專利名稱：一種高強度鋼半弦管的成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半弦管成型方法，具體的說，是涉及高強度鋼半弦管成型方法，適 用于海洋工程自升式鉆井平臺樁腿建造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)大多采用半管成型軋制機來解決鋼帶一次成型問題，如，
公開日為2009 年3月8日公布的、發(fā)明名稱為“一種半管成型軋制機”的中國發(fā)明專利申請公開的軋制機， 其主要用來軋制剛度小、撓性好的半管，但卻不適于用來成型高強度鋼的半弦管?，F(xiàn)有的用于海洋工程自升式鉆井平臺樁腿建造的半弦管，是使用鋼材為機械性能 優(yōu)異的特種高屈服強度合金鋼板制作而成的。其成型方法有以下兩種1.冷成型。其優(yōu)點是對模具性能要求較低，不需考慮耐熱性，也不需進行熱處理， 對工藝要求較低，操作簡單，生產(chǎn)效率高，比較安全。其缺點一是成型所需壓力大，必須使用 大功率的壓力機；缺點二是壓制的半弦管較短，增加了后續(xù)的焊接工作量，同時也帶來了更 多不穩(wěn)定和不確定因素；缺點三是冷壓的應(yīng)力得不到釋放，在焊接時極易產(chǎn)生裂紋。因此， 也會相應(yīng)地增加樁腿的建造成本和時間。2.熱壓成型。其解決了冷成型的部分缺點，但是壓制的長度仍然較短，另外采用豎 直入水的方式淬火，每次只能調(diào)質(zhì)一根半弦管，且由于入水時間不一致導致半弦管各部分 性能并不均勻。除以上兩種成型工藝方法，還有部分廠家將無縫鋼管切割為兩半圓，用以制作半 弦管，該種方法雖然減少了中間步驟，但同時帶來了制作成本的激增。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高強度鋼半弦管的熱壓和熱處理的成型 工藝，以解決冷壓工藝需要大型壓力機，而壓制的半弦管卻較短，以及應(yīng)力無法釋放，焊接 時容易產(chǎn)生裂紋等缺陷，從而有效減少返修的時間和費用。本發(fā)明的又一目的是解決熱壓成型半弦管各部分性能不均勻的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的高強度鋼半弦管的成型方法，包括切割步驟，用于將高強度鋼板切割成適寬方形鋼板坯；加熱壓制步驟，用于將所述方形鋼板坯加熱至Ara以上30-50°C后進行保溫，再將 所述方形鋼板坯通過相應(yīng)模具壓制成半弦管；淬火步驟，用于將所述半弦管平行橫向放置到加熱爐內(nèi)并加熱至Ara以上30-50°C 后進行保溫，再將所述半弦管平放快速淬火冷卻；高溫回火步驟，用于將經(jīng)過淬火后的半弦管加熱至550-650°C以上并保溫，再進行 冷卻至室溫步驟。上述的高強度鋼半弦管的成型方法，其中，在所述高溫回火步驟之后，還包括進行 機械性能測定步驟，若性能測定不合格，則重復(fù)淬火步驟和高溫回火步驟。
上述的高強度鋼半弦管的成型方法，其中，在所述機械性能測定步驟之后，還包括 進行整形和/或坡口加工的步驟。上述的高強度鋼半弦管的成型方法，其中，還包括在淬火步驟中待半弦管淬火冷 卻至室溫后，進行自然風干的步驟。上述的高強度鋼半弦管的成型方法，其中，在所述加熱壓制步驟中，所述保溫時間 為 40 80min。上述的高強度鋼半弦管的成型方法，其中，在所述加熱壓制步驟中，所述方形鋼板 坯壓制成半弦管后，還需保壓20 60s。上述的高強度鋼半弦管的成型方法，其中，在淬火步驟中，將多根所述半弦管同時 平行橫向放置加熱爐內(nèi)，且同時取出以大于臨界冷卻速度平放入循環(huán)水槽內(nèi)進行淬火。上述的高強度鋼半弦管的成型方法，其中，用于壓制的加熱溫度為900°C以上。上述的高強度鋼半弦管的成型方法，其中，用于淬火的加熱溫度為900°C以上。上述的高強度鋼半弦管的成型方法，其中，用于高溫回火的加熱溫度為600°C以 上。上述的高強度鋼半弦管的成型方法，其中，在所述切割步驟之前，還包括進行鋼板 來料檢驗和鋼印轉(zhuǎn)移記錄的步驟。上述的高強度鋼半弦管的成型方法，其中，在所述加熱壓制步驟、淬火步驟和/或 高溫回火步驟中，還包括記錄板號、加熱時間和溫度的步驟。本發(fā)明的有益效果在于一方面將之前制作半弦管時常用的冷壓工藝改為熱壓工 藝，并進行熱處理和整形，使成型后的半弦管機械性能和尺寸精度達到使用要求，解決了冷 壓工藝需要大型壓力機，而壓制的半弦管卻較短，以及應(yīng)力無法釋放，焊接時容易產(chǎn)生裂紋 等缺陷，從而可以有效減少返修的時間和費用。另一方面，采用熱壓方式使壓制的半弦管長 度從約3-4米提高到約7米，同時淬火時將半弦管采用平行橫向放置方式以大于臨界冷卻 速度淬火冷卻，使得半弦管各部分性能均勻可靠，并且同時可以制作多根半弦管。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
圖1為高強度鋼半弦管結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為本發(fā)明高強度鋼半弦管的制作流程圖；圖3為本發(fā)明高強度鋼半弦管的制造設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本發(fā)明一實施例的高強度鋼半弦管的詳細制作流程圖。其中，附圖標記1000-半弦管1-切割機2-加熱爐3_壓力機4-熱處理裝置41-第二加熱爐42-循環(huán)水槽
10-切割存放區(qū)20-加熱爐區(qū)30-壓力機區(qū)40-冷卻區(qū)
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細的描述，以更進一步了解 本發(fā)明的目的、方案及功效，但并非作為本發(fā)明所附權(quán)利要求保護范圍的限制。如圖1所示，本發(fā)明涉及的半弦管1000為高強度鋼半弦管，主要用于海洋工程自 升式鉆井平臺樁腿建造，需要說明的是，本發(fā)明所說的高強度鋼指的是屈服強度在690Mpa 以上的調(diào)質(zhì)合金鋼。但對于屈服強度低于690Mpa的調(diào)質(zhì)合金鋼，采用本發(fā)明方法進行半弦 管加工，若僅僅是加熱溫度及保溫、保壓時間改變，也應(yīng)當屬于本發(fā)明的保護范圍。如圖2所示，本發(fā)明的高強度鋼半弦管的成型方法，主要包括—、切割步驟SlOO(即，將高強度鋼板切割成方形鋼板坯步驟)當然，在該步驟 SlOO之前還包括進行鋼板來料檢驗和鋼印轉(zhuǎn)移記錄的步驟，也就是說，在切割鋼板之前需 依照船級社規(guī)范對鋼板進行來料檢驗和鋼印轉(zhuǎn)移，并做好相應(yīng)記錄，其中，來料檢驗可以采 用電子掃描方式。另外，步驟SlOO中常采用火焰切割方式將高強度鋼板切割成方形鋼板 坯，該方形鋼板坯的寬度需綜合考慮設(shè)計要求、壓力機和模具的各項參數(shù)后決定，以使鋼板 既可順利進出模具，又不致因在模具內(nèi)移動而造成壓制時的扭曲變形。二、加熱壓制步驟S200(即，將上述鋼板坯加熱至Ac3以上30-50°C后，進行將鋼板 坯壓制成半弦管的步驟)該步驟S200具體為將切好的鋼板坯放入加熱爐中，設(shè)定溫度 加熱至Ac3以上30-50°C以上，并保溫一段時間(其中溫度和保溫時間的選擇與加熱爐、外 界環(huán)境狀況、板材材質(zhì)及厚度等因素有關(guān)，該步驟需結(jié)合計算機記錄板號、時間、溫度等相 關(guān)數(shù)據(jù)，以便追蹤和對機械性能實驗數(shù)據(jù)進行分析。后敘的所有加溫過程均需如此)；然后 將紅熱狀態(tài)的鋼板坯依次通過送料小車移入壓力機，使用壓力機和特制的耐高溫半弦管模 具，將鋼板坯壓制成半弦管并保壓一定時間后取出。此過程必須在較短時間內(nèi)完成，否則溫 度較低的鋼板在壓制后極易卡死在胎模上而無法取下。三、淬火步驟S300(即，將上述至少兩根半弦管采用平行橫向放置的方式進行淬 火步驟)熱壓后的半弦管需進行淬火、高溫回火處理，方可得到機械性能達到標準和使用 要求的半弦管，這是半弦管淬火、高溫回火處理的目的。根據(jù)半弦管的厚度，用加熱爐配套 的叉車將至少兩根半弦管平行橫向放入加熱爐中。設(shè)定溫度加熱至Ac3以上30-50°C以上， 并保溫一段時間。然后，用叉車將此至少兩根半弦管同時從加熱爐中取出，之后以大于臨界 冷卻速度移入循環(huán)水箱中淬火冷卻。在該步驟后還包括一自然風干步驟待半弦管淬火冷 卻至100°C以下時，從水箱中取出自然風干。四、高溫回火步驟S400( S卩，將上述至少兩根半弦管采用平行橫向放置的方式進 行回火調(diào)質(zhì)的步驟)將上述干燥的半弦管再次放入加熱爐中進行回火處理，設(shè)定溫度加 熱至550-650°C，并保溫一段時間，然后取出自然冷卻至室溫。五、取樣及機械性能測定步驟S500 在半弦管一端取試樣，測定其機械性能，包括 拉伸強度、屈服強度、低溫沖擊功和延伸率等值。如全部通過，則可進入下一道步驟；如未通過，則需進行二次調(diào)質(zhì)，重復(fù)以上淬火步驟和高溫回火步驟后重新取樣實驗，直至各項指標 全部合格。六、整形和坡口加工步驟S600 對在淬火過程中發(fā)生形變的半弦管，為了保證半 弦管的尺寸精度，在取樣及機械性能測定步驟S500對機械性能測定合格的半弦管有必要 進行整形和/或坡口加工。對應(yīng)的，如圖3所示，實現(xiàn)上述高強度鋼半弦管成型工藝的制造設(shè)備，包括用于切 割高強度鋼板成方形鋼板坯的切割機1、用于均熱所述方形鋼板坯的加熱爐2、用于將均熱 了的方形鋼板坯壓制成半弦管的壓力機3、和進行淬火和回火的熱處理裝置4，該切割機1、 加熱爐2、壓力機3和熱處理裝置4依次連續(xù)地配置構(gòu)成一條生產(chǎn)線，此處的熱處理裝置4 包括用于對壓制成的半弦管進行加熱、保溫的第二加熱爐41和以及進行淬火冷卻用的循 環(huán)水箱42，同時結(jié)合參閱圖4，切割機1設(shè)置在生產(chǎn)線的切割存放區(qū)10，加熱爐2和第二加 熱爐41設(shè)置在生產(chǎn)線的加熱爐區(qū)20，壓力機3設(shè)置在生產(chǎn)線的壓力機區(qū)30，循環(huán)水箱42 設(shè)置在生產(chǎn)線的冷卻區(qū)40。當然，切割存放區(qū)10還可設(shè)置有取樣設(shè)備、機械性能測定裝置 及坡口加工裝置。另外，針對此生產(chǎn)線，還可在切割機1與加熱爐2之間、加熱爐2和壓力 機3之間、壓力機3和熱處理裝置4配置送料小車。參閱圖4，為本發(fā)明一實施例的高強度鋼半弦管的詳細制作流程圖，并結(jié)合參閱圖 3。利用上述的制造設(shè)備加工高強度鋼半弦管的詳細步驟為SlOO 在切割存放區(qū)利用切割機將鋼板切割成鋼板坯，此處的切割方式較佳地為 火焰切割方式，在切割鋼板之前，可采用電子掃描方式對來料進行檢驗，并結(jié)合計算機做好 鋼印轉(zhuǎn)移記錄；S201 將切好的鋼板(即，鋼板坯)利用送料小車放入加熱爐區(qū)20的加熱爐2內(nèi)；S202 將鋼板坯加熱至Ac3以上30_50°C以上并保溫40 80min，較佳地，該處的加 熱溫度為900°C以上，保溫時間為60min ；S203 利用送料小車將上述鋼板坯依次移至壓力機3，通過壓力機并結(jié)合半弦管 對應(yīng)的模具將鋼板坯壓制成半弦管，并保壓20 60s，較佳地，該保壓時間為30s ；S301 從壓力機中取出壓制成的半弦管，放置在切割存放區(qū)的架子上；S302 將上述的3 4根半弦管平行橫向放置入加熱爐區(qū)20的第二加熱爐41內(nèi)；S303 加熱至Ac3以上30-50°C以上并保溫40 80min，較佳地，該處的加熱溫度為 900°C以上，保溫時間為60min ；S304 將上述S303步驟制得的半弦管平行橫向以大于臨界冷卻速度浸入循環(huán)水 槽42進行冷卻；S305 取出冷卻后(冷卻至室溫)的半弦管，放置在切割存放區(qū)10的架子上，進行 自然晾干；S401 將3 4根上述干燥的半弦管再次平行橫向放置入加熱爐區(qū)的第二加熱 爐；S402:加熱至550-650°C以上并保溫80 160min，較佳地，該處的加熱溫度為 600°C以上，保溫時間為120min ；S403 將S402步驟處理后的半弦管放置在切割存放區(qū)10的架子上，冷卻至室溫；S500:對冷卻至室溫的半弦管取樣，進行機械性能測定，包括拉伸強度、屈服強度、低溫沖擊功和延伸率的測定，測定合格的半弦管將進入步驟S601，測定不合格的半弦管將 進入步驟S302，重復(fù)以上淬火、高溫回火過程后重新取樣實驗，直至各項指標全部合格。S601 對測定合格的半弦管在切割存放區(qū)進行切割，以去除荒料；S602 對去除荒料的半弦管在壓力機區(qū)30采用壓力機3對其進行整形；S603 對整形后的半弦管在切割存放區(qū)進行坡口加工；S604:對坡口加工完的半弦管進行尺寸報驗，合格的半弦管進入步驟S605，不合 格的半弦管進入步驟S602，重復(fù)以上整形、坡口加工過程后重新尺寸報驗，直至尺寸合格。S605 半弦管放置在切割存放區(qū)備用。從上面的描述可以看出，本發(fā)明采用加熱壓制的方式，解決了現(xiàn)有技術(shù)采用冷壓 工藝需要大型壓力機，而壓制的半弦管卻較短，以及應(yīng)力無法釋放，焊接時容易產(chǎn)生裂紋等 缺陷，從而有效減少了返修的時間和費用。并且，采用熱壓方式還可使壓制的半弦管長度從 約3-4米提高到約7米，同時淬火及高溫回火時將半弦管采用平行橫向放置方式，使得半弦 管各部分性能均勻可靠，不僅如此，還可同時制作多根半弦管。當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，如淬火介質(zhì)的改變，高強度鋼屈服強度的不 同等，其可能所需的加熱溫度及保溫、保壓時間會有所不同，但在不背離本發(fā)明精神及其實 質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些 相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種高強度鋼半弦管的成型方法，其特征在于，包括切割步驟，用于將高強度鋼板切割成適寬方形鋼板坯；加熱壓制步驟，用于將所述方形鋼板坯加熱至Ara以上30-50°C后進行保溫，再將所述 方形鋼板坯通過相應(yīng)模具壓制成半弦管；淬火步驟，用于將所述半弦管平行橫向放置到加熱爐內(nèi)并加熱至Ara以上30-50°C后進 行保溫，再將所述半弦管平放以大于臨界冷卻速度淬火冷卻；高溫回火步驟，用于將經(jīng)過淬火后的半弦管加熱至550-650°C以上并保溫，再進行冷卻 至室溫步驟。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的高強度鋼半弦管的成型方法，其特征在于，在所述高溫回火步驟 之后，還包括進行機械性能測定步驟，若性能測定不合格，則重復(fù)淬火步驟和高溫回火步馬聚ο
3.根據(jù)權(quán)利2所述的高強度鋼半弦管的成型工藝，其特征在于，在所述機械性能測定 步驟之后，還包括進行整形和/或坡口加工的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利1、2或3所述的高強度鋼半弦管的成型方法，其特征在于，還包括在淬火步 驟中待半弦管淬火冷卻至室溫后，進行自然風干的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利1、2或3所述的高強度鋼半弦管的成型方法，其特征在于，在所述加熱壓制 步驟中，所述保溫時間為40 80min。
6.根據(jù)權(quán)利1、2或3所述的高強度鋼半弦管的成型方法，其特征在于，在所述加熱壓制 步驟中，所述方形鋼板坯壓制成半弦管后，還需保壓20 60s。
7.根據(jù)權(quán)利1、2或3所述的高強度鋼半弦管的成型方法，其特征在于，在淬火步驟中， 將多根所述半弦管同時平行橫向放置加熱爐內(nèi)，且同時取出以大于臨界冷卻速度平放入循 環(huán)水槽內(nèi)進行淬火。
8.根據(jù)權(quán)利1、2或3所述的高強度鋼半弦管的成型方法，其特征在于，用于壓制的加熱 溫度為900°C以上。
9.根據(jù)權(quán)利1、2或3所述的高強度鋼半弦管的成型方法，其特征在于，用于淬火的加熱 溫度為900°C以上。
10.根據(jù)權(quán)利1、2或3所述的高強度鋼半弦管的成型方法，其特征在于，用于高溫回火 的加熱溫度為600°C以上。
11.根據(jù)權(quán)利1、2或3所述的高強度鋼半弦管的成型方法，其特征在于，在所述切割步 驟之前，還包括進行鋼板來料檢驗和鋼印轉(zhuǎn)移記錄的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利1、2或3所述的高強度鋼半弦管的成型方法，其特征在于，在所述加熱壓 制步驟、淬火步驟和/或高溫回火步驟中，還包括記錄板號、加熱時間和溫度的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強度鋼半弦管的成型方法，包括切割步驟，用于將高強度鋼板切割成適寬方形鋼板坯；加熱壓制步驟，用于將所述方形鋼板坯加熱至AC3以上30-50℃后進行保溫，再將所述方形鋼板坯通過相應(yīng)模具壓制成半弦管；淬火步驟，用于將所述半弦管平行橫向放置到加熱爐內(nèi)并加熱至AC3以上30-50℃后進行保溫，再將所述半弦管平放以大于臨界冷卻速度淬火冷卻；高溫回火步驟，用于將經(jīng)過淬火后的半弦管加熱至550-650℃以上并保溫，再進行冷卻至室溫步驟。通過本發(fā)明方法制得的半弦管較長，且各部分性能均勻，還可同時制作多根半弦管。
文檔編號F16S3/00GK102116409SQ20101003368
公開日2011年7月6日 申請日期2010年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月4日
發(fā)明者劉金程, 孫祿吉, 季春曉, 朱立軍, 王德江, 荊仁三, 郝學軍 申請人:煙臺來福士海洋工程有限公司