CN114045438A - 一种高强韧性无缝钢管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种高强韧性无缝钢管及其制备方法。本发明所解决的技术问题是提供一种高强韧性无缝钢管及其制备方法，所述无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C：0.15～0.20％、Si：0.20～0.50％、Mn：1.10～1.50％、P≤0.025％、S≤0.015％、Cr：0.40～1.20％、Mo：0.30～1.00％等；该高强韧性无缝钢管制备方法包括以下步骤：连铸圆坯冶炼炼、管坯轧制、热处理。本发明的高强韧性无缝钢管化学成分中含有Cr、Ni、Mo、Nb合金元素，并进行微钛处理，提高钢管焊接性能，同时制定合理的冶炼、轧制和热处理工艺，得到屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥15％，－20℃纵向冲击功≥120J、－40℃纵向冲击功≥75J的高强韧性无缝钢管。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种高强韧性无缝钢管及其制备方法。
背景技术
履带式起重机是一种高层建筑施工用的重型自行式起重机，是工程机械中技术含量高、制备工艺复杂、具有独特性能的起重作业机械产品，广泛应用于桥梁、发电设备、炼油设备、风力发电机组以及海上工作平台等项目的施工。
目前履带式起重机最大起重能力已超过1000t。作为履带式起重机一个重要部件的组合臂架，是承载和输送的关键部位，臂架一般是由长11m左右的无缝钢管作为主旋管与腹管焊接组合而成。对制备起重能力在400t以上的大型履带式起重机，这就对起重机臂架主旋管所使用的钢管外径更大、壁厚更厚，其使用条件要求无缝钢管不仅具有更高的强度和韧性，一般的无缝钢管不能满足使用条件。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高强韧性无缝钢管，所述无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C：0.15～0.20％、Si：0.20～0.50％、Mn：1.10～1.50％、P≤0.025％、S≤0.015％、Cr：0.40～1.20％、Mo：0.30～1.00％、Ni：:0.80～2.50％、V：0.01～0.50％、Nb：0.02～1.00％、Al：0.010～0.080％、Cu≤0.25％、N≤0.009％和1.0～5.0Kg/每吨FeTi，余量为铁和不可避免的杂质。
优选的，所述高强韧性无缝钢管具有以下特性：屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥15％，－20℃纵向冲击功≥120J，－40℃纵向冲击功≥75J。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述高强韧性无缝钢管的制备方法，依次包括连铸圆坯冶炼炼、管坯轧制、热处理步骤，即得高强韧性无缝钢管。
进一步的是，连铸圆坯冶炼包括电炉冶炼、炉外精炼、真空精炼处理、连铸圆坯；
其中，电炉冶炼为：电炉终点碳应≥0.06％，出钢温度为1620-1660℃；
炉外精炼为：快速造白渣，白渣保持时间≥20min，出钢前加入微量FeTi合金进行微钛处理；
真空精炼为：真空度≤67Pa，保持时间≥15min，净吹时间≥10min，VD出钢温度为1575～1595℃。
连铸工序采用Ar气+密封圈保护浇注，中间包温度：按1525～1555℃控制。
进一步的是，管坯轧制包括管坯加热、穿孔、连轧机轧制、定径机定径、冷床冷却；
其中，管坯加热温度不超过1280℃，保温时间为0.5～0.8min/mm；
穿孔机顶前压下量应≤8％，穿孔速度≤1.00m/s，抛钢速度≤0.80m/s；
连轧管机轧制温度为1000～1050℃；
管坯定径前在步进炉内加热至980～1000℃，管坯定径温度≥900℃。
进一步的是，管坯定径前通过高压水除鳞装置对表面氧化铁皮进行处理。
进一步的是，热处理包括管坯加热、淬火、回火和矫直；
其中，采用外淋内喷轴流压辊旋转淬火方式对管坯进行调质处理，平均冷却速度大于15℃/s，淬火温度为920～960℃，回火温度为610～660℃，保温时间为2～10min/mm；
进一步的是，在矫直前，在管坯出淬火炉时，采用高压水除鳞装置对管坯表面氧化铁皮进行处理，高压水压力＞18Mpa。
进一步的是，对残余的氧化铁皮待管坯在冷床上冷却至150～250℃时采用矫直机带温矫直清除。
以上发明内容，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。
本发明的有益效果：本发明的高强韧性无缝钢管化学成分中含有Cr、Ni、Mo、Nb合金元素，并进行微钛处理，提高钢管焊接性能，同时制定合理的冶炼、轧制和热处理工艺，得到屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥15％，－20℃纵向冲击功≥120J、－40℃纵向冲击功≥75J的高强韧性无缝钢管；采用合理的带温矫直工艺，确保钢管表面氧化铁皮清除干净，提高无缝钢管的表面质量，节约离线喷砂处理的周期和成本，提高产品市场竞争力。
具体实施方式
本发明提供一种高强韧性无缝钢管，其特征在于：所述无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C：0.15～0.20％、Si：0.20～0.50％、Mn：1.10～1.50％、P≤0.025％、S≤0.015％、Cr：0.40～1.20％、Mo：0.30～1.00％、Ni：:0.80～2.50％、V：0.01～0.50％、Nb：0.02～1.00％、Al：0.010～0.080％、Cu≤0.25％、N≤0.009％和1.0～5.0Kg/每吨FeTi，余量为铁和不可避免的杂质。
上述高强韧性无缝钢管的制备方法，依次包括连铸圆坯冶炼炼、管坯轧制、热处理步骤，即得高强韧性无缝钢管。
连铸圆坯冶炼包括电炉冶炼、炉外精炼、真空精炼处理、连铸圆坯；
其中，电炉冶炼为：电炉终点碳应≥0.06％，出钢温度为1620-1660℃；
炉外精炼为：快速造白渣，白渣保持时间≥20min，出钢前加入微量FeTi合金进行微钛处理；
真空精炼为：真空度≤67Pa，保持时间≥15min，净吹时间≥10min，VD出钢温度为1575～1595℃。
连铸工序采用Ar气+密封圈保护浇注，中间包温度：按1525～1555℃控制。
管坯轧制包括管坯加热、穿孔、连轧机轧制、定径机定径、冷床冷却；
其中，管坯加热温度不超过1280℃，保温时间为0.5～0.8min/mm；
穿孔机顶前压下量应≤8％，穿孔速度≤1.00m/s，抛钢速度≤0.80m/s；
连轧管机轧制温度为1000～1050℃；
管坯定径前在步进炉内加热至980～1000℃，管坯定径温度≥900℃。
为了清除管坯氧化铁皮，避免氧化铁皮压入管子外表面造成麻坑、麻面，在管坯定径前通过高压水除鳞处理，压力＞18MPa，清除氧化铁皮。
热处理包括管坯加热、淬火、回火和矫直；
其中，采用外淋内喷轴流压辊旋转淬火方式对管坯进行调质处理，平均冷却速度大于15℃/s，淬火温度为920～960℃，回火温度为610～660℃，保温时间为2～10min/mm。
为了得到得到均匀、单一的回火索氏体组织，采用外淋内喷轴流压辊旋转淬火方式对钢管进行调质处理，平均冷却速度大于15℃/秒。
因管坯中含有Cr、Ni、Mo等合金元素，热处理后管坯外表面的氧化铁皮特别致密，首先出淬火炉时应采用高压水除鳞装置清除，高压水压力＞18MPa，对残余的氧化铁皮待管坯在冷床上冷却至150～250℃时采用矫直机带温矫直清除。
综上所述，本发明的高强韧性无缝钢管化学成分中含有Cr、Ni、Mo、Nb合金元素，并进行微钛处理，提高钢管焊接性能，同时制定合理的冶炼、轧制和热处理工艺，得到屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥15％，－20℃纵向冲击功≥120J、－40℃纵向冲击功≥75J的高强韧性无缝钢管；采用合理的带温矫直工艺，确保钢管表面氧化铁皮清除干净，提高无缝钢管的表面质量，节约离线喷砂处理的周期和成本，提高产品市场竞争力。
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例生产尺寸为φ219.1×17mm规格高强韧性无缝钢管，其步骤包括：
A、连铸圆坯冶炼
冶炼工艺路线：电炉冶炼→炉外精炼→真空精炼→φ220连铸圆坯。
冶炼生产要求：
①电炉终点碳应≥0.08％，出钢温度1620-1640℃。
②脱氧合金化：SiAlBaCa或LGB加入量3.0～4.0kg/t，Al加入量3.0～4.0kg/t。
③LF炉精炼：快速造白渣，白渣保持时间≥25min，且每隔5分钟检查；出钢前加入4.0Kg/t钢的FeTi进行微钛处理；
④VD精炼：真空度≤67Pa，保持时间≥20min，净吹时间≥15min；VD出钢温度：1575～1585℃。
⑤电炉连铸中间包开浇液位600～650mm，浇铸液位≥700mm，采用Ar气+密封圈保护浇注。
按上述要求得到连铸圆坯，检验化学成分，其质量百分比为C：0.18％、Si：0.35％、Mn：1.45％、P：0.010％、S≤0.008％、Cr：0.78％、Mo：0.88％、Ni：:1.25％、V：0.34％、Nb：0.564％、Al：0.065％、Cu：0.05％、Ti：0.06％，复合设计要求。
B、管坯轧制
生产工艺流程：连铸坯→加热→穿孔→连轧机轧制→定径机定径→冷床冷却
轧制生产要求
①加热工艺：环形炉加热段炉温按1250～1270℃，均热段的炉温按1240～1260℃控制，均热段保温时间按0.8min/mm计算，具体为220×0.8＝176min。
②穿孔工艺：顶前压下量应≤5％，穿孔速度≤0.75m/s，抛钢速度≤0.55m/s。
③轧制工艺：轧制温度1000～1030℃。
④定径要求：定径前在步进炉内加热至980～1000℃，定径前必须经过高压水除鳞(压力＞18MPa)，钢管定径温度≥900℃。
⑤链式冷床却，得到管坯。
C、热处理
热处理包括管坯加热、淬火、回火和矫直。
淬火工艺：加热温度按930±10℃控制，保温时间按2min/mm计算，实际保温时间2*17＝34min。
淬火方式：出淬火炉后开高压水除磷装置，压力，采用外淋+轴流方式淬火。
回火工艺：620±10℃控制，保温时间按5min/mm计算，实际保温时间5*17＝85min。
出回火炉后通过传送辊道传到链式冷床冷却，当温度冷却到200℃时及时进入矫直机，先小压力轻矫清除氧化铁皮，然后再大压力矫直钢管，满足弯曲度要求。
D、性能检验：
屈服强度：1030/1050MPa，抗拉强度：1120/1150MPa，延伸率：17/16.5％，-20℃纵向平均冲击功150J、－40℃纵向平均冲击功92J。
实施例2
本实施例生产尺寸为101.6*6.3mm规格高强韧性无缝钢管，其步骤包括：
A、连铸圆坯冶炼
冶炼工艺路线：电炉冶炼→炉外精炼→真空精炼→φ200连铸圆坯。
冶炼生产要求：
①电炉终点碳≥0.09％，出钢温度1640-1660℃。
②脱氧合金化：SiAlBaCa或LGB加入量2.0～3.0kg/t，Al加入量2.0～3.0kg/t。
③LF炉精炼：快速造白渣，白渣保持时间≥15min，且每隔5分钟检查；出钢前加入1.5Kg/t钢的FeTi进行微钛处理；
④VD精炼：真空度≤67Pa，保持时间≥15min，净吹时间≥10min；VD出钢温度：1585～1595℃。
⑤电炉连铸中间包开浇液位550～600mm，浇铸液位≥700mm，采用Ar气+密封圈保护浇注。
按上述要求得到连铸圆坯，检验化学成分，其质量百分比为C：0.17％、Si：0.40％、Mn：1.35％、P：0.012％、S：0.0:10％、Cr：0.55％、Mo：0.50％、Ni：:1.15％、V：0.24％、Nb：0.35％、Al：0.048％、Cu：0.03％、Ti：0.03％，复合设计要求。
B、管坯轧制
生产工艺流程：连铸坯→加热→穿孔→连轧机轧制→定径机定径→冷床冷却
轧制生产要求
①加热工艺：环形炉加热段炉温按1250～1270℃，均热段的炉温按1240～1260℃控制，均热段保温时间
②穿孔工艺：顶前压下量应≤6％，穿孔速度≤0.85m/s，抛钢速度≤0.75m/s；
③轧制工艺：轧制温度1030～1050℃。
④定(减)径要求：定径前在步进炉内加热至980～1000℃，定(减)径前必须经过高压水除鳞(压力＞18MPa)，钢管定(减)径温度≥920℃。
⑤链式冷床却，得到管坯。
C、热处理
热处理包括管坯加热、淬火、回火和矫直。
淬火工艺：淬火工艺：加热温度按930±10℃控制，保温时间按6min/mm计算，实际保温时间6*6.3＝37.8mi。
淬火方式：出淬火炉后开高压水除磷装置，压力，采用外淋+轴流方式淬火。
回火工艺：640±10℃控制，保温时间按10min/mm计算，实际保温时间6.3*10＝63min。
出回火炉后通过传送辊道传到链式冷床冷却，当温度冷却到250℃时及时进入矫直机，先小压力轻矫清除氧化铁皮，然后再大压力矫直钢管，满足弯曲度要求。
D、性能检验：
1070/1080MPa，抗拉强度：1170/1180MPa，延伸率：18/18.5％，－20℃纵向平均冲击功175J、－40℃纵向平均冲击功105J。
Claims (9)
1.一种高强韧性无缝钢管，其特征在于：所述无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C：0.15～0.20％、Si：0.20～0.50％、Mn：1.10～1.50％、P≤0.025％、S≤0.015％、Cr：0.40～1.20％、Mo：0.30～1.00％、Ni：:0.80～2.50％、V：0.01～0.50％、Nb：0.02～1.00％、Al：0.010～0.080％、Cu≤0.25％、N≤0.009％和1.0～5.0Kg/每吨FeTi，余量为铁和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种高强韧性无缝钢管，其特征在于：所述高强韧性无缝钢管具有以下特性：屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥15％，－20℃纵向冲击功≥120J，－40℃纵向冲击功≥75J。
3.权利要求1或者2所述的一种高强韧性无缝钢管的制备方法，其特征在于：依次包括连铸圆坯冶炼炼、管坯轧制、热处理步骤，即得高强韧性无缝钢管。
4.如权利要求3所述的一种高强韧性无缝钢管的制备方法，其特征在于：连铸圆坯冶炼包括电炉冶炼、炉外精炼、真空精炼处理、连铸圆坯；
其中，电炉冶炼为：电炉终点碳应≥0.06％，出钢温度为1620-1660℃；
炉外精炼为：快速造白渣，白渣保持时间≥20min，出钢前加入微量FeTi合金进行微钛处理；
真空精炼为：真空度≤67Pa，保持时间≥15min，净吹时间≥10min，VD出钢温度为1575～1595℃。
连铸工序采用Ar气+密封圈保护浇注，中间包温度：按1525～1555℃控制。
5.如权利要求3所述的一种高强韧性无缝钢管的制备方法，其特征在于：管坯轧制包括管坯加热、穿孔、连轧机轧制、定径机定径、冷床冷却；
其中，管坯加热温度不超过1280℃，保温时间为0.5～0.8min/mm；
穿孔机顶前压下量应≤8％，穿孔速度≤1.00m/s，抛钢速度≤0.80m/s；
连轧管机轧制温度为1000～1050℃；
管坯定径前在步进炉内加热至980～1000℃，管坯定径温度≥900℃。
6.如权利要求5所述的一种高强韧性无缝钢管的制备方法，其特征在于：管坯定径前通过高压水除鳞装置对表面氧化铁皮进行处理。
7.如权利要求3所述的一种高强韧性无缝钢管的制备方法，其特征在于：热处理包括管坯加热、淬火、回火和矫直；
其中，采用外淋内喷轴流压辊旋转淬火方式对管坯进行调质处理，平均冷却速度大于15℃/s，淬火温度为920～960℃，回火温度为610～660℃，保温时间为2～10min/mm。
8.如权利要求7所述的一种高强韧性无缝钢管的制备方法，其特征在于：在矫直前，在管坯出淬火炉时，采用高压水除鳞装置对管坯表面氧化铁皮进行处理，高压水压力＞18Mpa。
9.如权利要求8所述的一种高强韧性无缝钢管的制备方法，其特征在于：对残余的氧化铁皮待管坯在冷床上冷却至150～250℃时采用矫直机带温矫直清除。
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