方法,以铸坯、锻坯、轧坯等为基元,通过表面加工和清洁后,将多个基元封装在一起,并使界面内部保持高真空状态,然后施加以镦粗变形、锻间保温、多向锻造为特点的锻焊工艺,最终制备优质大型16mn无缝钢管器件。其中锻焊是指在高温锻造过程中,

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通过不同基元间的原子扩散使界面充分焊合而实现冶金连接的过程。本发明的技术方案为:一种16mn无缝钢管构筑成形方法,包括如下步骤:首先制备基元:将多块小规格16mn无缝钢管坯(可为铸坯、锻坯或轧坯)下料为指定尺寸,通过机械加工方式将表面加工平整,露出新鲜16mn无缝钢管,并采用有机溶剂清洗洁净,处理后的坯料称之为基元;然后将基元构筑、封焊成预制坯:将多块基元按照使用需求进行排列组合,堆垛成大规格长方体或圆柱体,采用廉价16mn无缝钢管板将构筑后的坯料整体封装成箱,并对箱内抽真空处理;或采用真空焊接方式分别将各基元间的界面封装;封装后的坯料称之为预制坯;然后将预制坯锻焊成毛坯:将封装后的预制坯加热到指定温度出炉,液压机上进行锻造,实施镦粗变形、锻间保温的措施,使界面充分焊合,实现冶金连接,成为一体化的毛坯;最后成形为器件:将毛坯采用锻造、轧制等压力加工方式进一步成形,采用机加工方式精确成形为最终规格尺寸。该方法的具体步骤如下:第一步,按照预先计算好的尺寸规格裁切16mn无缝钢管坯;第二步,加工、清洗16mn无缝钢管坯表面;第三步,按照使用需求将多块16mn无缝钢管坯排列组合、堆垛;第四步,将排列后的16mn无缝钢管坯封装,使各接触界面处于真空状态;第五步,对封装后的16mn无缝钢管坯实施锻前加热;第六步,对16mn无缝钢管坯实施(多向)镦粗变形锻焊;第七步,对16mn无缝钢管坯实施保温扩散连接;


,将16mn无缝钢管坯加工成形至最终规格尺寸。所述的16mn无缝钢管构筑成形方法,第一步中,裁切16mn无缝钢管坯时,将坯料裁切成板型。准备合适数量裁切后的板坯,使其叠加之后总高度与宽度/厚度的比例不超过3∶1便于实施镦粗变形。所述的16mn无缝钢管构筑成形方法,第二步中,采用角磨、钢刷打磨16mn无缝钢管坯表面,去除氧化皮,必要时采用铣床加工表面。然后采用丙酮、酒精等有机溶剂清洗表面,保障表面高度清洁,露出新鲜16mn无缝钢管。所述的16mn无缝钢管构筑成形方法,第三步中,按照使用需求,将多块16mn无缝钢管坯排列组合、堆垛成大规格长方体,使边缘对齐。排列方式可为堆垛成多层,每层包括一个基元,也可为堆垛成多层,每层包括多个基元。所述的16mn无缝钢管构筑成形方法,第四步中,采用廉价16mn无缝钢管板将构筑后的坯料整体封装成箱,箱体预留抽真空接口,对箱内抽真空处理后再封堵接口;或将堆垛后的坯料整体放入真空室内,再采用真空焊接方式分别将各基元间的界面封装,封装界面的焊接深度为1050mm所述的16mn无缝钢管构筑成形方法,第五步中,将焊接完成的坯料送入加热炉加热,加热温度为0.8至0.9TmTm为材料的熔点,单位为℃。优选温度为0.85Tm所述的16mn无缝钢管构筑成形方法,第六步中,将加热后的坯料水平放置于锻压机操作平台上,使首次变形方向垂直于坯料内界面最多的方向;采用镦粗板对坯料进行镦粗;首先压下坯料总高度的10-20%;重复此变形动作于长方体坯料的三个法线方向,直至各接触界面均产生变形。

所述的16mn无缝钢管构筑成形方法,第七步中,将镦粗后的坯料送回加热炉加热,实施高温扩散,加热温度为0.85TmTm为材料的熔点,单位为℃;坯料温度均匀后保温时间为3至8小时,优选时间为5小时。所述的16mn无缝钢管构筑成形方法,第八步中,将锻焊成一体的坯料通过锻造、轧制等压力加工方式进一步成形,采用机加工方式精确成形为最终规格尺寸。本发明的物理冶金学和力学分析如下:16mn无缝钢管坯叠加、封焊边缘之后,虽然在宏观上界面两侧的板接触在一起,实际上由于板坯表面存在一定的粗糙度,微观上两块板之间是多点接触,接触点之间存在大量空隙,这种空隙可以等效为孔洞。以其中一个孔洞为例,分析其在坯料镦粗锻造过程的演化历程:如图1所示,a变形开始阶段,孔洞被压扁,晶粒发生畸变;b孔洞宏观上闭合,形成裂纹状缺陷,基体发生再结晶;c裂纹缺陷失稳分解为圆柱体或球状微孔洞;d晶界迁移、晶粒长大,微孔洞在原子扩散作用下逐渐消失,两块板坯之间实现冶金结合。孔洞型缺陷的愈合过程包括孔洞的闭合与闭合表面的焊合:闭合是指孔洞表面在应力应变的作用下实现物理接触,焊合是指闭合表面在一定温度、接触压力以及保温时间的条件下通过扩散、再结晶等方式实现冶金结合。闭合是实现焊合的前提,采用锻造方式加工真空叠焊或真空封箱后的预制坯,预制坯中心的应变量远大于轧制方法,能够保证缺陷的闭合。焊合是实现缺陷完全愈合的关键,发明人前期通过系统的实验研究,发现显微尺度上一些缺陷虽然已经闭合,但尚未焊合,外力作用下极易重新张开。同时,刚刚焊合的界面成分、组织与基体存在较大差异,形成“结合带”这种“瘢痕”组织需变形后长时间高温热处理才能完全消除。基于上述考虑,本发明提出了锻间保温”和“多向锻造”方法实现界面的愈合和成分、组织的均匀化。锻间保温”可以保障通过高温扩散,使变形时微观上仍存在显微孔洞完全愈合;多向锻造”可以保障焊合界面在多个方向上均发生大变形,使界面上残留的氧化膜尽可能地分散到基体当中,降低其对力学性能的危害。上述方法结合使用,可以最大程度上实现界面与基体的一致性。本发明突破了16mn无缝钢管器件的母材只能比其更大的传统思维,使用品质更优、成本更低的小型16mn无缝钢管坯构筑成形,具有如下的优点和有益效果:1实现大尺寸16mn无缝钢管器件的均质化制造。采用多块体积更小的16mn无缝钢管坯作为构筑基元,由于凝固速度快,因此其成分均匀性远远好于传统整体铸造的大型16mn无缝钢管坯,此基础上构筑而成的大尺寸16mn无缝钢管器件不存在显著的宏观偏析。2实现大尺寸16mn无缝钢管器件的致密化制造。采用多块体积更小的16mn无缝钢管坯作为构筑基元,由于凝固速度快,几乎可以实现同时凝固,因此坯料内部集中的缩孔疏松少。焊合界面经变形、保温和多向锻造后,致密性高于传统整体铸坯制成的锻件。3实现大尺寸16mn无缝钢管器件的纯净化制造。采用多块体积更小的16mn无缝钢管坯作为构筑基元,由于制备成本、难度低,因此可采用各种灵活的精炼方法实现基元的纯净化,此基础上构筑而成的大尺寸16mn无缝钢管器件纯净度高于传统整体铸坯制成的锻件。


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