CN102000954A - 一种连轧管机限动芯棒的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是包括：采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得4Cr5MoSiV1钢；出钢后浇注成方锭；将方锭红送至轧机初轧开坯成电渣重熔电极；采用双极串联电渣炉重熔，电渣渣系采用质量比例为CaF2∶Al2O3∶MgO＝60∶35∶5的三元渣系；锻造坯料，轧制芯棒毛坯，组织预处理；再经成品热处理，即将粗车后芯棒毛坯采用1000～1050℃保温1～6h的油冷淬火、然后在550～650℃保温5～10h油冷回火2～3次，制得连轧管机限动芯棒产品。采用本发明，制得的限动芯棒能够全面满足限动芯棒性能要求、特别是横向冲击韧性等性能的要求。
Description
技术领域
本发明属于铁基合金钢产品的制造方法，涉及一种连轧管机限动芯棒的制造方法，特别涉及4Cr5MoSiV1连轧管机限动芯棒的制造方法。生产的产品适用作无缝钢管连轧机组用限动芯棒。
背景技术
限动芯棒是无缝钢管连轧机组的重要热变形工具。当连轧管机组轧制钢管时，实心管坯经过穿孔机加工成空心管坯后，进入连轧管机组轧制钢管。在连轧机组轧制过程中，轧辊挤压管坯的外壁，限动芯棒挤压管坯的内壁，使管坯金属产生挤压变形。
限动芯棒常用钢种为X35CrMoV05KU(意)，相当于国家标准GB1299中的4Cr5MoSiV1，或美国ASTM A681标准中的H13。芯棒的制造、检测、验收通常执行意大利的INNSE标准，化学成份、机械性能要求和非金属夹杂物规定值如下：
表1、化学成份(％)
表2、室温机械性能
芯棒淬火和回火后的奥氏体晶粒度应不低于8级。芯棒淬火和回火后的整体硬度为350-390HB，并且同一支芯棒上的最大硬度值与最小硬度值的硬度值之差最大不超过30HB。
表3、非金属夹杂物(按ASTM E45标准)
4Cr5MoSiV1(H13)钢是一种通用热作模具钢，该钢含有Cr、Si、Mn、Mo、V等合金元素，具有很高的淬透性；并且，由于Mo、V等合金元素阻碍晶粒长大，经过1050℃以下高温加热淬火仍能保持较细的晶粒尺寸；高温回火后析出Mo2C和V4C3型碳化物，具有二次硬化特性。经过适当的淬火、回火热处理后，该钢可获得较高的硬度、强度、韧性和耐热疲劳性，并具有良好的高温强度和较好的抗回火软化性能。同时，由于该钢含有较高的Cr和Si，热处理后具有较好的抗氧化性和抗蚀性。由于4Cr5MoSiV1(H13)钢具有上述优良的综合性能，所以被广泛应用于限动芯棒材料。
但是，由于该钢含有较大量的Cr、Mo、V等强碳化物形成元素，在凝固中因为选分结晶的作用，高熔点的碳化物首先形核结晶，形成碳与合金元素富集区域。铸锭中的粗大枝晶经过锻造、轧制等热加工后沿变形方向被拉长，形成碳与合金元素富集区与贫化区交替分布的带状组织，从而造成力学性能的各向异性。带状组织中碳与合金元素富集区与贫化区经过退火及最终淬回火热处理后显微组织不同，并且由于存在与基体组织性质相差悬殊的一次碳化物，导致基体连续性被破坏，容易造成局部应力集中，在外来应力作用下成为裂纹源，明显降低钢的韧性。尤其是大截面的钢材，其心部的横向冲击韧性往往只有表面纵向韧性的30％～40％。
现有技术中，限动芯棒的生产工艺采用炉外精炼常规铸造钢锭，缩孔、疏松、粗大的中心等轴晶区、A型和V型偏析以及尾部沉积锥等组织结构缺陷在大钢锭中仍然存在，并且，由于常规铸造钢锭冷却速度缓慢，二次枝晶间距大，宏观偏析和微观偏析严重。尤其H13钢属于含C0.4％的5％Cr型合金工具钢，液固相线温差大，钢锭中柱状晶发达，枝晶间的内缩孔造成致密性降低，中心等轴晶区碳与合金元素偏析严重。
发明内容
本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种能够全面满足限动芯棒性能要求、特别是横向冲击韧性的连轧管机限动芯棒的制造方法。
本发明采用偏心炉底出钢电炉、钢包精炼和真空去气(EBT+LF+VD)冶炼，初轧机轧制电极，双极串联电渣重熔，锻造开坯后轧制芯棒毛坯，经过退火、粗车以及预备热处理后，进行淬火+高温回火成品调质热处理，最后精车、镀铬，制得4Cr5MoSiV1限动芯棒，具体内容如下。
本发明的内容是：一种连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是包括下列步骤：
a、冶炼：采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例为C 0.30～0.38％、Mn≤0.60％、Si 0.70～1.20％、S+P≤0.020％、S≤0.008％、Cr 4.50～5.50％、Mo 1.30～1.70％、V 0.70～1.20％、余量为铁；出钢后浇注成2.8～3.5t方锭；
b、轧制电渣重熔电极：将2.8～3.5t方锭在≥500℃温度下红送至轧机初轧开坯成规格为厚250×宽470～500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；
c、电渣重熔：采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50～55V，工作电流为11500±500A；电渣渣系采用质量比例为CaF2∶Al2O3∶MgO＝60∶35∶5的三元渣系；电渣重熔后的钢锭退火；
d、锻造坯料：将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温度1150～1290℃、时间5～25h；然后采用1180～1250℃加热温度进行锻造加工，采用快锻压机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400～450mm的方坯料；
e、轧制芯棒毛坯：采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ180～250×长11000～14500mm的芯棒毛坯，然后退火；
f、组织预处理：轧制芯棒毛坯经过980～1100℃加热保温5～25h后油冷淬火、以及850～890℃退火的组织预处理，然后进行粗车；
g、成品热处理：将粗车后芯棒毛坯采用1000～1050℃保温1～6h的油冷淬火，然后在550～650℃保温5～10h油冷回火2～3次。
本发明的内容中：步骤a所述冶炼中，出钢温度较好的是控制在1550～1560℃。
本发明的内容中：步骤b所述轧机可以是Φ825mm轧机。
本发明的内容中：步骤c所述电渣重熔后钢锭锭重较好的是3500～5000Kg。
本发明的内容中：步骤d所述快锻压机可以是2000t快锻压机。
本发明的内容中：步骤e所述轧机可以是Φ825mm轧机。
本发明的内容中：步骤c所述电渣重熔中，重熔时可以采用不交换电极的方式，并采用递减功率重熔工艺，以避免交换电极引起的一系列问题。
本发明所述连轧管机限动芯棒的制造方法中，加工过程总的热加工变形量较好的是≥15。
与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：
(1)本发明采用EBT+LF+VD炉外精炼工艺，以保证S≤0.008％，S+P≤0.020％的残余元素控制，并通过真空处理和Al、Ca脱氧使钢中氧含量降到尽可能低的水平，同时经过VD真空处理使钢中H含量尽可能降低；LF+VD炉外精炼后轧制电极并去除头尾后进一步采用电渣重熔，去除钢中夹杂物，利用电渣重熔有利的凝固条件、并且选用双极串联电渣重熔的方式尽可能减轻偏析；电渣重熔后采用锻造开坯、轧制成材的热加工工艺生产限动芯棒毛坯，避免由于压机、汽锤锻造成材时动作频率不足导致超细长件停锻温度过低产生热加工裂纹缺陷，并防止锻造成材时表面局部变形不均匀的特点导致冷却应力裂纹；对退火后的芯棒毛坯经过(980～1100)℃×(5～25)h油冷淬火、以及850～890℃退火的组织预处理(例如：可以是采用1080℃×10h淬火+870℃退火的组织预处理)，消除了沿晶分布的大块碳化物，以提高横向冲击韧性；然后采用(1000～1050)℃保温(1～6)h的油冷淬火、然后在550～650℃保温(5～10)h油冷回火(例如：可以是采用1030℃×3h油冷淬火+580℃×8h+620℃×8h+620℃×8h油冷回火)的芯棒成品热处理工艺；通过采用上述合理的工艺方法，制得的4Cr5MoSiV1限动芯棒满足了限动芯棒的技术要求；
(2)采用本发明，电渣重熔工艺由于冷却速度快，可以获得组织致密、成分均匀、显微纯净度非常高的高质量钢锭，钢锭中的疏松、缩孔、夹渣、偏析、发纹等低倍缺陷都得到消除，冶金质量改善非常显著；
(3)本发明通过偏心炉底出钢电炉、钢包精炼和真空去气冶炼并轧制电极，然后电渣重熔，锻造开坯后轧制芯棒毛坯，可保证材料具有满足限动芯棒材料所要求横向冲击韧性等性能的能力；
(4)本发明采用轧制电极，然后双极串联电渣重熔满足非金属夹杂物要求；采用锻造开坯后轧制芯棒材料的热变形方式，保证芯棒材料得到充分变形，和全长度的变形均匀性；
(5)本发明产品制备工艺简单，实用性强。
具体实施方式
下面给出的实施例拟以对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1：
一种连轧管机限动芯棒的制造方法，包括下列步骤：
a、冶炼：采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例为C 0.30％、Mn≤0.60％、Si 0.70％、S+P≤0.020％、S≤0.008％、Cr 4.50％、Mo 1.30％、V 0.70％、余量为铁；出钢后浇注成2.8t(吨)方锭；
b、轧制电渣重熔电极：将2.8t方锭在≥500℃温度下红送至轧机初轧开坯成规格为厚250×宽470～500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；
c、电渣重熔：采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50～55V，工作电流为11500±500A；电渣渣系采用质量比例为CaF2∶Al2O3∶MgO＝60∶35∶5的三元渣系；电渣重熔后的钢锭退火；
d、锻造坯料：将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温度1150～1290℃、时间5h；然后采用1180～1250℃加热温度进行锻造加工，采用快锻压机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400～450mm的方坯料；
e、轧制芯棒毛坯：采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ180～250×长11000～14500mm的芯棒毛坯，然后退火；
f、组织预处理：轧制芯棒毛坯经过980～1100℃加热保温5h后油冷淬火、以及850～890℃退火的组织预处理，然后进行粗车；
g、成品热处理：将粗车后芯棒毛坯采用1000～1050℃保温1h的油冷淬火，然后在550～650℃保温5h油冷回火3次，即制得连轧管机限动芯棒产品。
实施例2：
一种连轧管机限动芯棒的制造方法，包括下列步骤：
a、冶炼：采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例为C 0.34％、Mn≤0.60％、Si 0.90％、S+P≤0.020％、S≤0.008％、Cr 5.00％、Mo 1.50％、V 0.90％、余量为铁；出钢后浇注成3.2t方锭；
b、轧制电渣重熔电极：将3.2t方锭在≥500℃温度下红送至轧机初轧开坯成规格为厚250×宽470～500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；
c、电渣重熔：采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50～55V，工作电流为11500±500A；电渣渣系采用质量比例为CaF2∶Al2O3∶MgO＝60∶35∶5的三元渣系；电渣重熔后的钢锭退火；
d、锻造坯料：将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温度1150～1290℃、时间15h；然后采用1180～1250℃加热温度进行锻造加工，采用快锻压机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400～450mm的方坯料；
e、轧制芯棒毛坯：采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ180～250×长11000～14500mm的芯棒毛坯，然后退火；
f、组织预处理：轧制芯棒毛坯经过980～1100℃加热保温15h后油冷淬火、以及850～890℃退火的组织预处理，然后进行粗车；
g、成品热处理：将粗车后芯棒毛坯采用1000～1050℃保温3h的油冷淬火，然后在550～650℃保温5～10h油冷回火3次，即制得连轧管机限动芯棒产品。
实施例3：
一种连轧管机限动芯棒的制造方法，包括下列步骤：
a、冶炼：采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例为C 0.38％、Mn≤0.60％、Si 1.20％、S+P≤0.020％、S≤0.008％、Cr 5.50％、Mo 1.70％、V 1.20％、余量为铁；出钢后浇注成3.5t方锭；
b、轧制电渣重熔电极：将3.5t方锭在≥500℃温度下红送至轧机初轧开坯成规格为厚250×宽470～500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；
c、电渣重熔：采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50～55V，工作电流为11500±500A；电渣渣系采用质量比例为CaF2∶Al2O3∶MgO＝60∶35∶5的三元渣系；电渣重熔后的钢锭退火；
d、锻造坯料：将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温度1150～1290℃、时间25h；然后采用1180～1250℃加热温度进行锻造加工，采用快锻压机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400～450mm的方坯料；
e、轧制芯棒毛坯：采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ180～250×长11000～14500mm的芯棒毛坯，然后退火；
f、组织预处理：轧制芯棒毛坯经过980～1100℃加热保温25h后油冷淬火、以及850～890℃退火的组织预处理，然后进行粗车；
g、成品热处理：将粗车后芯棒毛坯采用1000～1050℃保温6h的油冷淬火，然后在550～650℃保温5～10h油冷回火2次，即制得连轧管机限动芯棒产品。
实施例4：
一种连轧管机限动芯棒的制造方法，包括下列步骤：
a、冶炼：采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例为C 0.30％、Mn≤0.60％、Si 0.70％、S+P≤0.020％、S≤0.008％、Cr5.50％、Mo1.70％、V 0.70％、余量为铁；出钢后浇注成2.8～3.5t方锭；
b、轧制电渣重熔电极：将2.8～3.5t方锭在≥500℃温度下红送至轧机初轧开坯成规格为厚250×宽470～500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；
c、电渣重熔：采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50～55V，工作电流为11500±500A；电渣渣系采用质量比例为CaF2∶Al2O3∶MgO＝60∶35∶5的三元渣系；电渣重熔后的钢锭退火；
d、锻造坯料：将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温度1150～1290℃、时间8h；然后采用1180～1250℃加热温度进行锻造加工，采用快锻压机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400～450mm的方坯料；
e、轧制芯棒毛坯：采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ180～250×长11000～14500mm的芯棒毛坯，然后退火；
f、组织预处理：轧制芯棒毛坯经过980～1100℃加热保温8h后油冷淬火、以及850～890℃退火的组织预处理，然后进行粗车；
g、成品热处理：将粗车后芯棒毛坯采用1000～1050℃保温4h的油冷淬火，然后在550～650℃保温5～10h油冷回火2次，即制得连轧管机限动芯棒产品。
实施例5-11：
一种连轧管机限动芯棒的制造方法，包括下列步骤：
a、冶炼：采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例见表1，出钢后浇注成2.8～3.5t方锭；
b、轧制电渣重熔电极：将2.8～3.5t方锭在≥500℃温度下红送至轧机初轧开坯成规格为厚250×宽470～500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；
c、电渣重熔：采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50～55V，工作电流为11500±500A；电渣渣系采用质量比例为CaF2∶Al2O3∶MgO＝60∶35∶5的三元渣系；电渣重熔后的钢锭退火；
d、锻造坯料：将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温度1150～1290℃、时间5～25h；然后采用1180～1250℃加热温度进行锻造加工，采用快锻压机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400～450mm的方坯料；
e、轧制芯棒毛坯：采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ180～250×长11000～14500mm的芯棒毛坯，然后退火；
f、组织预处理：轧制芯棒毛坯经过980～1100℃加热保温5～25h后油冷淬火、以及850～890℃退火的组织预处理，然后进行粗车；
g、成品热处理：将粗车后芯棒毛坯采用1000～1050℃保温1～6h的油冷淬火，然后在550～650℃保温5～10h油冷回火2～3次。
表1：钢的组成和质量百分比例
上述实施例中：步骤a所述冶炼中，出钢温度较好的是控制在1550～1560℃。
上述实施例中：步骤b所述轧机可以是Φ825mm轧机。
上述实施例中：步骤c所述电渣重熔后钢锭锭重较好的是3500～5000Kg。
上述实施例中：步骤d所述快锻压机可以是2000t快锻压机。
上述实施例中：步骤e所述轧机可以是Φ825mm轧机。
上述实施例中：步骤c所述电渣重熔中，重熔时可以采用不交换电极的方式，并采用递减功率重熔工艺，以避免交换电极引起的一系列问题。
上述实施例中：各步骤的工艺参数为范围的，任一点均可适用。
采用本发明及上述实施例制备的4Cr5MoSiV1限动芯棒，机械性能实际值达见下表：
采用本发明及上述实施例制备的4Cr5MoSiV1限动芯棒，晶粒度可达到8-9级(按ASTM E112规定进行晶粒度评级)；
采用本发明及上述实施例制备的4Cr5MoSiV1限动芯棒，化学成分达到背景技术部分中表1所述的要求；
采用本发明及上述实施例制备的4Cr5MoSiV1限动芯棒，非金属夹杂物达到背景技术部分中表3所述的要求。
本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。
本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。
Claims (7)
1.一种连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是包括下列步骤：
a、冶炼：采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例为C 0.30～0.38％、Mn≤0.60％、Si 0.70～1.20％、S+P≤0.020％、S≤0.008％、Cr 4.50～5.50％、Mo 1.30～1.70％、V 0.70～1.20％、余量为铁；出钢后浇注成2.8～3.5t方锭；
b、轧制电渣重熔电极：将2.8～3.5t方锭在≥500℃温度下红送至轧机初轧开坯成规格为厚250×宽470～500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；
c、电渣重熔：采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50～55V，工作电流为11500±500A；电渣渣系采用质量比例为CaF2∶Al2O3∶MgO＝60∶35∶5的三元渣系；电渣重熔后的钢锭退火；
d、锻造坯料：将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温度1150～1290℃、时间5～25h；然后采用1180～1250℃加热温度进行锻造加工，采用快锻压机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400～450mm的方坯料；
e、轧制芯棒毛坯：采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ180～250×长11000～14500mm的芯棒毛坯，然后退火；
f、组织预处理：轧制芯棒毛坯经过980～1100℃加热保温5～25h后油冷淬火、以及850～890℃退火的组织预处理，然后进行粗车；
g、成品热处理：将粗车后芯棒毛坯采用1000～1050℃保温1～6h的油冷淬火，然后在550～650℃保温5～10h油冷回火2～3次。
2.按权利要求1所述的连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是：步骤a所述冶炼中，出钢温度控制在1550～1560℃。
3.按权利要求1或2所述的连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是：步骤b所述轧机是Φ825mm轧机。
4.按权利要求1或2所述的连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是：步骤c所述电渣重熔后钢锭锭重3500～5000Kg。
5.按权利要求1或2所述的连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是：步骤d所述快锻压机是2000t快锻压机。
6.按权利要求1或2所述的连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是：步骤e所述轧机是Φ825mm轧机。
7.按权利要求1或2所述的连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是：步骤c所述电渣重熔中，重熔时采用不交换电极的方式，并采用递减功率重熔工艺。
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