CN111534742A - 防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯、制造方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯，所述管坯包括重量百分比如下的组分：C：0.35％～0.45％；Si：0.10％～0.35％；Mn：1.20％～1.70％；P：≤0.020％；S：≤0.015％；Ni：≤0.25％；Cr：0.05％～0.20％；Mo：0.03％～0.10％；Cu：≤0.20％；Al：0.020％～0.045％；N：0.0030％～0.0060％；其余为Fe；制造方法为：融化废钢原料；向钢液中添加合金元素至目标成分；真空脱气；钢液进行连续浇注；管坯凝固缓冷、锯切，制成钢坯。本发明通过调整钢中微量合金元素含量以及生产工艺，避免连铸坯内部裂纹的形成。

Description

防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯、制造方法及应用
技术领域
本发明属于钢管制造技术领域，特别涉及防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯、制造方法及应用。
背景技术
气瓶管制造通常使用37Mn系列钢种，该钢种铝元素含量常规控制范围为0.005～0.015％，经过长时间摸索优化，已逐渐形成了产品质量稳定的制造工艺。但是基于改进产品机械性能的特殊需求，需要将铝元素含量增加至0.020～0.045％，这一成分调整显著改变了37Mn系列钢种的冶金性能，在生产直径为
Figure BDA0002475080830000011
连铸管坯过程中出现大量由于内部裂纹导致的铸坯开裂事故，影响产品交付周期，同时造成大量经济损失。
图1为180℃/h冷速连续冷却过程“伸长量—温度”曲线，可以看出，低铝钢“奥氏体—珠光体”冷却相变过程中试样长度平稳收缩，而高铝钢相变过程伴随“收缩—膨胀—收缩”的显著长度变化，导致相变结束后组织应力较大，相界面处形成微裂纹的倾向增加。由于铁素体和珠光体冷却时的热膨胀系数不同，且相变组织应力较高，柱状晶发达且晶间结合力弱，在连铸坯承受矫直、震动等外力作用时将使铁素体/珠光体界面处的微裂纹发生扩展(图2)，从而形成内部裂纹缺陷。
由于钢中铝元素含量已指定，无法通过降低铝含量减少钢坯组织中铁素体百分数及降低相变应力，只能通过调整炼钢及连铸生产工艺达到降低组织应力，避免形成连铸坯内部裂纹。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种防止直径为
Figure BDA0002475080830000021
气瓶钢管坯内部裂纹的管坯及其制造方法，通过在精炼工序降低钢中N元素含量，添加微量Cr、Mo合金元素，推迟奥氏体向珠光体转变过程，减小相变组织应力；在连铸坯凝固过程750～500℃温度区间内，降低铸坯冷却速度，减小相变热应力，避免内部微裂纹形成。
为了解决上述技术问题，本发明的目的是通过调整钢中微量合金元素含量以及生产工艺，避免连铸坯内部裂纹的形成。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯，所述管坯包括重量百分比如下的组分：C：0.35％～0.45％；Si：0.10％～0.35％；Mn：1.20％～1.70％；P：≤0.020％；S：≤0.015％；Ni：≤0.25％；Cr：0.05％～0.20％；Mo：0.03％～0.10％；Cu：≤0.20％；Al：0.020％～0.045％；N：0.0030％～0.0060％；其余为Fe。
上述的防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯的制造方法，该方法包括以下步骤：
S1、电弧炉融化已知化学元素组成的废钢原料，调整P、N元素含量至目标成分，控制出钢C含量；
S2、精炼工序，根据实时成分检验结果，向步骤S1中得到的调整后的钢液中添加合金元素，去除S元素，达到权利要求1所述钢坯目标成分；
S3、将步骤S2得到的钢液经真空脱气处理，去除钢中气体，使夹杂物充分上浮；
S4、钢液转中间包进行连续浇注；
S5、钢坯凝固后在冷床上缓慢冷却，锯切，得到管坯；其中，所述钢坯在冷却时：750℃～500℃温度区间内冷却速度为60～100℃/h。
进一步的，步骤S1完成后钢液中组分按重量百分比：出钢C含量≤0.026％。
进一步的，步骤S3真空脱气时间不少于15分钟。
进一步的，所述步骤S1中N的控制方法为埋弧电离方式，使电极与空气隔离，实现控制N含量。
上述的防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯应用于制备直径为
Figure BDA0002475080830000031
连铸管坯。
本发明的有益效果是：通过在降低钢中N元素含量、添加微量Cr、Mo合金元素，推迟奥氏体向珠光体转变过程，减小相变组织应力；在连铸坯凝固过程750～500℃温度区间内，降低铸坯冷却速度，减小相变热应力，避免内部微裂纹形成。
附图说明
图1是冷速为180℃/h时两钢种“相变伸长量—温度”曲线；
图2为铁素体/珠光体界面处形成的微孔洞；
图3为添加铬、钼元素前后管坯相变“相变伸长量—时间”曲线；
图4是冷速为180℃/h和70℃/h钢的冷却相变“相变伸长量—时间”曲线。
具体实施方式
结合附图3-4和实施例对本发明作进一步详细说明：
本发明提供防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯，所述管坯包括重量百分比如下的组分：
C：0.35％～0.45％；Si：0.10％～0.35％；Mn：1.20％～1.70％；P：≤0.020％；S：≤0.015％；Ni：≤0.25％；Cr：0.05％～0.20％；Mo：0.03％～0.10％；Cu：≤0.20％；Al：0.020％～0.045％；N：0.0030％～0.0060％；其余为Fe。
上述的防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯的制造方法，该方法包括以下步骤：
S1、电弧炉融化废钢原料，调整钢液中P、N元素含量至目标成分，控制出钢C含量；调整后钢液中组分按重量百分比：出钢C含量≤0.026％；
在电弧炉工序中，通过石墨电极高压电弧产生的热量融化原料，电弧与空气接触时可以将空气中的氮气电离，进而导致钢中N含量升高，因此，控制N含量的话，一般采用埋弧电离方式，使电极与空气隔离，达到控制N含量的目的，电炉炼钢工艺中N含量的控制方法属于常规操作。
关于P元素的控制：废钢原料融化为钢液后，通过加入氧化性保护渣，与钢中的P元素发生氧化反应生成磷酸盐废渣，氧化反应完成后，含P废渣在钢液中上浮至表面，可实现脱P目的；
S2、向步骤S1中得到的调整后的钢液中添加合金元素，去除S元素，达到权利要求1所述钢坯目标成分；
关于S元素的控制：S的去除是通过加入还原性保护渣实现，生成含S废渣并上浮，由于S1工序中的含P废渣在钢液转移过程中已经去除，因此不会在S2工序中造成P含量的变化；
S3、将步骤S2得到的钢液经真空脱气处理，去除钢中气体，使夹杂物充分上浮；其中，真空脱气时间不少于15分钟；
S4、钢液转中间包进行连续浇注；
S5、钢坯凝固后在冷床上缓慢冷却，锯切，得到管坯；其中，所述钢坯在冷却时：750～500℃温度区间内冷却速度为60～100℃/h。
S 1中废钢的各组分含量为已知，废钢的选择一般会参照最终目标成分，如果目标成分合金含量较少，则会选取生铁及低合金含量废钢，以保证合金元素的调整空间。
作为举例，具体的，在本实施例中，使用生铁及废钢原料制成37Mn钢种
Figure BDA0002475080830000041
管坯，管坯化学成分见表1。
表1：本实施例37Mn钢种管坯实际化学成分(质量百分比/％)
C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Al N
0.37 0.28 1.55 0.012 0.005 0.10 0.08 0.04 0.07 0.034 0.0055
具体的制备方法为：
用电弧炉融化生铁及废钢原料，调整C、P、N元素含量，随后向钢液中添加Si、Mn、Cr、Mo、Al等合金元素，去除S元素；
钢液真空脱气处理15分钟后进行连续浇注，钢坯凝固后在冷床上缓慢冷却，其中750～500℃温度区间内采用70℃/h较慢冷速，冷却过程完成后进行管坯锯切，管坯制备完成。
作为对比，可采用上述方法制备不含铬、钼合金元素的管坯，采用膨胀法对本实施例制备的含铬、钼合金元素的管坯及不含铬、钼合金元素的对比管坯进行“相变伸长量—时间”关系测试，结果如图3所示，通过添加微量铬、钼合金元素，使管坯“奥氏体—珠光体”相变过程延长，缓解了组织应力，连铸坯冷却后室温组织均匀，未出现微裂纹缺陷；由此可证实通过降低钢中氮元素含量，添加微量铬、钼合金元素，可有效减小相变组织应力；
作为对比，通过对本实施例制备的含铬、钼合金元素的管坯在连铸坯凝固过程750～500℃温度区间内，采用180℃/h冷却速度，结果如图4所示，在连铸坯凝固过程750～500℃温度区间内，采用70℃/h较慢冷却速度，减小热应力，可以避免形成裂纹缺陷。

Claims (6)

1.防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯，其特征在于：所述管坯包括重量百分比如下的组分：
C：0.35％～0.45％；Si：0.10％～0.35％；Mn：1.20％～1.70％；P：≤0.020％；S：≤0.015％；Ni：≤0.25％；Cr：0.05％～0.20％；Mo：0.03％～0.10％；Cu：≤0.20％；Al：0.020％～0.045％；N：0.0030％～0.0060％；其余为Fe。
2.权利要求1所述的防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯的制造方法，该方法包括以下步骤：
S1、电弧炉融化已知化学元素组成的废钢原料，调整P、N元素含量至目标成分，控制出钢C含量；
S2、精炼工序，根据实时成分检验结果，向步骤S1中得到的调整后的钢液中添加合金元素，去除S元素，达到权利要求1所述钢坯目标成分；
S3、将步骤S2得到的钢液经真空脱气处理，去除钢中气体，使夹杂物充分上浮；
S4、钢液转中间包进行连续浇注；
S5、钢坯凝固后在冷床上缓慢冷却，锯切，得到管坯；其中，所述钢坯在冷却时：750～500℃温度区间内冷却速度为60～100℃/h。
3.根据权利要求2所述的防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯的制造方法，其特征是：步骤S1完成后钢液中组分按重量百分比：出钢C含量≤0.026％。
4.根据权利要求2所述的防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯的制造方法，其特征是：步骤S3真空脱气时间不少于15分钟。
5.根据权利要求2所述的防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯的制造方法，其特征是：所述步骤S1中N的控制方法为埋弧电离方式，使电极与空气隔离，实现控制N含量。
6.权利要求1所述的防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯应用于制备直径为
Figure FDA0002475080820000021
连铸管坯。
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