CN112111694B - 一种冲击器用无缝钢管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种冲击器用无缝钢管及其制造方法，钢管化学成分为：C：0.40％～0.50％，Si≤0.35％，Mn：0.50％～0.80％，Ni：1.00％～2.00％，Mo：0.20％～0.40％，Cr：0.80％～1.10％，V：0.10％～0.20％，P≤0.015％，S≤0.005％。连铸钢坯控制在500～800℃进入加热炉加热至1200～1280℃轧制成圆管坯，700～950℃进行热切定尺，缓冷至500℃以下，将圆管坯放入加热炉加热至1240～1280℃，穿孔、轧制、定型到所需的外径和壁厚尺寸，对钢管进行热处理。本发明钢管屈服强度＞1000MPa，抗拉强度＞1100MPa，断后伸长率＞9％，断面收缩率＞46％，U型缺口冲击功＞37J，硬度＞31HRC，疲劳性能：达到3×105次循环载荷下的冲击疲劳寿命。
Description
技术领域
本发明属于低合金钢制造技术领域，主要涉及一种冲击器用综合性能优良的无缝钢管及其制造方法。
背景技术
凿岩冲击器的主要用途是与凿岩机械配套，在岩石或岩土钻爆法施工中钻凿爆破炮孔的工具。在工作时冲击器传输凿岩机械输出的冲击功率，承受凿岩机每分钟2600～3000次的高频冲击和扭转力矩，以冲击应力波形式传递85～750J以上的冲击能量，同时，在钻凿炮孔过程中，凿岩冲击器内水孔需要输送压力为0.4MPa的矿水以保证除尘和排出岩粉，冲击器外表面还要和岩石面产生强烈磨蚀。因此，要求冲击器用钢具有高强度、高韧性、耐磨损及高的冲击疲劳性能。
此前，该类产品均使用棒材制造，但由于棒材重量大，成本高，且产品内外组织和性能均匀性差，时常发生失效事故。因此，提高钢材单位体积内的有效强度和耐磨损性能成为需要解决的关键技术问题。例如，公开号为CN 106090451 A中国专利，给出了一种高强度高耐磨钢管的制造方法，但由于其采用双金属复合钢板焊接制管，钢管质量、性能的控制存在诸多质量不稳定因素，尤其是碳钢与不锈钢的复合再焊接接口的质量、性能至今仍是行业未能攻克的技术隐忧。而且，该发明制造工艺复杂、成本高昂，不利于工业推广应用。因此，该发明制造的产品不能替代当下及未来冲击器用棒材。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强高耐磨性能优异，耐冲击疲劳性能优良的冲击器用无缝钢管及其制造方法，用于逐步替代目前广泛使用的棒材产品。
针对冲击器使用的高恶劣条件，在设计过程中兼顾了钢管的高强度、高耐磨、良好的韧性和冲击疲劳性能的保证，以及可制造性等几个方面，本发明的冲击器用无缝钢管是这样制造的：
采用中C、低Si、Mn含量、超低P、S含量，复合添加Ni、Mo、Cr、V的合金化技术路线，通过一系列特殊的制造工艺获得所需的高强度、高硬度、良好韧性及冲击疲劳性能。基于以上考量，确定出以如下成分为核心成分的冲击器用无缝钢管。
所述无缝钢管化学成分按质量百分比为：C：0.40％～0.50％，Si：0.08％～0.35％，Mn：0.50％～0.80％，Ni：1.00％～2.00％，Mo：0.20％～0.40％，Cr：0.80％～1.10％，V：0.10％～0.20％，P≤0.015％，S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
化学成分各元素范围选择的说明：
C：碳的主要作用是固溶强化，提高淬透性，并能与钢中有意添加的合金元素Mo、Cr形成碳化物。是保证钢的强度、硬度和耐磨性能不可或缺的元素，碳含量低于0.40％，达不到预期效果。但C含量过高会导致产品的韧性劣化，因此，碳含量的上限规定为不高于0.50％。
Si：硅在这里主要是脱氧作用，兼有一定的固溶强化作用，但其对韧性损害较大，从而降低产品的韧性和冲击疲劳性能，故将其限定在0.35％以下，优先0.15％～0.35％。
Mn：锰可提高淬透性，提高冷却过程中过冷奥氏体的稳定性。与钢中的S元素结合成MnS，可以改善夹杂物性质和状态，并且有助于细化晶粒，起到改善钢的强韧性的作用，在本发明中Mn含量低于0.5％时作用达不到本发明要求，含量超过0.8％时，会增加产品的偏析倾向，不利于本发明目的的实现。
Ni：镍可以有效提高钢材的韧性，尤其是低温韧性，在使用环境的温度较低时对保持韧性和冲击疲劳性能大为有利，含量低于1.0％时冲击疲劳性能效果不明显，但是其含量过高时，会大幅地增加合金成本。因而，本发明的技术方案所采用的Ni含量不大于2.0％。
Mo：钼可以提高钢的淬透性，提高钢的回火抗力，抑制钢的回火脆性，对调和钢的强度、硬度与塑韧性的作用不可替代，但由于其价格相对较昂贵，本着集约化设计的原则，限定Mo的范围为0.20％～0.40％。
Cr：铬是强淬透性元素，利于获得颗粒状细小的碳化物弥散于铁基体晶格上的微观组织，对提升钢的强度性能作用较大。但铬含量过高不仅降低了经济性，更不利于冲击性能的改善，因此，本发明控制Cr的质量百分含量为0.80％～1.10％。
V：钒是强淬透性元素，利于获得颗粒状细小的碳化物弥散于铁基体晶格上的微观组织，对提升钢的强度、硬度性能作用较大，并且不降低韧性。对本发明目的起关键作用，但V含量过高降低了经济性，因此，本发明控制V的质量百分含量为0.10％～0.20％。
P：磷在晶界偏析，升高韧脆转变温度，降低钢的韧性，含量太高不利于本发明目的的实现，这里须将其限定在0.015％以下。
S：硫易与锰等形成非硬质夹杂，其含量的增加会导致夹杂物数量的增加，在加工过程中沿轧制方向发生延伸变形，破坏材料基体的连续性，对钢的韧性不利。这里须将其限定在0.005％以下。
一种冲击器用无缝钢管的制造方法，按照上述钢管的化学成分进行冶炼并以连续铸造的方式生产钢坯，连铸钢坯控制在500～800℃进入加热炉加热至1200～1280℃保温，轧制成圆管坯后在700～950℃进行热切定尺，并冷却至500℃以下，将圆管坯放入加热炉加热至1240～1280℃保温，对圆管坯进行穿孔、轧制、定型到所需的外径和壁厚尺寸；最后对钢管进行热处理：1)钢管在850～900℃保温后出炉空冷至500℃以下；2)钢管再加热升温至850～900℃保温后空冷至室温；3)钢管再加热至880～920℃保温后以60～600℃冷速冷却至室温；4)将钢管加热至460～640℃保温后冷却至室温。
所述圆管坯在加热炉的总加热保温时间为170～240min。
所述热处理步骤1)钢管在850～900℃为钢管终轧温度。
所述热处理步骤1)钢管在850～900℃为钢管终轧冷却后的再加热温度。
所述钢管热处理过程中每阶段的保温时间为60～120min。
所述钢管热处理步骤3)的冷却速度控制在空气冷却速度和水冷却速度之间。
本发明冲击器用无缝钢管具有如下性能特点：屈服强度：＞1000MPa；抗拉强度：＞1100MPa；断后伸长率：＞9％；断面收缩率：＞46％；U型缺口冲击功：＞37J；硬度：＞31HRC；疲劳性能：达到3×105次循环载荷下的冲击疲劳寿命。
本发明的有益效果：
⑴使用本发明工艺制造的钢管的综合力学性能和冲击疲劳性能优良，满足当下冲击器用钢的性能要求。
⑵本发明产品与当前冲击器用棒材产品相比，解决了横断面力学性能均匀性差的问题，并且具有减量化效果。
⑶本发明工艺制造的无缝钢管与当前冲击器用棒材产品相比，具有制造成本优势。
具体实施方式
下面将根据具体实施例对本发明所述的冲击器用无缝钢管做出进一步说明，但是具体实施例和相关说明并不构成对于本发明的技术方案的不当限定。
本发明的工艺路线：连铸制坯+热装炉轧制成圆管坯+圆管坯热切+圆管坯入缓冷坑缓冷+圆管坯出缓冷坑后再加热+热轧轧制成钢管+钢管定型+钢管预备热处理+钢管最终热处理。
对具有表1中成分的钢水连续浇铸铸造成方坯，方坯不下线，于500～800℃进入加热炉加热至1200～1280℃保温充分奥氏体化均匀，然后轧制成所需外径尺寸的圆管坯，在700～950℃范围进行热切定尺，并将圆管坯放入缓冷坑进行冷却至500℃以下，随后将圆管坯由缓冷坑取出放入加热炉加热至1240～1280℃并保温，对圆管坯进行穿孔、轧制、定型得到所需的外径和壁厚尺寸。对轧制后的钢管进行热处理：1、在850～900℃保温后出炉空冷至500℃以下。2、再加热钢管升温至850～900℃保温后空冷至室温。3、空冷后的钢管再加热至880～920℃保温后采用60～600℃冷速冷却至室温。4、将钢管加热至460～640℃保温后空冷或水冷冷却至室温。
钢管制造工艺参数如表2所示。钢管热处理工艺如表3所示。
最后，钢管进行各项检验及管端加工，包装入库。
产品的化学成分如表1所示，经过上述工艺制造的φ150×20mm无缝钢管的力学性能如表4所示。
表1本发明产品的化学成分
表2本发明产品的钢管制造工艺参数
表3本发明产品的热处理制造工艺参数
表4本发明产品的力学性能
Claims (6)
1.一种冲击器用无缝钢管，其特征在于钢管化学成分按质量百分比为：C：0.42%～0.50%，Si：0.08%～0.35%，Mn：0.63%～0.80%，Ni：1.00%～2.00%，Mo：0.20%～0.40%，Cr：0.80%～1.10%，V：0.10%～0.20%，P≤0.015%，S≤0.005%，余量为Fe和不可避免的杂质；钢管屈服强度：＞1000MPa，抗拉强度：＞1100MPa，断后伸长率：＞9%，断面收缩率：＞46%，U型缺口冲击功：＞37J，硬度：＞31HRC，疲劳性能：达到3×105次循环载荷下的冲击疲劳寿命；制造方法为：钢管的化学成分进行冶炼并以连续铸造的方式生产钢坯，连铸钢坯控制在500~800℃进入加热炉加热至1200~1280℃保温，轧制成圆管坯后在700~950℃进行热切定尺，并冷却至500℃以下，将圆管坯放入加热炉加热至1240~1280℃保温，对圆管坯进行穿孔、轧制、定型到所需的外径和壁厚尺寸；最后对钢管进行热处理：1）钢管在850~900℃保温后出炉空冷至500℃以下；2）钢管再加热升温至850~900℃保温后空冷至室温；3）钢管再加热至880~920℃保温后冷却至室温；4）将钢管加热至460~640℃保温后冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的冲击器用无缝钢管，其特征在于圆管坯在加热炉的总加热保温时间为170~240min。
3.根据权利要求1所述的冲击器用无缝钢管，其特征在于所述热处理步骤1）钢管在850~900℃为钢管终轧温度。
4.根据权利要求1所述的冲击器用无缝钢管，其特征在于所述热处理步骤1）钢管在850~900℃为钢管终轧冷却后的再加热温度。
5.根据权利要求1所述的冲击器用无缝钢管，其特征在于钢管热处理过程中每阶段的保温时间为60~120min。
6.根据权利要求1所述的冲击器用无缝钢管，其特征在于钢管热处理的步骤3）的冷却速度控制在60~600℃/min。
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