CN102747290B

CN102747290B - 一种经济型耐磨钢管及其制造方法

Info

Publication number: CN102747290B
Application number: CN201210224112.6A
Authority: CN
Inventors: 华蔚; 马越峰; 李红斌; 杨晓臻; 张涛; 毕伟松; 徐鼎华; 姚连登
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: CN102747290A

Abstract

本发明公开一种经济型耐磨钢管及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.42~0.60%、Si：0.10~0.40%、Mn：0.60~1.40%、P≤0.020%、S≤0.010%、Cr：0.20~0.80%、Al：0.010~0.080%、Ti：0.005~0.040%、Ca：0.0010~0.0050%、B≤0.0015%、N：0.0030~0.0100%，余量为Fe和不可避免的杂质。制造方法，包括冶炼、铸造、热轧、制管、焊接、淬火和回火等步骤。通过以上成分及工艺得到的高硬度、高耐磨性耐磨钢焊管，适用于工程机械中极易磨损设备，如混凝土泵车输送管等。

Description

一种经济型耐磨钢管及其制造方法

技术领域

本发明涉及耐磨钢，特别是涉及一种经济型耐磨钢管及其制造方法。

背景技术

当前，随着国内工程机械的快速发展，对材料的需求量越来越大，对材料品质要求也越来越高。混凝土泵车中的输送管道用耐磨管国内需求量就达数十万吨，是高硬度高强度耐磨管的主要应用途径。

我国臂架式混凝土泵车近年来有了快速发展，但产品的精细化设计、制造品质的控制能力、产品的稳定性和工艺方面与国外先进企业还有一定差距，存在着规格系列不规范，零部件国产化不足等问题。

特别值得关注的是国产臂架管的耐磨性问题。国内生产的臂架管耐磨度低，更换频繁，给混凝土现场捣注造成很大麻烦。国产臂架管无法超越国外先进产品已经成了制约臂架式泵车向高精尖发展、领跑世界的瓶颈。国外生产的臂架高耐磨管，德国走在前列，其使用寿命可达8万立方以上。Putzmeister公司布料杆上配置了超耐磨损的双层输送管，根据实践，其寿命是普通输送管的10倍以上。

材料的耐磨性主要取决于其硬度。通过调整成分与热处理工艺，控制耐磨钢硬度和韧性的合理匹配，得到优良的综合机械性能，进而提高冲刷冲击条件下的耐磨性能，使其满足不同磨损工况的需要。

焊接可以解决各种钢材的连接，在工程应用中具有十分重要的作用。焊接冷裂纹是最常出现的焊接工艺缺陷，尤其是当焊接高强耐磨钢时，冷裂纹出现的倾向很大。对于高强度耐磨钢，焊接问题尤为明显。

如中国专利CN200910012360.2公布了一种用热轧卷板制造耐磨钢管的方法，其专利成分(重量%)为0.10～0.22%C、0.15~0.70%Si、0.70~1.70%Mn、0.05～0.40%Cr、0.010～0.075%Al、0.01～0.40%Ni、0.10～0.40%Mo、0~0.35%Cu、0～0.050%Nb、0~0.030%Ti、0~0.050%V、0.0005~0.0040%B、<0.0080%N、0～0.0005%Zr、<0.010%S、<0.020%P，其余为Fe，属于低碳低合金成分体系，钢的Ceq<0.60。该发明目的是提供一种硬度为HBW360-HBW450(相当HRC36~45)、用于石油行业和煤矿液压支架缸体上的耐磨钢管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济型耐磨钢管及其制造方法，其为一种高碳、高硬度耐磨钢管，硬度HRC58~63、钢的Ceq>0.65，适用于工程机械中极易磨损设备，如混凝土泵车输送管等。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明采用高碳低合金成分设计、结合热轧机组的控轧控冷工艺，使热轧卷板坯料表现出较低的屈服强度和较高的延伸率及细小珠光体+铁素体组织。确保钢卷（板）在制管前不进行退火软化热处理就能制管成型并表现出良好的焊接性能，并可以在现有热轧产线及ERW制管产线低成本、大批量生产。

具体地，本发明的一种经济型耐磨钢管，其化学成分重量百分比为：C：0.42~0.60%、Si：0.10~0.40%、Mn：0.60~1.40%、P：≤0.020%、S：≤0.010%、Cr：0.20~0.80%、Al：0.010~0.080%、Ti：0.005~0.040%、Ca：0.0010~0.0050%、B：≤0.0015%、N：0.0030~0.0100%，余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，本发明的耐磨钢管化学成分重量百分比为：C：0.42~0.58%、Si：0.10~0.35%、Mn：0.60~1.30%、P：≤0.010%、S：≤0.005%、Cr：0.20~0.70%、Al：0.010~0.080%、Ti：0.005~0.040%、Ca：0.0010~0.0050%、B：≤0.0015%、N：0.0030~0.0080%，余量为Fe和不可避免的杂质。

在本发明成分设计中：

碳：含量控制在0.42~0.60wt.%范围内。碳是耐磨钢中最基本、最重要的元素，也是最廉价的合金元素，为了达到高硬度、高耐磨性能，本发明钢中碳含量控制范围在0.42~0.60wt.%，优选为0.42~0.58wt.%。

硅：含量控制在0.10~0.40wt.%范围内。硅固溶在铁素体和奥氏体中提高它们的硬度和强度，然而硅含量过高会导致钢的韧性急剧下降。同时考虑到硅与氧的亲和力比铁强，焊接时容易产生低熔点的硅酸盐，增加熔渣和熔化金属的流动性，影响焊缝品质，因此含量不易过多，本发明中控制硅为0.10~0.40wt.%，优选地为0.10~0.35wt.%。

锰：含量控制在0.60~1.40wt.%范围内。锰强烈增加钢的淬透性，降低耐磨钢转变温度和钢的临界冷却速度。但锰含量较高时，有使晶粒粗化的倾向，并增加钢的回火脆敏感性，而且容易导致铸坯中出现偏析和裂纹，降低钢板的性能，本发明中控制锰含量为0.60~1.40wt.%，优选地0.60~1.30wt.%。

铬：含量控制在0.20~0.80wt.%范围内。铬可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性。铬在钢中可以形成(Fe，Cr)3C、(Fe，Cr)₇C₃和(Fe，Cr)₂₃C₇等多种碳化物，提高强度和硬度。铬在回火时能阻止或减缓碳化物的析出与聚集，可以提高钢的回火稳定性，本发明中控制铬含量为0.20~0.80wt.%，优选为0.20~0.70wt.%。

铝：含量控制在0.010~0.080wt.%范围内。铝和钢中氮能形成细小难溶的AlN颗粒，细化钢的晶粒。铝可细化钢的晶粒，固定钢中的氮和氧，减轻钢对缺口的敏感性，减小或消除钢的时效现象，并提高钢的韧性。

钛：含量控制在0.005~0.040wt.%范围内。钛是强碳化物形成元素之一，与碳形成细微的TiC颗粒。TiC颗粒细小，分布在晶界，达到细化晶粒的效果，较硬的TiC颗粒提高钢的耐磨性。钛能形成细小钛化物颗粒细化晶粒，而铝可以保证细小钛化物颗粒的形成，充分发挥钛的细化晶粒作用。

硼：含量小于0.0015wt.%。硼增加钢的淬透性但含量过高将导致热脆现象，影响钢的热加工性能。

钙：含量控制在0.0010~0.0050%。元素对铸钢中夹杂物的变质具有显着作用，铸钢中加入适量Ca元素可将铸钢中的长条状硫化物夹杂转变为球状的CaS或（Ca，Mn）S夹杂，Ca所形成的氧化物及硫化物夹杂密度小，易于上浮排除。此外，Ca元素还显着降低硫在晶界的偏聚，这些都有益于提高铸钢的品质，进而提高钢的性能。

氮：含量控制在0.0030~0.0100%。钢中过多的氮对钢的性能尤其是焊接性能是十分不利的，但控制过严会大幅增加生产成本，因此，含氮量一般控制在0.0030~0.0100%，优选0.0030~0.0080%。

磷与硫：在耐磨钢中，硫与磷均为有害元素，它们的含量要严格控制，本发明所涉及钢种中控制磷含量小于0.020wt.%，优选≤0.010wt.%；硫含量小于0.010wt.%，优选≤0.005wt.%。

本发明的经济型耐磨钢管的制造方法，包括如下步骤；

1)冶炼、铸造

按上述成分冶炼并铸造成板坯；

2)轧制

板坯加热温度1050~1300℃，第一阶段轧制温度950~1020℃，压下率大于80%；第二阶段轧制温度780~900℃，压下率大于60%；

3)冷却、卷取

冷却速度4.0~15℃/s，卷取温度：550~720℃；

通过上述控轧控冷工艺，获得钢板的显微组织为细小铁素体+珠光体组织；

4)焊接

采用高频直缝电阻焊管工艺，焊后去毛刺并矫直；

5)淬火

淬火温度为（Ac₃－50）℃~（Ac₃+100）℃；保温时间为10~30min，冷却速度≥7℃/s。

6)回火

回火温度为100~300℃，保温时间为10~40min。

优选地，所述加热过程中，加热温度为1050~1200℃，能够提高生产效率并防奥氏体晶粒过分长大及钢坯表面严重氧化。

优选地，淬火温度为（Ac₃－20）℃~（Ac₃＋80）℃，出炉后水冷，有利于细化组织，提高力学性能。

优选地，回火温度为100~250℃，出炉后空冷，有利于提高钢板力学性能。

由于本发明中科学设计了碳及合金元素含量，致使钢板具有优异的力学性能（延伸性能等）和成形性能。钢板轧制后不需退火热处理就可直接制管并进行焊接，大幅缩短了工艺流程、提高了生产效率、降低了生产成本。而且，合理的化学成分和热处理工艺设计能够保证钢管热处理后具有优异的耐磨性。

本发明的有益效果

本发明通过合理设计化学成分（C、Si、Mn、Cr等主要元素的含量及配比），控制了碳和合金含量。本发明未添加Ni、Mo、Cu等贵重元素，降低了生产成本。这样的成分设计得到的耐磨钢管不仅硬度高，而且具有可焊接性，适合需要高耐磨的工程机械使用领域。

本发明钢卷（板）在制管前不进行退火热处理，可缩短生产工艺流程，提高生产效率，降低生产成本；

本发明通过将钢管淬火后低温回火，消除了淬火后钢管的内应力，并使钢板有极高的硬度。

由于成分和工艺设计合理，从实施效果来看，本发明耐磨钢管的工艺制度比较宽松，可以稳定地进行工业生产。

本发明的耐磨钢管具有高硬度、高耐磨性，具有很强的适用性。

本发明生产的耐磨钢管典型洛氏硬度为HRC58~63，增强了耐磨钢管的适用性。

附图说明

图1为本发明实施例8的钢板热轧态组织电镜照片。

图2为本发明实施例8钢管淬火+回火态组织电镜照片。

图3为本发明实施例8钢管的实物形貌照片。

具体实施方式

下面用一些实施例对本发明作进一步阐述。这些实施例仅仅是对本发明的一些实施方式的描述，并不对本发明的范围构成任何限制。

实施例1

本发明的耐磨钢管的化学成分如表1所示。按表1所示的化学成分冶炼后将连铸坯或钢锭加热至1230℃，第一阶段轧制温度1010℃，压下率85%，第二阶段轧制温度890℃，压下率76%，冷却速度5.60℃/s，卷取温度720℃，淬火温度为835℃，保温时间为15min，回火温度为130℃，保温时间为15min，回火后空冷。

实施例2

实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1210℃，第一阶段轧制温度1015℃，压下率83%，第二阶段轧制温度840℃，压下率66%，冷却速度4.0℃/s，卷取温度708℃，淬火温度为820℃，保温时间为25min，回火温度为220℃，保温时间为20min，回火后空冷。

实施例3

实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1160℃，第一阶段轧制温度1020℃，压下率85%，第二阶段轧制温度855℃，压下率75%，冷却速度9.5℃/s，卷取温度680℃，淬火温度为880℃，保温时间为28min，回火温度为280℃，保温时间为46min，回火后空冷。

实施例4

实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1050℃，第一阶段轧制温度985℃，压下率81%，第二阶段轧制温度840℃，压下率90%，冷却速度10.5℃/s，卷取温度610℃，淬火温度为835℃，保温时间为40min，回火温度为200℃，保温时间为40min，回火后空冷。

实施例5

实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1050℃，第一阶段轧制温度980℃，压下率86%，第二阶段轧制温度800℃，压下率91%，冷却速度15℃/s，卷取温度580℃，淬火温度为815℃，保温时间为40min，回火温度为160℃，保温时间为60min，回火后空冷。

实施例6

实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1110℃，第一阶段轧制温度1010℃，压下率82%，第二阶段轧制温度860℃，压下率83%，冷却速度14.8℃/s，卷取温度550℃，淬火加热温度为805℃，保温时间为20min，回火温度为100℃，保温时间为30min，回火后空冷。

实施例7

实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1070℃，第一阶段轧制温度960℃，压下率85%，第二阶段轧制温度894℃，压下率81%，冷却速度8.90℃/s，卷取温度675℃，淬火加热温度为820℃，保温时间为45min，回火温度为190℃，保温时间为40min，回火后空冷。

实施例8

实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1180℃，第一阶段轧制温度1010℃，压下率83%，第二阶段轧制温度830℃，压下率62%，冷却速度4.95℃/s，卷取温度710℃，淬火加热温度为860℃，保温时间为35min，回火温度为250℃，保温时间为45min，回火后空冷。

参见图1~图3，图1为实施例8钢钢板轧态组织，显示为铁素体和珠光体组成，保证钢板具有较佳的力学性能和成形性能；图2为实施例8钢管淬火+回火态组织，显示其主要为马氏体组织，这保证了钢管具有较高的硬度和耐磨性；图3为实施例8钢管实物形貌，表明钢板具有较佳的成形性能。

实施例9

实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1160℃，第一阶段轧制温度990℃，压下率86%，第二阶段轧制温度780℃，压下率73%，冷却速度8.2℃/s，卷取温度660℃，淬火加热温度为880℃，保温时间为35min，回火温度为230℃，保温时间为40min，回火后空冷。

实施例10

实施方式同实施例1，其中连铸坯或钢锭加热温度为1300℃，第一阶段轧制温度1000℃，压下率81%，第二阶段轧制温度890℃，压下率90%，冷却速度10.7℃/s，卷取温度630℃，淬火加热温度为825℃，保温时间为35min，回火温度为300℃，保温时间为40min，回火后空冷。

表1本发明实施例1-10及对比例1的化学成分（wt.%）

注：碳当量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15

试验例1：力学性能试验

对本发明实施例1-10的高硬度耐磨钢管及对比例1（专利CN101602079）的力学性能见表2。

表2本发明实施例1-10的高硬度耐磨钢管及对比例1的力学性能

从表2可以看出，本发明实施例1-10经济型耐磨钢管洛氏硬度为HRC58-63，高于与对比钢1的硬度。

Claims

1.一种经济型耐磨钢管，其化学成分重量百分比为：C：0.42～0.60％、Si：0.10～0.40％、Mn：0.60～1.40％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr：0.20～0.80％、Al：0.010～0.080％、Ti：0.005～0.040％、Ca：0.0010～0.0050％、B≤0.0015％、N：0.0030～0.0100％，其余为Fe和不可避免的杂质；并通过如下方法获得，包括：

1)冶炼、铸造

按上述成分冶炼并铸造成板坯；

2)轧制

板坯加热温度1050～1300℃，第一阶段轧制温度950～1020℃，压下率大于80％；第二阶段轧制温度780～900℃，压下率大于60％；

3)冷却、卷取

冷却速度4.0～15℃/s，卷取温度：550～720℃；

4)焊接

采用高频直缝电阻焊管工艺，焊后去毛刺并矫直；

5)淬火

淬火温度为(Ac₃－50)℃～(Ac₃+100)℃；保温时间为10～30min，冷却速度≥7℃/s；

6)回火

回火温度为100～300℃，保温时间为10～40min。

2.如权利要求1所述的耐磨钢管，其特征在于，C：0.42～0.58％、Si：0.10～0.35％、Mn：0.60～1.30％、P≤0.010％、S≤0.005％、Cr：0.20～0.70％、Al：0.010～0.080％、Ti：0.005～0.040％、Ca：0.0010～0.0050％、B≤0.0015％、N：0.0030～0.0080％，其余为Fe和不可避免的杂质。

3.如权利要求1或2所述的耐磨钢管，其特征在于，钢管洛氏硬度为HRC60。

4.如权利要求1或2所述的经济型耐磨钢管的制造方法，包括如下步骤；

1)冶炼、铸造

按上述成分冶炼并铸造成板坯；

2)轧制

3)冷却、卷取

冷却速度4.0～15℃/s，卷取温度：550～720℃；

4)焊接

采用高频直缝电阻焊管工艺，焊后去毛刺并矫直；

5)淬火

6)回火

回火温度为100～300℃，保温时间为10～40min。

5.如权利要求4所述的经济型耐磨钢管的制造方法，其特征在于，加热温度为1050～1200℃，第一阶段轧制温度980～1020℃，压下率大于80％；第二阶段轧制温度780～900℃，压下率大于60％。

6.如权利要求4所述的经济型耐磨钢管的制造方法，其特征在于，所述的步骤3)中控制冷却速度为4.0～12.5℃/s，卷取温度为580～720℃。

7.如权利要求4所述的经济型耐磨钢管的制造方法，其特征在于，淬火温度为(Ac₃－20)℃～(Ac₃+80)℃。

8.如权利要求4所述的经济型耐磨钢管的制造方法，其特征在于，回火温度为100～250℃。

9.如权利要求4所述的经济型耐磨钢管的制造方法，其特征在于，耐磨钢管洛氏硬度为HRC60。