CN108467917B - 一种23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法,该方法是一种利用大规格合金钢立式连铸圆坯(直径：
Figure DDA0001684835420000013
或
Figure DDA0001684835420000014
或
Figure DDA0001684835420000011
)作为原材料，通过加热后直接轧制成型生产23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法,本发明采用立式连铸机无弯曲‑矫直过程，无铸坯内外弧冷却条件差异、铸坯内外侧温度差异，无铸造组织和内部应力不均、夹杂物偏聚等问题，生产的原材料成分、组织、力学性能均匀，不易出现表面裂纹等缺陷，大规格坯料加热后直接轧制，拥有足够的轧制比，保证钻头用钢棒变形充足，晶粒细化，提高了材料晶粒度，产品质量稳定，采用连铸坯生产，材料利用率高，原材料成本低，制造加工周期缩短，生产效率提高,本方法用于生产23CrNi3MoA钻头用钢棒，产品规格为

Description

一种23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法
技术领域
本发明属于合金钢制造工艺技术领域，涉及一种23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法。
背景技术
工程用潜孔凿岩钻具是由压缩空气驱动的中大孔径炮孔凿岩机械，该钻具所装配的钻头普遍采用牌号为23CrNi3MoA的钢棒锻造而成，目前国内该23CrNi3MoA钢棒主要采用电炉冶炼+真空精炼+立弯式或弧形连铸+轧制的工艺技术或采用电炉冶炼+真空精炼+模铸钢锭+锻造+轧制的工艺技术进行制造，由于生产设备结构和工艺流程设置的原因，其产品质量和生产存在一定的不足：
1)采用立弯式或弧形连铸机生产原材料，在连铸过程中二冷区铸坯内外弧冷却条件差异大，造成连铸坯内外侧温度、铸造组织和内部应力不均匀，且夹杂物易聚集在铸坯内弧侧，使得原材料均匀性不能保证，造成轧制为钢棒后产品成分、组织、力学性能等不均匀，材料质量不稳定；
2)钻头用钢棒的钢种牌号为23CrNi3MoA，该钢种属于中合金钢，材料强度较高、塑性较差。采用立弯式或弧形连铸机生产该钢种的大规格连铸坯时，由于铸出的圆坯必须经过弯曲和矫直过程，适合于生产直径较小的圆坯，往往造成钢棒轧制比过小，变形不够充分，内部组织不理想，晶粒度粗大等情况。若生产大规格圆坯，则圆坯直径愈大，所需弯曲矫直作用力愈大，同时冷却过程存在较大的温度应力和组织应力，易造成大规格23CrNi3MoA连铸圆坯表面裂纹。在轧制前必须进行检查和清除，且微小裂纹不宜发现和清除干净，容易在后期轧制过程中出现裂纹扩展和延伸，造成产品质量缺陷，甚至产品报废；
3)采用模铸钢锭作为原材料，虽然避免了上述1)、2)中的不足之处，但由于模铸钢锭主要用于锻造生产，不适合直接轧制。若需采用轧制生产，需要先对钢锭进行锻造开坯处理，增加生产工序。同时，模铸钢锭两端切除余量较大，材料利用率低。上述情况造成采用模铸钢锭生产23CrNi3MoA钻头用钢棒的生产周期延长，效率降低，并且成本大大增加。
发明内容
本发明的目的在于克服采用电炉冶炼+真空精炼+立弯式或弧形连铸+轧制的工艺技术或采用电炉冶炼+真空精炼+模铸钢锭+锻造+轧制的工艺技术进行加工制造23CrNi3MoA钻头用钢棒的不足，提供一种利用大规格合金钢立式连铸圆坯(直径：
Figure BDA0001684835410000021
或
Figure BDA0001684835410000022
或
Figure BDA0001684835410000023
)作为原材料，通过加热后直接轧制成型生产23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一种23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法，包括以下步骤：
步骤1)、电炉冶炼；步骤2)、真空精炼；步骤3)、连铸；步骤4)、退火；步骤5)、加热；步骤6)、轧制；步骤7)、退火。
所述23CrNi3MoA钻头用钢棒产品规格为
Figure BDA0001684835410000024
所述23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法在制造过程中要进行电炉冶炼，电炉即指电弧炉。电炉冶炼前要精选炉料，不允许配入杂乱废钢，加料前炉内提前加入1～2吨增碳剂及0.5～1.5吨石灰，熔清后边吹氧边流渣进行脱磷操作，控制五害元素[As]≤0.010％，[Sn]、[Pb]、[Sb]、[Bi]均≤0.006％，As+Sn+Sb≤0.020％。
所述23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法在制造过程中要进行真空精炼。真空精炼时钢包到位后接通氩气，加入电石、碳粉、硅铁粉等混合脱氧剂1.5～3.0Kg/t分批进行脱氧。精炼期间用碳粉、硅铁粉或铝粉等1.0～2.0Kg/t小批量、多批次进行脱氧并保持还原气氛，白渣保持≥20min。
所述23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法在制造过程中要通过连铸生产原材料。在连铸过程中中间包必须经过烘烤，烘烤时间4.5～6小时，停烤后应立即用氩气管向中包内充入氩气排除空气。中间包使用无碳覆盖剂及碳化稻壳双层保护。连铸过程可采用
Figure BDA0001684835410000031
或
Figure BDA0001684835410000032
或
Figure BDA0001684835410000033
规格的结晶器。连铸坯采用火焰切割，连铸圆坯直径为
Figure BDA0001684835410000034
或
Figure BDA0001684835410000035
或
Figure BDA0001684835410000036
长度2500mm～6000mm。
所述23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法在圆坯连铸结束后要进行退火处理，防止坯料开裂同时降低材料硬度，便于锯切取样检测。退火后将两端飞刺、毛边等清理干净。
所述23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法在轧制前要对连铸生产的原材料进行加热。加热采用步进式加热炉，将原材料加热到1050℃～1250℃的初轧温度以获得良好的塑性变形能力。
所述23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法在制造过程中要进行轧制。将加热到初轧温度的原材料先通过不同辊道进行多次单向开坯变形，单向开坯变形结束后再经过多个辊道不同方向轧制，最后成型钢棒。钢棒轧制成型后先进行倍尺剪切截断，再转至热锯机进行定尺热锯下料。下料后冷床快速步进，将钢棒入坑，保证入坑温度≥400℃。
所述23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法在轧制结束后要进行退火。退火以≤80℃/h升温至650±10℃进行均温和保温，再以≤40℃/h炉冷至400℃，最后以≤20℃炉冷至200℃出炉，退火后硬度HB≤262。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明方法简单，操作方便，利用大规格圆坯立式连铸机生产的合金钢连铸圆坯作为原材料，通过加热后直接轧制成型生产23CrNi3MoA钻头用钢棒。本发明采用立式连铸机无弯曲-矫直过程，无铸坯内外弧冷却条件差异、铸坯内外侧温度差异，无铸造组织和内部应力不均、夹杂物偏聚等问题，生产的原材料成分、组织、力学性能均匀，不易出现表面裂纹等缺陷，并且，大规格坯料直接轧制，拥有足够的轧制比，保证钻头用钢棒变形充足，晶粒细化，提高了材料晶粒度，产品质量稳定。同时，采用连铸坯生产，材料利用率高，原材料成本低，制造加工周期缩短，生产效率提高。
具体实施方式
本发明的技术方案是这样实现的：一种23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法，包括以下步骤：
步骤1)、电炉冶炼；步骤2)、真空精炼；步骤3)、连铸；步骤4)、退火；步骤5)、加热；步骤6)、轧制；步骤7)、退火。
所述23CrNi3MoA钻头用钢棒产品规格为
Figure BDA0001684835410000041
所述23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法在制造过程中先进行电炉冶炼，电炉冶炼前要精选炉料，不允许配入杂乱废钢，加料前炉内提前加入1～2吨增碳剂及0.5～1.5吨石灰，熔清后边吹氧边流渣进行脱磷操作，控制五害元素。电炉出钢后进行真空精炼，钢包到位后接通氩气，加入电石、碳粉、硅铁粉等混合脱氧剂1.5～3.0Kg/t分批进行脱氧。精炼期间用碳粉、硅铁粉或铝粉等1.0～2.0Kg/t小批量、多批次进行脱氧并保持还原气氛，白渣保持≥20min，精炼过程各合金元素成分调整至工艺要求范围后，在1550～1580℃温度时将钢包吊至连铸机开始连铸。连铸过程选用合适的结晶器进行连铸，连铸坯采用火焰切割，连铸坯切断后调转至退火炉装炉退火。退火结束对坯料两端飞刺、毛边等进行清理，清理后转轧钢厂装炉重新加热，加热至初轧温度后先多次单向开坯变形，再经过多个辊道不同方向轧制，最后成型钢棒。钢棒轧制到工艺要求尺寸后下料坑冷。全部轧制结束后转退火炉进行退火。
所述23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法在制造过程中可采用
Figure BDA0001684835410000051
或
Figure BDA0001684835410000055
或
Figure BDA0001684835410000056
规格的结晶器，原材料连铸圆坯规格为
Figure BDA0001684835410000052
或
Figure BDA0001684835410000053
或
Figure BDA0001684835410000054
长度2500mm～6000mm。
所述23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法在轧制结束后要进行退火。退火以≤80℃/h升温至650±10℃进行均温和保温，再以≤40℃/h炉冷至400℃，最后以≤20℃炉冷至200℃出炉，退火后硬度HB≤262。

Claims (1)

1.一种23CrNi3MoA钻头用钢棒的制造方法，该方法所生产钢棒的产品规格为Ø50mm～Ø200mm，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）、电炉冶炼：电炉冶炼前要精选炉料，不允许配入杂乱废钢，加料前炉内提前加入1～2吨增碳剂及0.5～1.5吨石灰，熔清后边吹氧边流渣进行脱磷操作，控制五害元素[As]≤0.010%，[Sn]、[Pb]、[Sb]、[Bi]均≤0.006%，As+Sn+Sb≤0.020%；
步骤2）、真空精炼：真空精炼时钢包到位后接通氩气，加入作为混合脱氧剂的电石、碳粉、硅铁粉按1.5～3.0Kg/t分批进行脱氧，精炼期间用碳粉、硅铁粉或铝粉按1.0～2.0Kg/t小批量、多批次进行脱氧并保持还原气氛，白渣保持≥20min；
步骤3）、连铸：在连铸过程中中间包必须经过烘烤，烘烤时间4.5～6小时，停烤后应立即用氩气管向中包内充入氩气排除空气；中间包使用无碳覆盖剂及碳化稻壳双层保护；连铸过程采用Ø400mm或Ø600mm或Ø800mm规格的结晶器；连铸坯采用火焰切割，连铸圆坯直径为Ø400
Figure 567135DEST_PATH_IMAGE002
mm或Ø600
Figure 123756DEST_PATH_IMAGE002
mm或Ø800
Figure 310018DEST_PATH_IMAGE002
mm，长度2500mm～6000mm；
步骤4）、退火：圆坯连铸结束后要进行退火处理，防止坯料开裂同时降低材料硬度，便于锯切取样检测；退火后将两端飞刺、毛边清理干净；
步骤5）、加热：轧制前要对连铸生产的原材料进行加热；加热采用步进式加热炉，将原材料加热到1050℃～1250℃的初轧温度；
步骤6）、轧制；轧制时将加热到初轧温度的原材料先通过不同辊道进行多次单向开坯变形，单向开坯变形结束后再经过多个辊道不同方向轧制，最后成型钢棒；钢棒轧制成型后先进行倍尺剪切截断，再转至热锯机进行定尺热锯下料；下料后冷床快速步进，将钢棒入坑，保证入坑温度≥400℃；
步骤7）、退火:退火以≤80℃/h升温至650±10℃进行均温和保温，再以≤40℃/h炉冷至400℃，最后以≤20℃炉冷至200℃出炉，退火后硬度HB≤262。
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