CN112695248A

CN112695248A - 一种含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管及其生产方法

Info

Publication number: CN112695248A
Application number: CN202011451984.7A
Authority: CN
Inventors: 贾冬梅; 张昭; 米永峰; 余泽金; 姜海龙; 石龙; 张行刚; 姚晓乐
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Inner Mongolia Baotou Steel Pipe Co ltd
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2021-04-23
Anticipated expiration: 2040-12-10
Also published as: CN112695248B

Abstract

本发明公开了一种含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管及其生产方法，属于黑色金属冶炼及金属压力加工领域。本发明提供的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C 0.58‑0.65％；Si 0.17‑0.37％；Mn 1.00‑1.20％；P≤0.020％；S≤0.010％；Cr 0.20‑0.40％；Al 0.015‑0.050％；稀土元素Ce 0.0010‑0.0030％；Ni＜0.20％；Cu＜0.20％；余量为基体Fe和不可避免的微量杂质元素。提供的无缝钢管在热处理后的硬度达到70HRC以上，具有优良的耐磨性能。

Description

一种含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管及其生产方法

技术领域

本发明属于黑色金属冶炼及金属压力加工领域，具体涉及一种含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管及其生产方法。

背景技术

耐磨钢管主要应用于建筑、采矿、电力等行业，主要作为泵车送料管输送混凝土及其他砂浆使用，毛坯管与连接法兰相焊，焊后再进行热处理以达到设计使用要求。送料管通常在管内带有一定压力下将混凝土从输送泵送往高处，工作时经常处于带压负荷加频繁振动状态，从而要求管壁有足够的厚度与强度，但管壁又不能太厚，以满足质量轻而又具有耐磨和耐冲击性能的要求。然而，目前国内生产的臂架管耐磨度低(取决于硬度)，更换频繁，给混凝土现场捣注造成很大麻烦。

发明内容

针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明一方面提供一种含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管，其化学成分按质量百分比计为：C 0.58-0.65％；Si 0.17-0.37％；Mn 1.00-1.20％；P≤0.020％；S≤0.010％；Cr 0.20-0.40％；Al 0.015-0.050％；稀土元素Ce 0.0010-0.0030％；Ni＜0.20％；Cu＜0.20％；余量为基体Fe和不可避免的微量杂质元素。

上述含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C0.60-0.62％；Si 0.25-0.33％；Mn 1.03-1.10％；P≤0.020％；S≤0.010％；Cr 0.23-0.25％；Al 0.025-0.033％；稀土元素Ce 0.0014-0.0018％；Ni≤0.005％；Cu≤0.005％；余量为基体Fe和不可避免的微量杂质元素。

上述含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的热处理后洛氏硬度≥70HRC。

本发明另一方面提供了上述的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的生产方法，其包括以下步骤：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→定尺切割→管坯加热→菌式穿孔→连续轧管→在线常化→张力减径→热处理→带温矫直→冷床冷却→定尺锯切→无损探伤→人工检查→测长、称重、喷标→入库；其中所述带温矫直的矫直温度≥500℃。

上述方法中，在带温矫直步骤之前还包括热处理的步骤，所述热处理的条件为：淬火温度为830-850℃，保温时间为20-30min，回火温度为150-180℃，保温时间为150-180min。

本发明基于以上技术方案提供的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的生产方法采用优化的成分设计和生产工艺条件，可获得一种硬度高、耐磨性能优良的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管，实施例结果表明，本发明提供的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管热处理后的洛氏硬度≥70HRC，较现有技术具有更高的硬度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

①本发明含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管化学成分中不含有贵重元素Mo、Nb等，因此，钢管的生产难度相对较小、生产成本也相对较低；

②本发明采用的生产方法中由于采用电磁搅拌+堆垛缓冷+科学的加热温度+成熟的轧管工艺+钢管的精确成型+钢管在500℃以上进行带温矫直等一系列技术措施，因此，钢管内外表面质量好、尺寸精度高，钢管的残余应力相对较低，残余应力≤30MPa(采用环切法)；

③本发明采用的生产方法中由于采用高炉铁水+优质废钢+铁水预处理+控制转炉终渣碱度+精炼造白渣+深真空处理+微Ti处理+喂适量的CaFe线+稀土元素Ce+软吹Ar+全程保护浇注等一系列技术措施，因此，钢管的夹杂含量相对较少；

④本发明采用的生产方法中由于采用连铸圆管坯+堆垛缓冷+热定心+菌式穿孔+PQF连续轧管+再加热+涨力减径+钢管的带温矫直+全程的在线检测等一系列技术措施，因此，钢管的尺寸精度相对较高；

⑤本发明提供的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的具体性能指标如下：屈服强度：≥550MPa；抗拉强度：≥850MPa；延伸率：≥18％；热处理后的洛氏硬度：≥70HRC；晶粒度：≥8.5级。

本发明针对背景技术中存在的问题，通过“独特的化学成分设计和以高炉铁水为原料的独特生产工艺”等技术措施，很好地解决了上述技术问题，取得了显著的进步。

具体实施方式

本发明旨在提供一种具有高硬度的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管及其生产方法。

其中含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的化学按质量百分比计为：C 0.58-0.65％；Si 0.17-0.37％；Mn 1.00-1.20％；P≤0.020％；S≤0.010％；Cr 0.20-0.40％；Al0.015-0.050％；稀土元素Ce 0.0010-0.0030％；Ni＜0.20％；Cu＜0.20％；余量为基体Fe和不可避免的微量杂质元素；任选为：C 0.60-0.62％；Si 0.25-0.33％；Mn 1.03-1.10％；P≤0.020％；S≤0.010％；Cr 0.23-0.25％；Al 0.025-0.033％；稀土元素Ce 0.0014-0.0018％；Ni≤0.005％；Cu≤0.005％；余量为基体Fe和不可避免的微量杂质元素。

含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的生产方法包括以下工艺：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→定尺切割→管坯加热→菌式穿孔→连续轧管→在线常化→张力减径→带温矫直→冷床冷却→定尺锯切→无损探伤→人工检查→测长、称重、喷标→入库；其中：

连铸圆管坯的生产过程如下所述：

1、将高炉铁水经预处理，使得铁水中的含S量(重量百分比)降低到0.010％以下。

2、将预处理后的铁水兑入顶底复吹转炉之内，加入(重量百分比)10％的优质废钢，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标，出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰。

3、在LF炉进行精练：精炼全过程按要求正常吹Ar，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；合金在中后期加入，采用造白渣操作。

4、精炼造好白渣后，进行微Ti处理，即在精炼后期按0.8kg/吨加入钛铁合金。

5、精炼结束后喂入定长铁钙线，喂丝后进行10-15分钟吹氩气。

6、将钢水送入VD炉进行真空处理，抽真空之前采用压入法加入铈铁合金(Ce元素质量百分比15％)，真空度≤0.10KPa，深真空时间≥15分钟。

7、将经过VD处理的钢水静置5分钟后，送入钢包回转台进行圆坯连铸，采用低拉速的恒速控制、电磁搅拌和全程保护浇注工艺；控制钢水过热度ΔT≤30℃；铸坯经过矫直之后进行火焰切割，圆管坯进行堆垛缓冷。

对管坯进行化学成分化验，管坯的化学成分应符合下述要求(重量百分比％)：C0.58-0.65％；Si 0.17-0.37％；Mn 1.00-1.20％；P≤0.020％；S≤0.010％；Cr 0.20-0.40％；Al 0.015-0.050％；稀土元素Ce 0.0010-0.0030％；Ni＜0.20％；Cu＜0.20％；余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素。

所述稀土合金为Ce-Fe合金，Ce元素能够起到改善非金属夹杂物形态、强化晶界和细化晶粒等作用，从而取得细晶强化和提高冲击韧性的效果。

将成分化验合格及硫印不大于2.0级的连铸圆管坯进行制管，制管过程如下：

将管坯放入加热炉进行加热，连续检查并控制好加热炉预热段、加热段、均热段等各段的温度，各段温度的控制范围见表1；

表1：环形加热炉的各段温度控制(℃)

预热Ⅰ段	预热Ⅱ段	加热Ⅰ段	加热Ⅱ段	均热Ⅰ段	均热Ⅱ段
						700～900	1120～1230	900～950	1100～1200	1240～1280	1250～1280

用微机对加热炉各段温度进行自动控制并自动记录。

热工具在使用前必须测量，轧前必须检查、处理辊道，避免划伤管壁。

将加热好的管坯穿孔后在相应的PQF轧管机组进行连续轧制，再经再加热、张力减径、带温矫直、冷床冷却、定尺锯切，成为用户所需规格的无缝钢管。轧制时每批至少进行一次热取样，检查几何尺寸，保证钢管的精确成型。其中带温矫直的矫直温度≥500℃。

然后对钢管逐支进行无损探伤检测，合格者经人工检查后测长、称重、喷标入库。

经过上述工艺过程，可以生产出本发明所述的“含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝管”。

另外，在带温矫直步骤之前还包括对钢管进行淬火加回火热处理，淬火温度为830-850℃，保温时间为20-30min，回火温度为150-180℃，保温时间为150-180min。

下面结合具体的实施例对本发明内容作进一步详细说明。

按下表2所示重量百分比原料制备铁水：包括90吨的高炉铁水和10吨的优质废钢。

生产工艺流程顺序为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→定尺切割→管坯加热→菌式穿孔→连续轧管→在线常化→张力减径→带温矫直→冷床冷却→定尺锯切→无损探伤→人工检查→测长、称重、喷标→入库。

具体生产工艺流程简述如下：

将90吨的高炉铁水用“金属镁粉”作脱硫脱氧预处理，使铁水中的S元素含量降低到(重量百分比)0.010％以下；

将所述的90吨预处理铁水兑入100吨级的顶底复吹转炉之内，再加入10吨的优质废钢，然后采用单渣工艺进行冶炼，终渣碱度按3.0控制，出钢时采用硅锰、锰铁和铬铁进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣，挡渣失败必须扒渣，出钢过程中合金加完以后加入200kg的白灰。

将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼：精炼时按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式进行加热升温；根据转炉钢水的成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作，补加铬铁合金在中后期加入。

精炼造好白渣后，进行微Ti处理，即在精炼后期按0.8kg/吨加入钛铁合金。LF精炼结束后喂入定长铁钙线，喂丝后进行10-15分钟吹氩气。

然后将精炼好的钢水送入VD炉工位进行真空处理，抽真空之前采用压入法加入铈铁合金(Ce元素的重量百分比为15％)真空度≤0.10kPa，深真空时间≥15分钟。

将经过VD真空处理后的钢水大包吊上钢包回转台进行5机5流圆坯连铸，连铸时采用低拉速的恒速控制、电磁搅拌和全程保护浇注工艺；钢水过热度ΔT＝25℃；铸坯出二次冷却区域后进行矫直，然后用火焰定尺切割成规格为

的管坯，然后将规格为

的管坯进行堆垛缓冷。

对规格为

的管坯取样进行化、检验，其化学成分化验结果(重量百分比含量)见表2。

表2：管坯的化学成分检测结果(重量％)

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Al	RE	Ni	Cu
											实施例1	0.60	0.25	1.03	0.017	0.004	0.23	0.028	0.0014	0.005	0.005
实施例2	0.61	0.27	1.06	0.013	0.005	0.25	0.025	0.0015	0.005	0.005
											实施例3	0.62	0.33	1.10	0.015	0.005	0.24	0.033	0.0018	0.005	0.005

硫印：均不超过1.0级，低倍检验合格。

将化、检验合格的规格为

的管坯进行制管，制管过程如下：

将规格为

的管坯放入环形加热炉进行加热，连续检查并控制好环形加热炉的预热段、加热段、均热段等各段的温度，保证加热透彻均匀而不过热，各段温度的控制范围见表3；

表3：环形加热炉的各段温度控制(℃)

用微机对环形加热炉各段温度进行自动控制并自动记录。

将加热好的规格为

的管坯进行菌式穿孔、然后在

轧管机组上进行连续轧制、然后在定径及其上制成规格为

的无缝钢管，每批进行一次热取样，检查几何尺寸。

当无缝钢管的温度降到510℃时进行矫直，采用环切法测量无缝钢管的残余应力。

对上述工艺生产的规格为

的无缝钢管先后进行无损探伤试验，合格的无缝钢管即成为本发明所述的“含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管”的成品。用其制取试样进行轧态力学性能及金相性能检验，同时对试样进行淬火加回火热处理，淬火温度为830-850℃，保温时间为20-30min回火温度为150-180℃，保温时间为150-180min，检验其热处理后的洛氏硬度。

经过检验，实施例1～实施例3所产的规格为

的无缝钢管的力学性能检测结果及见表4、金相性能检测结果见表5。

表4：无缝钢管的力学性能检测结果

表5：无缝钢管的金相性能检测结果(级)

由以上表4-表5所示的数据可知，本发明提供的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的具体性能指标如下：屈服强度：≥550MPa；抗拉强度：≥850MPa；延伸率：≥18％；热处理后的洛氏硬度：≥70HRC；晶粒度：≥8.5级。可见提供的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管具有较高的硬度指标，相对于现有技术同种无缝钢管具有较高的耐磨性能。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管，其特征在于，所述含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C 0.58-0.65％；Si 0.17-0.37％；Mn1.00-1.20％；P≤0.020％；S≤0.010％；Cr 0.20-0.40％；Al 0.015-0.050％；稀土元素Ce0.0010-0.0030％；Ni＜0.20％；Cu＜0.20％；余量为基体Fe和不可避免的微量杂质元素。

2.根据权利要求1所述的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管，其特征在于，所述含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C 0.60-0.62％；Si0.25-0.33％；Mn 1.03-1.10％；P≤0.020％；S≤0.010％；Cr 0.23-0.25％；Al 0.025-0.033％；稀土元素Ce 0.0014-0.0018％；Ni≤0.005％；Cu≤0.005％；余量为基体Fe和不可避免的微量杂质元素。

3.根据权利要求1或2所述的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管，其特征在于，所述含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的热处理后洛氏硬度≥70HRC。

4.权利要求1-3中任一项所述的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的生产方法，其包括以下步骤：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→定尺切割→管坯加热→菌式穿孔→连续轧管→在线常化→张力减径→带温矫直→冷床冷却→定尺锯切→无损探伤→人工检查→测长、称重、喷标→入库；其中所述带温矫直的矫直温度≥500℃。

5.根据权利要求4所述的含稀土混凝土输送用耐磨热轧无缝钢管的生产方法，其特征在于，在带温矫直步骤之前还包括热处理的步骤，所述热处理的条件为：淬火温度为830-850℃，保温时间为20-30min，回火温度为150-180℃，保温时间为150-180min。