CN103789624A - 一种高韧性钢管材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高韧性钢管材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：C0.02-0.07、硅0.4-0.56、锰0.5-0.7、钛0.5-0.8、V0.2-0.3、Bi1-1.5、Nd0.02-0.05、氮0.25-0.4、P≤0.002、S≤0.002、余量为Fe及不可避免的杂质。本发明钢管材料添加了Nd、氮、钛、V等元素，使得材料组织致密，晶粒细，提高了强度和韧性，尤其是低温韧性好，耐大气腐蚀性好、焊接性能好，加工性能好，可进行热轧、冷轧，成形性(深冲性)好，可以制作复杂的管道；通过合理控制热处理温度，提高了综合力学性能；本发明精炼剂能与钢液进行充分物化反应，金属收得率和钢管成材率提高。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种高韧性钢管材料及其制备方法。
背景技术
钢管不仅用于输送流体和粉状固体、交换热能、制造机械零件和容器，它还是一种经济钢材。从人们的日常用具、家具、供排水、供气、通风和采暖设施到各种农机用具的制造、地下资源的开发、国防和航天所用枪炮、子弹、导弹、火箭等都离不开钢管。
随着生产技术不断进步，人民生活水平的提高，对钢管的质量要求越来越高，不但要求有更高的强度、硬度、耐腐蚀性、耐磨性、耐高温、弹性好、抗弯曲、耐冲击、好的韧性、不易发生裂纹，提高安全性能，而且还需要有良好的加工性，降低经济成本，提高产品的竞争力，还需要进一步提高钢管的质量，尤其是针对不同用途研发不同性能的钢管材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高韧性钢管材料及其制备方法，该钢管材料具有强度高和韧性好的优点，尤其是低温韧性好，耐大气腐蚀性好、焊接性能好，加工性能好。
本发明的技术方案如下：
一种高韧性钢管材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：C 0.02-0.07、硅0.4-0.56、锰0.5-0.7、钛0.5-0.8、V0.2-0.3、Bi1-1.5、Nd0.02-0.05、氮0.25-0.4、P ≤ 0.002、S ≤ 0.002、余量为Fe及不可避免的杂质。
所述的高韧性钢管材料的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将生铁送入炉中加精炼剂进行一次精炼、添加合金成分、加精炼剂进行二次精炼、测并调整化学元素成分含量至合格，真空脱气、连铸圆管坯，再进行退火处理，制得坯料；
（2）合金化过程中首先将合金与生铁铸成合金块，再分批投放;合金块的成分和投放顺序为（1）硅、锰、Fe；（2）Nd、氮、Fe；（3）其他合金元素和Fe；投放间隔的时间为23-25分钟，投放后吹氩搅拌均匀；
（3）加热穿孔，将所述坯料加热至1200-1220℃下穿孔，得到管坯，并且控制穿孔偏心率小于7%；
（4）热处理。
所述的热处理是：将管坯以24-26℃/s速度加热到820-840℃，保温30-40分钟，再以26-28℃/s速度加热到1020 -1030 ℃，保温8-10分钟；再以220-240℃/小时速度降温到60-90℃; 再以24-26℃/s速度加热到620-630℃，保温30-40分钟，再以23-25℃/s速度加热到920-930℃，保温1-1.5小时，再以220-240℃/s速度喷淋降温到320-330℃，再以180-190℃/s速度喷淋降温到80-100℃，再以21-23℃/s速度加热到570-580℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：废铁粉末20-24、纳米二氧化钛0.5-1、纳米云母粉0.5-1、独居石3-5、氧化钡2-4、氧化钙6-8、三氧化二铬2-4、膨胀石墨4-6；制备方法是将独居石粉碎，与废铁粉末加热至熔融状态，加入独居石、氧化钡、氧化钙、三氧化二铬、膨胀石墨搅拌均匀，在真空中脱气；将所得粉末在0.7-1Kpa下压制成坯，然后，在1210-1240℃下煅烧1-2小时，冷却后，再粉碎成100-200目粉末，与其他剩余成分混合均匀，即得。
本发明的有益效果
本发明钢管材料添加了Nd、氮、钛、V等元素，使得材料组织致密，晶粒细，提高了强度和韧性，尤其是低温韧性好，耐大气腐蚀性好、焊接性能好，加工性能好，可进行热轧、冷轧，成形性( 深冲性)好，可以制作复杂的管道；通过合理控制热处理温度，提高了钢管材料的综合力学性能，提高了安全系数；本发明精炼剂能与钢液进行充分物化反应，达到脱氧、脱硫、脱磷、改善夹杂物形态目的，提高钢的纯净度，金属收得率和钢管成材率得到提高。
具体实施方式
一种高韧性钢管材料，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：C 0.02-0.07、硅0.4-0.56、锰0.5-0.7、钛0.5-0.8、V0.2-0.3、Bi1-1.5、Nd0.02-0.05、氮0.25-0.4、P ≤ 0.002、S ≤ 0.002、余量为Fe及不可避免的杂质。
所述的高韧性钢管材料的生产方法，包括以下步骤：
（1）将生铁送入炉中加精炼剂进行一次精炼、添加合金成分、加精炼剂进行二次精炼、测并调整化学元素成分含量至合格，真空脱气、连铸圆管坯，再进行退火处理，制得坯料；
（2）合金化过程中首先将合金与生铁铸成合金块，再分批投放;合金块的成分和投放顺序为（1）硅、锰、Fe；（2）Nd、氮、Fe；（3）其他合金元素和Fe；投放间隔的时间为23-25分钟，投放后吹氩搅拌均匀；
（3）加热穿孔，将所述坯料加热至1210℃下穿孔，得到管坯，并且控制穿孔偏心率小于7%；
（4）热处理。
所述的热处理是：将管坯以25℃/s速度加热到830℃，保温35分钟，再以27℃/s速度加热到1025 ℃，保温9分钟；再以230℃/小时速度降温到70℃; 再以25℃/s速度加热到625℃，保温35分钟，再以24℃/s速度加热到925℃，保温1.3小时，再以230℃/s速度喷淋降温到325℃，再以185℃/s速度喷淋降温到90℃，再以22℃/s速度加热到575℃，保温2.5小时，取出空冷即得。
所述的精炼剂由下列重量份（公斤）的原料制成：废铁粉末22、纳米二氧化钛0.7、纳米云母粉0.8、独居石4、氧化钡3、氧化钙7、三氧化二铬3、膨胀石墨5；制备方法是将独居石粉碎，与废铁粉末加热至熔融状态，加入独居石、氧化钡、氧化钙、三氧化二铬、膨胀石墨搅拌均匀，在真空中脱气；将所得粉末在0.8Kpa下压制成坯，然后，在1230℃下煅烧1.5小时，冷却后，再粉碎成150目粉末，与其他剩余成分混合均匀，即得。
采用本实施例的高韧性钢管材料制成壁厚为4.2mm的钢管，可以承受18Mpa 以上的压力而不爆管，屈服强度820Pa，抗拉强度在915MPa ，硬度（HV）236，冲击吸收功56J，冲击韧性64J/cm2，延伸率16％。
Claims (4)
1.一种高韧性钢管材料，其特征在于：其含有的化学元素成分及其质量百分比为：C 0.02-0.07、硅0.4-0.56、锰0.5-0.7、钛0.5-0.8、V0.2-0.3、Bi1-1.5、Nd0.02-0.05、氮0.25-0.4、P ≤ 0.002、S ≤ 0.002、余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高韧性钢管材料的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将生铁送入炉中加精炼剂进行一次精炼、添加合金成分、加精炼剂进行二次精炼、测并调整化学元素成分含量至合格，真空脱气、连铸圆管坯，再进行退火处理，制得坯料；
（2）合金化过程中首先将合金与生铁铸成合金块，再分批投放;合金块的成分和投放顺序为（1）硅、锰、Fe；（2）Nd、氮、Fe；（3）其他合金元素和Fe；投放间隔的时间为23-25分钟，投放后吹氩搅拌均匀；
（3）加热穿孔，将所述坯料加热至1200-1220℃下穿孔，得到管坯，并且控制穿孔偏心率小于7%；
（4）热处理。
3.根据权利要求2所述的高韧性钢管材料的生产方法，其特征在于：所述的热处理是：将管坯以24-26℃/s速度加热到820-840℃，保温30-40分钟，再以26-28℃/s速度加热到1020 -1030 ℃，保温8-10分钟；再以220-240℃/小时速度降温到60-90℃; 再以24-26℃/s速度加热到620-630℃，保温30-40分钟，再以23-25℃/s速度加热到920-930℃，保温1-1.5小时，再以220-240℃/s速度喷淋降温到320-330℃，再以180-190℃/s速度喷淋降温到80-100℃，再以21-23℃/s速度加热到570-580℃，保温2-3小时，取出空冷即得。
4.根据权利要求2所述的高韧性钢管材料的生产方法，其特征在于：所述的精炼剂由下列重量份的原料制成：废铁粉末20-24、纳米二氧化钛0.5-1、纳米云母粉0.5-1、独居石3-5、氧化钡2-4、氧化钙6-8、三氧化二铬2-4、膨胀石墨4-6；制备方法是将独居石粉碎，与废铁粉末加热至熔融状态，加入独居石、氧化钡、氧化钙、三氧化二铬、膨胀石墨搅拌均匀，在真空中脱气；将所得粉末在0.7-1Kpa下压制成坯，然后，在1210-1240℃下煅烧1-2小时，冷却后，再粉碎成100-200目粉末，与其他剩余成分混合均匀，即得。
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