CN110484814B - 一种含稀土航空航天用高强度钢无缝管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无缝管领域，具体为一种含稀土航空航天用高强度钢无缝管及其制备方法。按重量百分比计，无缝管的化学成分为：C0.12～0.18wt％，Si≤0.20wt％，Mn0.80～1.10wt％，P≤0.015wt％，S≤0.010wt％，Cr1.25～1.50wt％，Mo0.80～1.00wt％，V0.05～0.30wt％，Nb0.01～0.20wt％，稀土元素RE0.0005～0.0030wt％，余量为基体Fe。制备方法：真空感应熔炼→电渣重熔/真空自耗重熔→锻造棒料→热穿孔→多道次冷轧/冷拔及退火热处理→成品冷轧/冷拔→成品调质/成品退火热处理→矫直→抛光→成品检验。本发明通过设计合理的化学成分、冶炼工艺、冷变形工艺及热处理工艺使得材料具有较高的屈服强度、抗拉强度、疲劳强度及冲击韧性，屈服强度900～1100MPa，延伸率12％～20％，晶粒度大于6级。
Description
技术领域
本发明涉及在航空航天领域表现出较高的强度、韧性、塑性及疲劳性能的无缝管，具体为一种含稀土航空航天用高强度钢无缝管及其制备方法。
背景技术
国内航空航天用高强度钢无缝管主要包括30CrMnSi,15CrMnMoVA/E，15CrMnMoVA/E相对于30CrMnSi焊接性能更优异，不易产生焊接裂纹。但15CrMnMoVA/E钢存在扩口成材率低，产品性能不稳定等问题。
中国发明专利“航空航天用无缝钢管的制造方法(公开号CN107363124A)”，该发明基于低成本加工航空航天用无缝管，其存在以下问题：采用连续退火炉退火，存在脱碳，表面质量难以控制的问题。
中国发明专利“一种中低碳贝氏体高强高韧钢及其制造方法(公开号CN101210302A)”，该发明基于满足制造高强度、高韧性和较大截面的零部件的工程材料要求。该发明存在以下问题：化学成分范围太宽，导致力学性能波动太大，可操作性不强，无法适用于航空航天领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含稀土航空航天用高强度钢无缝管及其制备方法，该无缝管在航空航天装备中表现出高强度、高韧性、高精度、高疲劳性能。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种含稀土航空航天用高强度钢无缝管，按重量百分比计，无缝管的化学成分为：C0.12～0.18wt％，Si≤0.20wt％，Mn0.80～1.10wt％，P≤0.015wt％，S≤0.010wt％，Cr1.25～1.50wt％，Mo0.80～1.00wt％，V0.05～0.30wt％，Nb0.01～0.20wt％，稀土元素RE0.0005～0.0030wt％，余量为基体Fe；其中，稀土元素RE为Ce与La的混合稀土金属。
所述的含稀土航空航天用高强度钢无缝管，优选的，V0.15～0.25wt％，Nb0.05～0.15wt％，稀土元素RE0.001～0.002wt％。
所述的含稀土航空航天用高强度钢无缝管的制备方法，依次包括如下步骤：
真空感应熔炼→电渣重熔或真空自耗重熔→锻造棒料→热穿孔→多道次(两道次以上)冷轧或冷拔及退火热处理→成品冷轧或冷拔→成品调质或成品退火热处理→矫直→抛光→成品检验。
所述的含稀土航空航天用高强度钢无缝管的制备方法，真空感应熔炼过程具体特征为：采用高纯度纯铁原料，要求真空感应精炼期的真空度≤2Pa，精炼时间≥15分钟，期间多次(两次以上)搅拌，在浇铸前添加稀土金属。
所述的含稀土航空航天用高强度钢无缝管的制备方法，电渣重熔过程具体特征为：采用惰性气体保护或真空状态重熔。
所述的含稀土航空航天用高强度钢无缝管的制备方法，多道次冷轧或冷拔后的退火热处理具体特征为：采用气氛保护炉，保护气体为氢气+氩气混合气，按体积比例计，氢气：氩气＝1：(3～8)，加热温度650～800℃保温60～180分钟，炉冷。
所述的含稀土航空航天用高强度钢无缝管的制备方法，成品调质热处理采用真空气淬炉，冷却气体为氩气，加热温度900～1000℃保温20～60分钟，氩气快速冷却；成品退火热处理采用气氛保护炉，保护气体为氢气+氩气混合气，按体积比例计，氢气：氩气＝1：(3～8)，加热温度700～800℃保温60～180分钟，炉冷。
本发明的设计思想是
本发明采用V、Nb元素复合合金化代替V合金化，在电渣重熔或真空自耗重熔制备纯净化合金基础上，通过添加稀土元素改善非金属夹杂物的形态、净化晶界，提高材料的洁净程度。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明针对背景技术存在的问题，通过独特的化学成分设计和还原气氛保护退火+真空调质处理、成品定径冷轧冷拔等生产工艺等技术措施，很好的解决背景技术中存在的相关问题，取得显著的进步。
2、钢中稀土的加入量低于其形核值，避免形成大的夹杂。固溶稀土起微合金化作用，改善非金属夹杂物的形态、净化晶界、细化晶粒，提高材料的洁净程度，实现高韧性、高塑性，有效提高后续无缝管构件加工的成品率。
附图说明
图1为本发明实施例1中Φ32mm(外径)×2mm(壁厚)无缝管的横截面晶粒度照片，晶粒度尺寸7级。
图2为本发明实施例2中Φ36.5mm(外径)×1.75mm(壁厚)无缝管的纵截面典型夹杂物图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明含稀土航空航天用高强度钢无缝管及其制备方法做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于下列的实施例。
实施例1：
按重量百分比计，含稀土航空航天用无缝钢的化学成分为：C0.12wt％，Si0.18wt％，Mn0.85wt％，P0.012wt％，S0.005wt％，Cr1.30wt％，Mo0.85wt％，V0.20wt％，Nb0.01wt％，稀土元素RE0.0006wt％，余量为基体Fe。其中，稀土元素RE为Ce与La的混合稀土金属。其规格为Φ32mm(外径)×2mm(壁厚)，主要制备工艺如下：真空感应熔炼→电渣重熔→锻造棒料→热穿孔→多道次冷轧及退火热处理→成品冷轧→成品调质热处理→矫直→抛光→成品检验。
1.真空感应熔炼过程为：采用高纯度原材料纯铁、电解镍、金属铬、金属钼、钒铁，纯铁中Fe含量≥99.93wt％，其他原材料要求P含量≤0.010wt％，S含量≤0.005wt％；要求真空感应精炼期的真空度0.5Pa，真空除气时间15分钟。在浇铸前添加稀土金属，采用Ce占67wt％与La占33wt％的混合稀土金属。
2.电渣重熔过程具体为：采用冷态真空度≤0.20Pa，漏气度≤6.5Pa/min的结晶器对铸锭进行电渣重熔精炼。
3.退火热处理工艺具体为：多道次冷轧后的中间退火热处理采用气氛保护炉，保护气体为氢气+氩气混合气，体积比例氢气：氩气＝1：8，加热温度720℃保温120分钟，炉冷。
4.成品调质热处理采用真空气淬炉，冷却气体为氩气，加热温度980℃保温30分钟，氩气快速冷却。
本实施例中，制备为含稀土的航空航天用无缝管钢管。外径Φ32±0.10mm，壁厚为2±0.05mm。
表1为实施例1制备含稀土的航空航天用无缝管钢管的调质态拉伸性能
如图1所示，所制造Φ32mm×2mm的含稀土的航空航天用无缝管钢管，状态为淬火态。晶粒度等级达到7级。
实施例2：
按重量百分比计，含稀土航空航天用无缝钢的化学成分为：C0.15wt％，Si0.15wt％，Mn1.05wt％，P0.010wt％，S0.006wt％，Cr1.45wt％，Mo0.91wt％，V0.15wt％，Nb0.12wt％，稀土元素RE0.0020wt％，余量为基体Fe。其中，稀土元素RE为Ce与La的混合稀土金属。其规格为Φ36.5mm(外径)×1.75mm(壁厚)，主要制备工艺如下：真空感应熔炼→真空自耗重熔→锻造棒料→热穿孔→多道次冷轧及退火热处理→成品冷轧→成品退火热处理→矫直→抛光→成品检验。
1.真空感应熔炼过程为：采用高纯度原材料纯铁、电解镍、金属铬、金属钼、钒铁，纯铁中Fe含量≥99.93wt％，其他原材料要求P含量≤0.010wt％，S含量≤0.005wt％；要求真空感应精炼期的真空度1Pa，真空除气时间20分钟。在浇铸前添加稀土金属，采用Ce占67wt％与La占33wt％的混合稀土金属。
2.真空自耗重熔过程具体为：熔化速度4～8Kg/min，真空自耗炉真空度0.1～1Pa，电压20～25V，熔炼电流8000～9000A。
3.退火热处理工艺具体为：多道次冷轧后的中间退火热处理采用气氛保护炉，保护气体为氢气+氩气混合气，体积比例氢气：氩气＝1：4，加热温度800℃保温60分钟，炉冷。
4.成品退火热处理采用气氛保护炉，保护气体为氢气+氩气混合气，按体积比例计，氢气：氩气＝1：6，加热温度750℃保温90分钟，炉冷。
本实施例中，制备为含稀土的航空航天用无缝管钢管。外径Φ36.5±0.10mm，壁厚为1.75±0.05mm，直线度0.3mm/m。退火态无缝管屈服强度300～400MPa，抗拉强度600～700MPa，延伸率20％～30％。
表2为实施例2制备含稀土的航空航天用无缝管钢管的退火态拉伸性能
如图2所示，所制造Φ36.5mm×1.75mm的含稀土的航空航天用无缝管钢管，状态为退火态。夹杂主要为球形的氧化物夹杂，夹杂物等级为A类细系0.5级，D类细系0.5级。
表3为实施例2制备含稀土的航空航天用无缝管钢管的夹杂物等级
实施例结果表明，本发明通过设计合理的化学成分、冶炼工艺、冷变形工艺及热处理工艺使得材料具有较高的屈服强度、抗拉强度、疲劳强度及冲击韧性，调质态无缝管屈服强度900～1000MPa，抗拉强度1000～1100MPa，延伸率12％～20％，晶粒度7级。退火态无缝管屈服强度300～400MPa，抗拉强度600～700MPa，延伸率20％～30％，夹杂物等级为A类细系0.5级，D类细系1级。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种含稀土航空航天用高强度钢无缝管的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，无缝管的化学成分为：C0.12～0.18wt%，Si≤0.20wt%，Mn0.80～1.10wt%，P≤0.015wt%，S≤0.010wt%，Cr1.25～1.50wt%，Mo0.80～1.00wt%，V0.05～0.30wt%，Nb0.01～0.20wt%，稀土元素RE0.0005～0.0030wt%，余量为基体Fe；其中，稀土元素RE为Ce与La的混合稀土金属；
所述的含稀土航空航天用高强度钢无缝管的制备方法，依次包括如下步骤：
真空感应熔炼→电渣重熔或真空自耗重熔→锻造棒料→热穿孔→多道次冷轧或冷拔及退火热处理→成品冷轧或冷拔→成品调质或成品退火热处理→矫直→抛光→成品检验；
真空感应熔炼过程具体特征为：采用高纯度纯铁原料，要求真空感应精炼期的真空度≤2Pa，精炼时间≥15分钟，期间多次搅拌，在浇铸前添加稀土金属；
电渣重熔过程具体特征为：采用惰性气体保护或真空状态重熔；
多道次冷轧或冷拔后的退火热处理具体特征为：采用气氛保护炉，保护气体为氢气+氩气混合气，按体积比例计，氢气：氩气=1：（3～8），加热温度650～800℃保温60～180分钟，炉冷；
成品调质热处理采用真空气淬炉，冷却气体为氩气，加热温度900～1000℃保温20～60分钟，氩气快速冷却；成品退火热处理采用气氛保护炉，保护气体为氢气+氩气混合气，按体积比例计，氢气：氩气=1：（3～8），加热温度700～800℃保温60～180分钟，炉冷。
2.根据权利要求1所述的含稀土航空航天用高强度钢无缝管的制备方法，其特征在于，优选的，V0.15～0.25wt%，Nb0.05～0.15wt%，稀土元素RE0.001～0.002wt%。
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