CN113528954A

CN113528954A - 一种冷拔液压缸筒用无缝钢管及其制造方法

Info

Publication number: CN113528954A
Application number: CN202110725864.XA
Authority: CN
Inventors: 解德刚; 吴红; 赵波; 王善宝; 袁琴; 洪汛
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2041-06-29
Also published as: CN113528954B

Abstract

本发明涉及无缝钢管技术领域，尤其涉及一种冷拔液压缸筒用无缝钢管及其制造方法。其化学成分按重量百分比为：C：0.09％～0.14％，Si：0.45％～0.65％，Mn：1.8％～2.3％，Zr：0.0005％～0.02％，Mg：0.0005％～0.01％，Al：0.0005％～0.045％，P≤0.015％，S≤0.01％，O≤0.002％，N≤0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质。其均匀延伸率可以达到15％以上，断后伸长率30％以上，抗拉强度可以达到500MPa以上，屈服强度达到360MPa以上，同时，钢管的表面质量、内部质量优良，使钢管冷拔后的表面光洁、无瑕疵；满足当下及未来发展国内冷拔液压钢筒制造企业的加工使用需求。

Description

一种冷拔液压缸筒用无缝钢管及其制造方法

技术领域

本发明涉及无缝钢管技术领域，尤其涉及一种冷拔液压缸筒用无缝钢管及其制造方法。

背景技术

液压缸筒是液压油缸的重要组成部分，是将液压能转变为机械能、做直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件。用于制作液压缸钢筒的钢管的耐压性、耐磨性、疲劳强度、表面质量等综合性能对液压油缸的使用寿命起到关键作用。

20世纪末，我国一些大型钢管生产企业开发了能够节约较贵金属Cr、Mo等合金的27SiMn钢种，用于生产制作缸体和筒身等零件的无缝钢管。此后，又根据国外标准陆续选用过25CrMo4、30CrMo、40Cr、30CrMnSi等材料。目前，国内液压缸用无缝钢管主要采用碳素钢和27SiMn钢种为主。近几年来，随着我国工程机械行业的迅速发展，对车体自重轻、对油缸材料的强度、韧性和焊接性等方面要求较高，尤其对油缸管尺寸精度、表面光整度要求严苛，用热轧无缝管作油缸管已不能满足车厂的使用要求，因此，一些油缸管冷拔制造厂应运而生，由于油缸管冷加工的工艺特点，加工废品时有发生，经过实际加工情况的跟踪了解，一些民营小厂由于产品质量太差已被油缸管加工厂排除在外，而就算是有较强质量控制体系的大型钢铁制造企业，在钢管的产品特性与用户加工使用要求的适应性方面仍有较大的提升空间。

因此，开发出一种适宜于冷拔工艺的液压钢筒用钢管材料具有明显的现实意义和经济利益。例如，CN111304529A公开了一种多级油缸用无缝钢管的化学成分配方，采用热轧+调质工艺制造，但该发明产品延伸率较低，强度较高，不能用于冷拔油缸管的加工。CN112095049A公开了一种油缸用无缝钢管的化学成分配方，通过淬火+回火的热处理方式获得无缝钢管材料，但遗憾的是，该发明的制造工艺也决定了产品的强度很高、延伸率很低，不能用于冷拔工艺的液压钢筒用钢管材料。CN107746916A介绍了一种油缸用无缝钢管的制造方法，主要采用热轧+正火热处理的方式制造钢管，增加了合金成本、工序成本，经济性不好，而且没有提出对该类产品表面质量影响严重的夹杂物的控制问题，产品使用安全性难以保证。公开号为CN104190740A介绍了一种热轧无缝钢管管坯的生产方法，重点介绍了钢坯质量对油缸管产品质量的影响的控制方法，但产品延伸率性能仍然较低，且强度也太低，难以满足液压钢筒用钢管材料对强度刚性的使用要求。

综上，上述现有技术均不能满足当下及未来冷拔液压钢筒用钢管对高冷加工变形性能及高表面质量的使用要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种冷拔液压缸筒用无缝钢管及其制造方法，其均匀延伸率可以达到15％以上，断后伸长率30％以上，抗拉强度可以达到500MPa以上，屈服强度达到360MPa以上，同时，钢管的表面质量、内部质量优良，使钢管冷拔后的表面光洁、无瑕疵；满足当下及未来发展国内冷拔液压钢筒制造企业的加工使用需求。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种冷拔液压缸筒用无缝钢管，其化学成分按重量百分比为：

C：0.09％～0.14％，Si：0.45％～0.65％，Mn：1.8％～2.3％，Zr：0.0005％～0.02％，Mg：0.0005％～0.01％，Al：0.0005％～0.045％，P≤0.015％，S≤0.01％，O≤0.002％，N≤0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种冷拔液压缸筒用无缝钢管的制造方法，具体包括如下步骤：

1)钢坯制造时Mg、Al以Mg-Al合金的形式加入钢水中，加入工位为VD或RH处理破空之前5～10min；

2)Zr在VD或RH处理破空之前5～10min添加；

3)浇铸后凝固的铸坯在空气中放冷至室温；

4)钢管成型以无缝钢管方式制造，管内喷吹硼砂面积不低于2g/dm²；

5)钢管最终成型温度800～900℃，然后在730～780℃保温7～25min，之后冷却至室温。

与现有方法相比，本发明的有益效果是：

1)本发明采用低C、复合添加Si、Mn、Mg、Al、Zr元素的设计，为本发明产品具有优良的成型性能、表面质量光滑度和抗氧化性能提供基础保障，提高液压油缸钢筒使用寿命和使用安全性。

2)钢坯制造时Mg以Mg-Al合金的形式加入钢水中，加入工位为VD或RH处理后期，保证生产顺行和较好的收得率，有效减小了夹杂物的颗粒尺寸，同时又避免了合金形成有害杂质。大大提高了产品的冷拔成型性能和表面质量。

3)Zr在VD或RH处理后期添加，保证了合金收得率，改善了钢水洁净度，提升了产品具有优良的内、外部质量，改善产品使用过程中的抗氧化性能。

4)浇铸后凝固的铸坯在空气中放冷至室温，保证合金元素充分的扩散均匀，提升产品各项性能均一性。

5)钢管成型以无缝钢管方式制造，并且管内喷吹硼砂面积不低于2g/dm²。有效解决了由于硼砂润滑不到位或结节破坏钢管内表面质量的问题。

6)钢管成型以无缝钢管方式制造，并且钢管最终成型温度控制在800～900℃。在730～780℃保温7～25min，之后冷却至室温。可以提升钢管综合力学性能，尤其是均匀延伸率和断后伸长率，显著改善产品的冷拔加工性能。

使用本发明工艺制造的钢管具有15％以上的均匀延伸率，30％以上的断后伸长率，抗拉强度可以达到500MPa以上，屈服强度达到360MPa以上，-40℃冲击功70J以上，满足当下及未来发展国内冷拔液压钢筒制造企业的加工使用需求。本发明产品的内部和表面质量优良，使钢管冷拔后的表面光洁、无瑕疵，尤其是Ds类夹杂物尺寸等级控制在1.0级以下。本发明工艺制造的无缝钢管的技术特征，还可拓展应用于其他机械、结构、桥梁等领域，具有广阔的市场前景。

具体实施方式

本发明公开了一种冷拔液压缸筒用无缝钢管及其制造方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

C：碳可以大幅提高钢的淬透性，而且经济性最好，是本发明不可缺少的化学元素，当碳含量低于0.09％时，其提高淬透性和强化效果不足，难以达到本发明目的。碳元素过高会增加渗碳体含量，降低钢管冷拔变形均匀性和可加工性能，也难以达到本发明的目的。因此，碳含量的上限规定为不高于0.14％。

Si：硅在这里一方面起到脱氧作用，另一方面可以起到强化作用，含量低于0.45％时效果不能充分发挥。但硅含量过高会对钢的韧性损害较大，从而降低产品的冷拔加工性能，故将其上限定在0.65％以下。

Mn：锰可扩大奥氏体相区，提高冷却过程中过冷奥氏体的稳定性，大幅提高淬透性，锰还能与钢中的S元素结合成MnS，可以改善夹杂物性质和状态，并有助于细化晶粒，提高钢的塑韧性能，含量低于1.8％时，作用得不到充分发挥。但当含量超过2.3％时，会增加产品的组织偏析及有害元素在晶界的偏聚，降低宏观性能均匀性，不利于本发明目的的实现。

Zr：镐可以有效地中和钢中的碳，并且具有脱气、净化和细化晶粒组织的作用，改善塑、韧性，大幅提升钢管的冷拔加工性能。当镐含量低于0.0005％时作用不明显，当含量超过0.02％时强度、硬度会过高，不利于钢管的冷拔加工，因而，本发明的技术方案所采用的镐含量不大于0.02％。

Mg：镁可以降低炉渣的熔化温度和黏度，改善渣的流动性，提升夹杂物的去除效果，降低夹杂物的尺寸和数量，当含量低于0.0005％时，作用不明显，当含量超过0.01％时，增加炼钢的反应激烈程度，不利于工程化的稳定实施，因此，本发明限定镁的范围为0.0005％～0.01％。

Al：铝具有强烈的脱氧、脱氮能力，可有效细化钢的晶粒组织，铝还可以降低淬火残留奥氏体的含量，利于获得较均匀一致的的微观组织，对冷拔加工性能有利，当含量低于0.0005％时，作用不明显，当含量超过0.045％时，铝将在冶炼浇铸时增加絮流，不利于生产顺行和产品内部质量稳定性。

P：磷容易在晶界偏析，有导致钢材冷脆的危险，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：硫易与锰等形成夹杂物，其含量的增加会导致夹杂物数量的增加，破坏加工过程中材料基体的连续性，降低冲击韧性指标。这里须将其限定在0.01％以下。

O：氧易与钢中的大多数化学元素形成氧化物夹杂，破坏钢材冷拔加工的产品表面质量，降低产品使用安全性。这里将其限定在0.002％以下。

N：氮易与大多数合金元素形成氮化物，含量较多时会聚集长大，降低钢材冷拔加工的表面质量，损害产品使用安全性。这里将其限定在0.004％以下。

一种冷拔液压缸筒用无缝钢管其制造工艺如下：

将上述具有本发明化学成分的钢水经LF+VD或RH处理后，铸造成圆坯或铸造成方坯再锻轧成圆坯，再将圆坯热加工成所需外形尺寸的无缝钢管。

本发明产品的制造方法的特征主要在于：一、钢坯制造时Mg、Al以Mg-Al合金的形式加入钢水中，加入工位为VD或RH处理后期。二、Zr在VD或RH处理后期添加。三、浇铸后凝固的铸坯在空气中放冷至室温。四、钢管成型以无缝钢管方式制造，管内喷吹硼砂面积不低于2g/dm²。五、钢管最终成型温度800～900℃，然后在730～780℃保温7～25min，之后冷却至室温。

本发明的特征之一是，采用低C、复合添加Si、Mn、Mg、Al、Zr元素的无缝钢管制造设计，在液压油缸钢筒用管材制造领域具有创新性。为本发明产品具有优良的成型性能、表面质量光滑度和抗氧化性能提供基础保障，提高液压油缸钢筒使用寿命和使用安全性。

本发明的特征之二是，钢坯制造时Mg以Mg-Al合金的形式加入钢水中，加入工位为VD或RH处理后期，保证生产顺行和较好的收得率，有效减小了夹杂物的颗粒尺寸，同时又避免了合金形成有害杂质。大大提高了产品的冷拔成型性能和表面质量。

本发明的特征之三是，Zr在VD或RH处理后期添加，保证了合金收得率，改善了钢水洁净度，提升了产品具有优良的内、外部质量，改善产品使用过程中的抗氧化性能。

本发明的特征之四是，浇铸后凝固的铸坯在空气中放冷至室温，保证合金元素充分的扩散均匀，提升产品各项性能均一性。

本发明的特征之五是，钢管成型以无缝钢管方式制造，并且管内喷吹硼砂面积不低于2g/dm²。有效解决了由于硼砂润滑不到位或结节破坏钢管内表面质量的问题。

本发明的特征之六是，钢管成型以无缝钢管方式制造，并且钢管最终成型温度控制在800～900℃。在730～780℃保温7～25min，之后冷却至室温。可以提升钢管综合力学性能，尤其是均匀延伸率和断后伸长率，显著改善产品的冷拔加工性能。

经上述制造方法制造的冷拔液压钢筒用无缝钢管具有如下性能特点：

屈服强度：＞360MPa；

抗拉强度：＞500MPa；

断后伸长率：＞30％；

均匀延伸率：＞15％；

冲击功CVN(-40℃)＞70J。

经过上述工艺制造的无缝钢管还具有如下技术特征：

1、钢中A类夹杂物≤1.0级，B类夹杂物≤1.5级，C类夹杂物≤1.5级，D类夹杂物≤1.0级，Ds类夹杂物≤1.0级，夹杂物总量≤4.0级；

2、钢管表面质量达到超声波L2技术等级探伤要求。

【实施例】

下面将根据具体实施例对本发明所述的冷拔液压钢筒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。本发明的一种冷拔液压钢筒用无缝钢管及其制造方法可以这样实现：钢液制备+钢坯铸造+钢管成型+钢管热处理。

对具有表1中化学成分的钢水采用LF炉精炼+VD/RH脱气处理，控制O含量0.002％以下，N含量0.004％以下，P含量0.015％以下，S含量0.01％以下。VD/RH破空前5～10min加入Mg-Al合金和Zr合金，采用连续式铸机对钢液进行边电磁搅拌边凝固的方式实现钢坯的铸造。铸造的钢坯定尺后自然冷却至室温，可以直接进行制管成型，也可以对钢坯进行锻造或轧制，来获得更优良的内外部质量。钢管的成型以热轧无缝制管方式实现，工艺控制要点是：管内喷吹硼砂面积不低于2g/dm²，钢管经热轧后最终成型温度控制在800～900℃，之后在730～780℃保温7～25min，之后冷却至室温。

制造工艺参数如表2所示。最后，钢管进行目视及探伤等各项检验后，包装入库。产品的力学性能如表3所示。

表1本发明产品的化学成分

表2本发明产品的制造工艺参数

表3本发明产品的力学性能

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。