CN111020370B - 一种混凝土泵车用单层耐磨无缝钢管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种混凝土泵车用单层耐磨无缝钢管及其制造方法，钢中化学成分按重量百分比计含有：C 0.50％～0.60％、Si 0.15％～0.35％、Mn 0.60％～0.90％、Cr 0.25％～0.50％、Ti 0.010％～0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)本发明通过控制C、Mn元素的比例，使钢管具有一定的强度和硬度，同时，在感应淬火时，使钢管组织形成马氏体和屈氏体混合组织，且淬硬层厚度较厚。2)本发明产品制造工艺易于实现。
Description
技术领域
本发明属于无缝钢管生产技术领域，尤其涉及一种混凝土泵车用单层耐磨无缝钢管及其制造方法。
背景技术
泵送混凝土是指在混凝土泵的压力推动下沿输送管道进行运输并在管道出口处直接浇筑的预拌混凝土，混凝土泵车的输送管道则大量采用内表面经过淬火处理的耐磨无缝管。我国近十年研制、生产和使用的输送砂浆用无缝管品种很多，用于水泥混凝土输送用的无缝钢管产品主要有两种：单层耐磨管和双层金属复合管的内层耐磨无缝管。
单层耐磨管主要是通过感应淬火的方式使钢管内壁在适合的厚度范围内发生组织转变，达到一定的硬度，从而使钢管内壁具有良好的耐磨性，同时又保留外壁的原始组织，具有良好的韧性。
双层复合耐磨管主要是用于超高层建筑的泵送，其加工工艺相对复杂，生产成本较高。当需要满足更高输送方量和抗高压能力时，往往采用双层金属复合管。
单层耐磨管工作压力15MPa～30MPa，钢管服役于硬物料、大颗粒介质的高压、高速冲击磨损工况中，磨损更换非常频繁，所以研究如何提高单层耐磨管耐磨性能有重要意义。
专利文件CN104294156A公开了《一种经济并加工性能优良的高碳耐磨钢管及生产方法》，其成分为：C 0.60％～0.72％，Si 0.10％～0.30％，Mn 0.50％～1.20％，Ca 0.0030～0.0070％，Cr 0.60～0.86％，Als 0.015％～0.050％，P≤0.015％，S≤0.008％，该方案适用于焊管工艺，钢材轧制成钢带后，在制成焊管，且热轧钢带需控轧控冷以及轧后退火改变组织的方法得到，不适于无缝钢管轧制。从该专利文件的实施例看，需调整C、Mn元素含量，保证钢的碳当量，确保淬火+回火组织为高碳马氏体。
专利文件CN102747290A公开了《一种经济型耐磨钢管及其制造方法》，其成分为：C0.42％～0.60％，Si 0.10％～0.40％，Mn 0.60％～1.40％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr0.20～0.80％，Al 0.010％～0.080％，Ti 0.005～0.040％，Ca 0.0010～0.0050％，B≤0.0015％，N 0.0030～0.0100％，该方案适用于焊管工艺，钢材需轧制成钢带后，再制成焊管，且需控轧控冷改善组织，不适于无缝钢管轧制。
专利文件CN102776445A公开了《一种浆体输送用下贝氏体耐磨钢管及其制造方法》，其成分为：C 0.01％～0.50％，Mn 1.20％～5.0％，Cr 0.20～1.80％，经控制冷却速度和适当热处理得到下贝氏体耐磨钢管。该方案成分范围大，组织不宜控制。
专利文件CN107630165B公开了《一种NM600高强度耐磨管及其制作工艺》，其成分为C 0.69％～0.75％，Si 0.20％～0.40％，Mn 1.00％～1.15％，Cr 0.12～0.20％，V0.030％～0.050％，P≤0.025％，S≤0.020％，Al≤0.010％，该专利文件通过高碳高锰元素，得到回火马氏体组织，且在淬火过程中易形成开裂，为避免开裂，需减薄淬硬层厚度。单纯的马氏体组织虽然硬度高，但韧性差，抗裂纹延展性差，在受到冲击载荷的情况下，钢管的耐磨性不佳。
发明内容
本发明提供了一种混凝土泵车用单层耐磨无缝钢管及其制造方法，设计一种成分，使钢管经内壁感应淬火处理后，得到一种淬硬组织，使其具有良好的耐磨性，满足水泥泵车长距离输送水泥。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种混凝土泵车用单层耐磨无缝钢管，钢中化学成分按重量百分比计含有：C0.50％～0.60％、Si 0.15％～0.35％、Mn 0.60％～0.90％、Cr 0.25％～0.50％、Ti0.010％～0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
成品钢管内表面得到马氏体+屈氏体的混合组织，屈氏体占混合组织的40％-60％，混合组织厚度达到2-3.5mm，硬度值HRC55-62。
一种混凝土泵车用单层耐磨无缝钢管的制造方法，包括如下方法；
钢水经转炉冶炼、炉外精炼、真空处理、连铸、连轧得到管坯，得到的管坯经过环形炉加热，加热温度为1220℃～1260℃，加热后穿孔并经过轧管机轧制成型，对轧制成型的钢管进行正火处理，正火温度为800℃～830℃，对正火后的钢管进行中频炉感应淬火热处理，淬火加热速度为30-60℃/s，淬火冷却速度为8-20℃/s，淬火温度为800℃～850℃，保温时间为2-4分钟，冷却方式为水冷。
单层耐磨管和耐磨钢板的生产工艺、使用工况和磨损条件差距很大，成分设计的思路也不尽相同。
C：主要是利用了碳这种最经济最有效的元素来提高耐磨钢的硬度。一般来说，钢的含碳量决定钢的硬度，对于亚共析钢，其耐磨性与碳含量成正比，含碳量越高，钢的相对耐磨性越好；不过当碳含量大于0.7％之后这种影响变小。但是随着碳含量的增加，钢材的延伸率、冲击功等塑性韧性指标迅速下降，钢材变脆，焊接性能也下降，这对混凝土泵车输送管道的使用是不利的，所以在成分设计时碳含量不易考虑的过高。本发明设计的C含量为0.50％～0.60％。
Mn：为使耐磨管能达到所需要的硬度要求，加入一定量的锰，可以在提高硬度的同时还不会过多地降低材料的韧性。Mn含量0.60％～0.90％。
Ti：利用微Ti处理可以细化奥氏体晶粒，Ti 0.010～0.030％。
Cr：可以提高淬透性，还可以形成一定的碳化物来进一步提高钢的硬度和耐磨性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过上述成分，经轧管和正火处理，得到细小均匀原始组织；钢管经感应加热淬火后，得到一种淬硬组织，淬硬组织厚度大于2mm。
(2)钢管淬硬层的组织为马氏体和屈氏体混合组织，具备一定的任性，比单纯马氏体组织具有更好的耐磨性。解决因单纯马氏体韧性和抗裂纹延展性不好，使钢管内表面产生裂纹后，进而产生淬硬层脱落的现象，使耐磨管出现管道内壁开裂或磨损掉块而发生堵管等问题。
(3)淬硬层硬度达到HRC55-62。
(4)减少了感应淬火后的低温回火工艺，缩短工艺流程。
(5)砂浆输送量4万立方。
附图说明
图1是本发明钢管感应淬火后组织金相图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：
一种混凝土泵车用单层耐磨无缝钢管，钢中化学成分按重量百分比计含有：C0.50％～0.60％、Si 0.15％～0.35％、Mn 0.60％～0.90％、Cr 0.25％～0.50％、Ti0.010％～0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
成品钢管内表面得到马氏体+屈氏体的混合组织，混合组织厚度达到2-3.5mm，硬度值HRC55-62。此淬硬组织为马氏体和屈氏体的混合组织，屈氏体占混合组织的40％-60％，组织优于单纯的马氏体，淬硬层的硬度达到HRC55-62，且组织具有一定韧性，在输送水泥的使用过程中，较单纯马氏体淬硬层而言，减少了因单纯马氏体韧性和抗裂纹延展性不好，使钢管内表面产生裂纹后，进而产生淬硬层脱落的现象，使耐磨管出现管道内壁开裂或磨损掉块而发生堵管等问题。
一种混凝土泵车用单层耐磨无缝钢管的制造方法，包括如下方法；
钢水经转炉冶炼、炉外精炼(LF)、真空处理(VD)、连铸、连轧得到管坯，得到的管坯经过环形炉加热，加热温度为1220℃～1260℃，加热后穿孔并经过轧管机轧制成型，对轧制成型的钢管进行正火处理，正火温度为800℃～830℃，对正火后的钢管进行中频炉感应淬火热处理，淬火加热速度为30-60℃/s，淬火冷却速度为8-20℃/s，淬火温度为800℃～850℃，保温时间为2-4分钟，冷却方式为水冷。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，转炉冶炼、炉外精炼(LF)、真空处理(VD)、连铸、连轧得到管坯，加热，穿孔，连轧，定径，正火处理。本发明实施例及对比例钢的成分见表1。本发明实施例及对比例的主要感应淬火工艺及性能指标见表2。
表1本发明实施例及对比例钢的成分(wt％)
| C | Si | Mn | Cr | Ti | |
| 实施例1 | 0.50 | 0.15 | 0.61 | 0.25 | 0.030 |
| 实施例2 | 0.53 | 0.28 | 0.67 | 0.29 | 0.010 |
| 实施例3 | 0.55 | 0.25 | 0.76 | 0.40 | 0.016 |
| 实施例4 | 0.60 | 0.33 | 0.86 | 0.47 | 0.020 |
| 对比例 | 0.70 | 0.24 | 1.05 | 0.16 | V：0.040 |
注：余量为铁及不可避免杂质
表2本发明实施例及对比例的淬火工艺及性能指标
实例1-4钢管内表面得到马氏体+屈氏体的混合组织，实例5钢管内表面得到马氏体组织，实例1-4钢管内表面淬硬层深度厚，磨损失重小。
Claims (1)
1.一种混凝土泵车用单层耐磨无缝钢管，其特征在于，钢中化学成分按重量百分比计含有：C 0.50%～0.60%、Si 0.15%～0.35%、Mn 0.60%～0.90%、Cr 0.25%～0.50%、Ti 0.010%～0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述的混凝土泵车用单层耐磨无缝钢管的制造方法，包括如下方法；
钢水经转炉冶炼、炉外精炼、真空处理、连铸、连轧得到管坯，得到的管坯经过环形炉加热，加热温度为1220℃～1260℃，加热后穿孔并经过轧管机轧制成型，对轧制成型的钢管进行正火处理，正火温度为800℃～830℃，对正火后的钢管进行中频炉感应淬火热处理，淬火加热速度为30-60℃/s，淬火温度为800℃～850℃，保温时间为2-4分钟，淬火冷却速度为8-20℃/s，冷却方式为水冷；
成品钢管内表面得到马氏体+屈氏体的混合组织，屈氏体占混合组织的40%-60%，混合组织厚度达到2-3.5mm，硬度值HRC55-62。
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