CN102330024A - 连轧管机空心芯棒用钢及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连轧管机空心芯棒用钢材料及其制备工艺。该钢的成分以质量百分含量计为：C：0.15-0.35%；Si:0.45-0.85%；Mn：0.45-0.85%；Cr：2.5-5.0%；Mo：0.30-0.70%；V：0.20-0.60%；其余为Fe。该材料的制备工艺是电炉熔炼→电渣重熔→退火→锻造→退火后，具有良好的机加工性能；再经过热处理（淬火→高温回火）。在推荐热处理工艺条件下，硬度为327-344HB，平均冲击值为50J。在同样为成品条件下，新钢种的冲击韧性较H13有大幅的提升，在部分对芯棒冲击性能要求苛刻的条件下，能够替代H13钢，从而提高生产效率，降低生产成本。

Description

连轧管机空心芯棒用钢及其制备工艺

技术领域

     本发明涉及一种新型连轧管机空心芯棒材料。目前市场上的用钢为H13和H11等高合金热作模具钢，而本发明涉及的钢种为一种低合金结构钢。

技术背景

芯棒是无缝钢管生产中参与钢管轧制变形的重要工具，主要作用是和轧辊组合形成封闭的环状孔型，从而对毛管减径、减壁，同时消除穿孔毛管内外表面螺旋压痕，改善荒管内外表面粗糙度和平直度，是一种高附加值的大宗消耗备件。由于芯棒工作时服役温度较高，同时还受到很高的轴向张应力和径向压应力。另外，芯棒在反复使用过程中处于一非稳定的温度场中，需要承受冷热交替循环的温度变化和热磨损，因此，对芯棒的性能和表面质量要求较高。芯棒不仅对轧制管材的质量有重要的影响，而且因为是消耗备件，芯棒的使用寿命对管材生产成本也起决定性的作用。

目前国内无缝钢管生产厂家主要依赖进口芯棒来满足生产要求，主要是进口H13和H11的实心芯棒。芯棒的供货周期比较长，对于大型生产企业有时候会出现“远水难解近火”的尴尬局面；而且进口芯棒的价格高昂，如果在使用过程中，由于使用的原因而造成芯棒的报废，是非常可惜的。

为了取得市场的主动性，自主研发芯棒很有必要。不过H13和H11实心芯棒的生产目前在国内还不成熟，废品率较高。为了提高生产效率和降低生产成本以及避开H13或H11芯棒生产的瓶颈，国外采用对低合金锻坯穿孔然后机加工的方法使得空心芯棒制造的想法逐渐变为现实。不过，采用机加工的方法加工空心芯棒内孔的方法加工成本较高，而且工时很长。

本发明采用一种新型的低合金钢，一定程度上节省了生产成本，而且使用世界第一条PQF生产线进行轧制生产空心芯棒，也是芯棒制造工艺上的一次创新。

发明内容

发明目的：本发明针对芯棒用钢的成分优化、冶金质量控制、锻、轧工艺控制、应用性技术等研究工作，开发出新型连轧管机高韧性空心芯棒用钢材料，以部分替代进口的昂贵的热作钢实心芯棒。

本发明的特征在于：

1、成分设计：在H13的基础上降低了C含量，更好形成单相均质组织，能保证芯棒在在使用过程中由于冷热交替而引起的相变在芯棒表层引起的体积变化最小。合金含量比较低，使得钢的韧性大幅上升。

2、合金成分：该新型连轧管机空心芯棒用钢的主要合金元素为（质量百分比）：

                   C                   0.15-0.35%

                  Si                  0.45-0.85 %

                   Mn                 0.45-0.85%

Cr                   2.5-5.0%

Mo                 0.30-0.70%

 V                   0.20-0.60%

Fe                           余  量

连轧管机空心芯棒用钢的制备工艺，该制备工艺采用如下步骤进行：

A.     熔炼：将合金按权利要求1的配方配料后放置于电炉中，在1500℃以上的温度进行熔炼；然后进行精炼和真空脱气工序，最后在1500-1560℃浇注成锭；

B.     锻造工艺：钢锭加热至1150-1250℃，进行粗锻，终锻温度≤850℃；

C.     退火：锻后进行去应力退火，退火温度为660-670℃；

D.     轧制：经锻造后的材料放在环形炉进行加热，加热温度为1150-1200℃，然后进行穿孔，经轧机轧制成型，定径完后自然空冷；

E.      热处理工艺：910-930℃淬火，610-630℃回火2小时。

该钢种含有较低含量的合金元素，使得钢的韧性较传统芯棒用钢得到大幅提升。在推荐热处理工艺条件下，硬度为327-344HB，平均冲击值为50J。在同样为成品条件下，新钢种的冲击韧性较H13有大幅的提升，在部分对芯棒冲击性能要求苛刻的条件下，能够替代H13钢，从而提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

图1为发明钢在推荐热处理条件下与成品H13实心芯棒的硬度，冲击韧性比较。

具体实施方式

1.本实施例生产了一种钢，其主要成分如下：

C            0.27%，             Si      0.65%，

Mn         0.65%，         Cr       3.36%，

Mo          0.5%，                 V   0.42%，

Fe       余量

2.制备工艺及热处理工艺：

（a）     熔炼：合金按上述成分设计后，按传统常规的方法进行熔炼，将上述配方中的配合料放置于电炉中，在1500℃以上的温度进行熔炼；然后进行精炼和真空脱气工序，最后在1500-1560℃左右进行浇注成锭；

（b）    锻造工艺：钢锭加热至1150-1250℃，进行粗锻，终锻温度≤850℃；锻后进行去应力退火，退火温度为660-670℃；

（c）     轧制：经锻造后的材料放在环形炉进行加热，加热温度为1150℃-1200℃，然后进行穿孔，经PQF轧机轧制成型，定径完后自然空冷；

（d）    热处理工艺：920℃淬火，620℃回火两小时1次；

（e）     硬度及冲击韧性：在推荐热处理工艺条件下，硬度值为327-344HB，平均冲击韧性值为50J左右。

优点及效果

    经合金优化设计以及推荐热处理工艺，该新型连轧管机空心芯棒用钢的韧性得到很大的提升，开V2缺口的试样测试结果为50J左右，而成品状态的H13的试样开V2缺口冲击韧性为20J左右。

Claims (2)

1.连轧管机空心芯棒用钢，其特征在于该钢的成分以质量百分含量计为：C：0.15-0.35%；Si:0.45-0.85%；Mn：0.45-0.85%；Cr：2.5-5.0%；Mo：0.30-0.70%；V：0.20-0.60%；其余为Fe。

2.连轧管机空心芯棒用钢的制备工艺，其特征在于该制备工艺采用如下步骤进行：

A. 熔炼：将合金按权利要求1的配方配料后放置于电炉中，在1500℃以上的温度进行熔炼；然后进行精炼和真空脱气工序，最后在1500-1560℃浇注成锭；

B. 锻造工艺：钢锭加热至1150-1250℃，进行粗锻，终锻温度≤850℃；

C. 退火：锻后进行去应力退火，退火温度为660-670℃；

D. 轧制：经锻造后的材料放在环形炉进行加热，加热温度为1150-1200℃，然后进行穿孔，经轧机轧制成型，定径完后自然空冷；

E. 热处理工艺：910-930℃淬火，610-630℃回火2小时。

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