CN113637899A - 一种含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管及其生产方法 - Google Patents
一种含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管及其生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管及其生产方法，其中该含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C 0.25～0.35；Si 0.20～0.40；Mn 0.80～1.20；Cr 0.90～1.20；Mo 0.40～0.60；RE≥0.001；Al≤0.040；P≤0.015；S≤0.005；其余为Fe和不可去除的痕量元素；该钢管经热处理后屈服强度≥1025MPa，抗拉强度≥1100MPa，断后伸长率≥13％，‑20℃纵向冲击功≥58J，可满足高强高韧工程机械用钢的需求。
Description
技术领域
本发明属于无缝钢管生产技术领域，具体涉及一种含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管及其生产方法。
背景技术
工程机械用钢是指用于挖掘机、旋挖钻机、起重机、装载机等各种大型工程机械设备上主要构件的钢铁材料。目前我国的工程机械用钢主要以碳素结构钢、低合金结构钢为主。近年来，随着我国工程机械产业的迅速发展，需不断研究和开发高强度级别的工程机械用钢新品种，进一步提高工程机械用钢的各项综合性能，主要体现在高强度、优异的低温冲击韧性、良好的焊接性能、能够应对服役过程中承受复杂多变的周期性载荷作用等方面，以适应工程机械装备正在逐步向大型化、轻量化、可靠性、耐久性、高精度、节能环保等方向的发展需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明一个方面提供一种含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的生产方法，其中所述含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C 0.25～0.35；Si 0.20～0.40；Mn 0.80～1.20；Cr 0.90～1.20；Mo 0.40～0.60；RE≥0.001；Al≤0.040；P≤0.015；S≤0.005；其余为Fe和不可去除的痕量元素；
所述含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的生产方法包括以下工艺步骤：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空脱气→圆坯连铸→加热→穿孔→轧管→张减径/定径→冷床冷却→锯切→热处理；其中：
所述铁水预处理工艺条件为：在铁水兑入转炉之前进行脱硫处理，使预处理后的铁水S≤0.005％；
所述顶底复吹转炉冶炼工艺条件为：转炉冶炼的终渣碱度≥3.0；转炉终点控制目标：C≥0.06％、P≤0.010％、出钢温度1610～1630℃；终脱氧采用有铝脱氧工艺；严格控制出钢过程中的下渣量，挡渣出钢，挡渣失败必须扒渣，以防止钢水回磷；
所述LF炉外精炼工艺条件为：LF精炼过程中要全程吹氩，吹氩强度应以保持钢液蠕动且不得裸露钢液为佳；采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式提温；造好白渣，白渣保持时间≥20min，并根据情况调节渣况以保证白渣出钢；
所述VD真空脱气工艺条件为：VD真空处理的真空度应≤0.10KPa，目标值按≤0.06KPa控制；保证深真空时间≥13分钟；真空处理后软吹时间≥15分钟，同时应注意弱搅拌效果，不能裸露钢水；
所述圆坯连铸工艺条件为：连铸过程中采用全程保护浇铸、电磁搅拌、恒拉速浇铸等操作工艺；钢水的过热度控制在≤30℃；
所述加热工艺条件为：管坯加热过程中应对加热炉的各段温度及时间进行监控，减少热应力对管坯心部或外表面缺欠的扩展，保证管坯在加热炉内加热均匀，不得出现阴阳面、加热不透、过热或过烧现象；
所述冷床冷却工艺条件为：热轧态钢管在冷床采用密排缓冷的冷却工艺，并应控制好钢管的轧制节奏，保证钢管上冷床后能够连续步进、转动，以避免等待而造成弯曲；
所述热处理工艺条件为：对钢管全长进行890℃～930℃淬火和570℃～590℃回火处理。
上述生产方法中，所述热处理工艺条件为：对钢管全长进行910℃～930℃淬火和570℃～580℃回火处理。
上述生产方法中，所述含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C 0.27～0.35；Si 0.26～0.35；Mn 0.85～1.15；Cr 0.90～1.10；Mo 0.42～0.50；RE 0.001～0.003；Al≤0.030；P≤0.015；S≤0.005；其余为Fe和不可去除的痕量元素。
本发明另一方面提供一种含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管，其由上述的生产方法获得，所述含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的力学性能满足：屈服强度≥1025MPa，抗拉强度≥1100MPa，断后伸长率≥13％，-20℃纵向冲击功≥58J。
上述的含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的力学性能满足：屈服强度≥1069MPa，抗拉强度≥1125MPa。
本发明基于以上技术方案提供的含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的生产方法通过合理的成分设计和生产工艺条件，尤其是热处理调质工艺条件，可以获得一种材质优良、性能优越、生产技术工艺合理的含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管，热处理后钢管的屈服强度≥1025MPa，抗拉强度≥1100MPa，断后伸长率≥13％，-20℃纵向冲击功≥58J，尤其满足屈服强度≥1069MPa，抗拉强度≥1125MPa，可满足高强高韧工程机械用钢的需求。
具体实施方式
本发明旨在提供一种具有优良的综合力学性能的含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管及其生产方法。
其中含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的化学按质量百分比计为：C 0.25～0.35；Si 0.20～0.40；Mn 0.80～1.20；Cr 0.90～1.20；Mo 0.40～0.60；RE≥0.001；Al≤0.040；P≤0.015；S≤0.005；其余为Fe和不可去除的痕量元素；优选为C 0.27～0.35；Si0.26～0.35；Mn 0.85～1.15；Cr 0.90～1.10；Mo 0.42～0.50；RE 0.001～0.003；Al≤0.030；P≤0.015；S≤0.005；其余为Fe和不可去除的痕量元素。
在上述成分中：
C在钢中可起到固溶强化和沉淀强化的作用，随着碳含量的增加，钢的屈服强度、抗拉强度、硬度增大，但碳含量过高会使钢的塑性、冲击韧性降低。为保证该钢种既具有高的强度，又具有良好的冲击韧性，本发明中C的含量为0.25％～0.35％。
Si是炼钢时作为脱氧剂而加入钢中的元素，其在钢中溶于铁素体内可提高钢的强度和硬度，有利于提高钢的回火稳定性和抗氧化性，但同时也在一定程度上降低钢的塑性和韧性。本发明中Si的含量为0.20％～0.40％。
Mn作为脱氧、脱硫及合金元素加入钢中时，可起到有益的作用，同时可提高钢的淬透性，但Mn是一种易偏析的元素，且随着钢中C含量的增加，Mn的偏析程度会增大。本发明中Mn的含量为0.80％～1.20％。
Cr在钢中可起到提高强度、硬度、耐磨性、抗氧化性和耐腐蚀性的作用，但铬含量过高会促进钢的回火脆性，对钢的冲击韧性产生不利的影响。本发明中Cr的含量为0.90％～1.20％。
Mo能提高钢的机械性能、淬透性和热强性，在高温时能使钢保持足够的强度和抗蠕变能力，抑制合金钢的回火脆性，但由于Mo的价格较高，因此，综合考虑钢的性能和经济成本，本发明中Mo的含量为0.40％～0.60％。
RE在钢中具有净化、变质及合金化的作用。加入适量的稀土元素，可起到脱氧、脱硫、抑制低熔点杂质在晶界上的偏聚、使夹杂物变性、减少夹杂物的数量并使之细化、净化晶界、固溶强化等作用。本发明中RE的加入量为≥0.001％。
Al是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高钢的冲击韧性、抗氧化性和抗腐蚀性，但Al含量较高时，将会促进钢的石墨化倾向，降低钢的高温强度和韧性。本发明中Al的含量控制在≤0.040％。
本发明中P、S是钢中的有害元素，钢中P含量高会引起钢的“冷脆”，降低钢的塑性和冲击韧性，使钢的焊接性能和冷弯性能变差。钢中S含量高会造成钢的“热脆”，降低钢的延展性、冲击韧性、焊接性能和耐腐蚀性，在钢的锻造和轧制时易产生裂纹。因此，为了提高钢的冲击韧性和可焊性，在兼顾炼钢工艺水平和成本的前提下，应尽可能降低钢中P、S含量，本发明中要求钢中的P≤0.015％、S≤0.005％。
在本发明的一个优选实施方式中，所述含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的生产方法包括以下工艺步骤：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空脱气→圆坯连铸→加热→穿孔→轧管→张减径/定径→冷床冷却→锯切→热处理→矫直→探伤→人工检查→测长、称重、喷标→入库；其中：
所述铁水预处理工艺条件为：在铁水兑入转炉之前进行脱硫处理，使预处理后的铁水S≤0.005％；
所述顶底复吹转炉冶炼工艺条件为：转炉冶炼的终渣碱度≥3.0；转炉终点控制目标：C≥0.06％、P≤0.010％、出钢温度1610～1630℃；终脱氧采用有铝脱氧工艺；严格控制出钢过程中的下渣量，挡渣出钢，挡渣失败必须扒渣，以防止钢水回磷；
所述LF炉外精炼工艺条件为：LF精炼过程中要全程吹氩，吹氩强度应以保持钢液蠕动且不得裸露钢液为佳；采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式提温；造好白渣，白渣保持时间≥20min，并根据情况调节渣况以保证白渣出钢；
所述VD真空脱气工艺条件为：VD真空处理的真空度应≤0.10KPa，目标值按≤0.06KPa控制；保证深真空时间≥13分钟；真空处理后软吹时间≥15分钟，同时应注意弱搅拌效果，不能裸露钢水；
所述圆坯连铸工艺条件为：连铸过程中采用全程保护浇铸、电磁搅拌、恒拉速浇铸等操作工艺；钢水的过热度控制在≤30℃；
所述加热工艺条件为：管坯加热过程中应对加热炉的各段温度及时间进行监控，减少热应力对管坯心部或外表面缺欠的扩展，保证管坯在加热炉内加热均匀，不得出现阴阳面、加热不透、过热或过烧现象；
所述冷床冷却工艺条件为：热轧态钢管在冷床采用密排缓冷的冷却工艺，并应控制好钢管的轧制节奏，保证钢管上冷床后能够连续步进、转动，以避免等待而造成弯曲；
所述热处理工艺条件为：对钢管全长进行890℃～930℃淬火和570℃～590℃回火处理；优选地，所述热处理工艺条件为：对钢管全长进行910℃～930℃淬火和570℃～580℃回火处理。
以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的内容有任何限制。
实施例
各实施例钢管的化学成分如表1所示。各实施例热处理工艺条件如表2所示。各实施例钢管的力学性能如表3所示。
表1：各实施例钢管的化学成分(质量百分数/％)
| 实施例 | C | Si | Mn | Cr | Mo | P | S | Al | RE(加入量) |
| 实施例1 | 0.27 | 0.35 | 1.15 | 0.90 | 0.42 | 0.013 | 0.003 | 0.025 | 0.001 |
| 实施例2 | 0.33 | 0.26 | 0.94 | 0.99 | 0.44 | 0.012 | 0.005 | 0.035 | 0.002 |
| 实施例3 | 0.35 | 0.30 | 0.85 | 1.10 | 0.50 | 0.011 | 0.004 | 0.030 | 0.003 |
表2：各实施例热处理工艺条件
| 实施例 | 淬火(℃) | 回火(℃) |
| 实施例1-1 | 930 | 570 |
| 实施例1-2 | 930 | 580 |
| 实施例1-3 | 930 | 590 |
| 实施例2-1 | 910 | 570 |
| 实施例2-2 | 910 | 580 |
| 实施例2-3 | 910 | 590 |
| 实施例3-1 | 890 | 570 |
| 实施例3-2 | 890 | 580 |
| 实施例3-3 | 890 | 590 |
表3各实施例钢管的力学性能
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 (5)
1.一种含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C 0.25～0.35；Si 0.20～0.40；Mn 0.80～1.20；Cr 0.90～1.20；Mo 0.40～0.60；RE≥0.001；Al≤0.040；P≤0.015；S≤0.005；其余为Fe和不可去除的痕量元素；
所述含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的生产方法包括以下工艺步骤：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空脱气→圆坯连铸→加热→穿孔→轧管→张减径/定径→冷床冷却→锯切→热处理；其中所述热处理工艺条件为：对钢管全长进行890℃～930℃淬火加570℃～590℃回火处理。
2.根据权利要求1所述的含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述热处理工艺条件为：对钢管全长进行910℃～930℃淬火和570℃～580℃回火处理。
3.根据权利要求1或2所述的含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C 0.27～0.35；Si 0.26～0.35；Mn 0.85～1.15；Cr 0.90～1.10；Mo 0.42～0.50；RE 0.001～0.003；Al≤0.030；P≤0.015；S≤0.005；其余为Fe和不可去除的痕量元素。
4.一种含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管，其由权利要求1-3中任一项所述的生产方法获得，所述含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管的力学性能满足：屈服强度≥1025MPa，抗拉强度≥1100MPa，断后伸长率≥13％，-20℃纵向冲击功≥58J。
5.根据权利要求4所述的含稀土950MPa级工程机械用无缝钢管，其力学性能满足：屈服强度≥1069MPa，抗拉强度≥1125MPa。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115287538A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-11-04 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 一种含稀土900MPa级非开挖钻杆用无缝钢管及其制备方法 |
| CN115522125A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-12-27 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 一种含稀土890MPa级起重机臂架用无缝钢管及其生产方法 |
Citations (2)
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| CA3118704A1 (en) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | Jfe Steel Corporation | Duplex stainless steel seamless pipe and method for manufacturing same |
| CN112756423A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-05-07 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 一种含稀土的旋挖钻机键条用无缝钢管及其制备方法 |
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2021
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