CN114635030B - 一种超高强度无缝钢管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超高强度无缝钢管制备领域。一种超高强度无缝钢管的制造方法,圆钢坯经过锻机锻造成长圆钢,长圆钢经剥皮、锯切后再中心深空钻钻出通孔形成管坯,管坯经过热挤压、热处理、矫直、机加工后形成成品;热挤压过程包括环形炉加热、第一次感应加热、扩孔、第二次感应加热、玻璃粉润滑,进入卧式挤压机进行热挤压,环形炉加热温度750±20℃,加热时间3小时,一次感应加热温度1180±15℃,加热时间5min,扩孔扩延系数1.10,二次感应加热温度1180±15℃,加热时间5min,挤压比8~9,挤压速度14~16%,挤压完成后空冷至室温。
Description
技术领域
本发明涉及超高强度无缝钢管制备领域。
背景技术
超高强度合金钢合金元素含量少(<5%),经济性好,强度高,屈强比低,此类钢是通过淬火和低温回火处理获得较高的强度和韧性,钢的强度主要取决于钢中马氏体的固溶碳浓度。一般含碳量在0.30~0.45%。钢中合金元素总量约在5%左右,Cr、Ni和Mn在钢中的主要作用是提高钢的淬透性,以保证较大的零件在适当的冷却条件下获得马氏体组织,Mo,W和V的主要作用是提高钢的抗回火能力和细化晶粒等。
美国从20世纪40年代中期开始研究低合金超高强度钢,通过降低回火温度,使钢的抗拉强度达到1600~1900MPa,用于高压内燃机喷油管、飞机起落架及滑轨、管道等。低合金超高强度钢具有高强度,但它们的断裂韧性和抗应力腐蚀能力都比较差,因而其应用受到了一定的限制。我国于1980年研制出成功406钢,通过降低碳含量和采用VIM+VAR冶炼技术,在406钢的基础上开发了D406A钢(30Si2MnCrMoVE),D406A钢的强度稍有下降,但提高了韧性(σb>1620MPa,KIC>87MPa•m1/2)。
由于超高强度合金钢材料热加工性能差,30Si2MnCrMoVE超高强度无缝钢管无法采用传统的热穿孔工艺生产,现有技术采用锻造/旋压加机加工工艺。采用此类工艺生产时,由于材料压力加工变形比小,其晶粒度指标很难一次达到技术要求,往往要重复进行二三次处理后才能使晶粒度满足要求。产品对尺寸精度要求高,同时由于材料热加工性能较差容易开裂,必须采用机加工工艺得到最终产品尺寸,机加工量很大。 发明内容
本发明所要解决的技术问题是:如何提高超高强度合金钢材料(30Si2MnCrMoVE)钢管的性能。
本发明所采用的技术方案是:一种超高强度无缝钢管的制造方法,圆钢坯经过锻机锻造成长圆钢,长圆钢经剥皮、锯切后再中心深空钻钻出通孔形成管坯,管坯经过热挤压、热处理、矫直、机加工后形成成品;热挤压过程包括环形炉加热、第一次感应加热、扩孔、第二次感应加热、玻璃粉润滑,进入卧式挤压机进行热挤压,环形炉加热温度750±20℃,加热时间3小时,一次感应加热温度1180±15℃,加热时间5min,扩孔扩延系数1.10,二次感应加热温度1180±15℃,加热时间5min,挤压比8~9,挤压速度14~16%,挤压完成后空冷至室温。
热处理过程为,采用退火加回火热处理,退火温度910~930℃,保温40min,炉冷至500℃以下;回火温度280~300℃,保温90min,炉冷至室温。
锻机锻造比为7.5。
圆钢坯钢号为30Si2MnCrMoVE,化学成分按重量百分比计C 0.28~0.32%,Si 1.45~1.65%,Mn0.90~1.20%,Cr 1.00~1.30%,Mo 0.35~0.45%,V0.10~0.21%,S<0.010%,P<0.020%。
本发明的有益效果是:利用热挤压过程中材料变形量大、三向压应力的变形特点,结合退火加回火热处理,得到高强度、高韧性、组织均匀、晶粒细小的无缝管体,避免了锻造加旋压的传统工艺对材料组织性能的不利影响。此钢种(30Si2MnCrMoVE)热挤压方法制造的管体尺寸精度高,表面质量好,显著减少了机加工工作量,实现材料性能和制造经济性的大幅提高。
具体实施方式
由于30Si2MnCrMoVE钢种的组织性能特点,锻造时变形温度、变形程度和变形均匀性难以精确控制,锻后零件组织不均匀、晶粒粗大,不利于后续的热处理、机加工等工序的进行;锻件毛坯采用传统的机加工工艺生产后,其晶粒度和断裂韧性指标很难一次达到技术要求,往往要重复进行二三次热处理。同时,机加工工艺成材率极低(3%-5%),金属损耗大,加工成本居高不下。
为了经济可靠地制造此钢种的超高强度合金钢管,我们开创性地采用锻造+热挤压+机加工的方法,利用热挤压过程中材料变形量大、三向压应力的变形特点,结合退火加回火热处理,得到高强度、高韧性、组织均匀、晶粒细小、尺寸精度高的无缝管体,显著减少了机加工和热处理工作量,实现材料性能和制造经济性的大幅提高。
实施例1
一种超高强度无缝钢管的制造方法,其钢号为30Si2MnCrMoVE,钢号为30Si2MnCrMoVE,化学成分按重量百分比计C 0.31%,Si 1.46%,Mn1.05%,Cr 1.24%,Mo0.43%,V0.13%,S0.002%,P0.009%,其制造方法为:(一)锻造:(二)坯料准备;(三)热挤压;(四)热处理:(五)矫直;(六)机加工。成品力学性能σb>1650MPa,断裂韧性KIC>87MPa•m1/2,组织均匀,晶粒度6~8级。
4.1锻造
经转炉冶炼、模铸、电渣重熔、初轧开坯得到直径700mm圆钢坯,经快锻机锻造成直径255mm、15m长圆钢,锻造比7.5。
4.2坯料准备
圆钢经剥皮、锯切,成为直径247mm、长度640mm坯料,坯料中心用深孔钻钻出直径80mm通孔。
坯料外径允许偏差(0,-2) mm。
坯料长度允许偏差(+5,0) mm。
通孔同心度<0.5mm;
坯料表面粗糙度Ra≤3.2μm。
4.3热挤压
坯料经过环形炉加热、第一次感应加热、扩孔、第二次感应加热、玻璃粉润滑,进入卧式挤压机进行热挤压。荒管外径为127mm,壁厚为14mm。
环形炉加热温度750±20℃,加热时间3小时。
一次感应加热温度1180±15℃,加热时间5min。
扩孔锥规格115mm,扩延系数1.10。
二次感应加热温度1180±15℃,加热时间5min。
挤压比8~9,挤压速度14~16%。
挤压完成后空冷至室温。
荒管尺寸公差:外径± 1.5mm,壁厚± 1.5mm。
4.4热处理
荒管进行退火加回火热处理。退火温度910~930℃,保温40min,炉冷至500℃以下;回火温度280~300℃,保温90min,炉冷至室温。
4.5矫直
荒管经热处理后在200℃进行矫直处理。
4.6 机加工
用高精度五轴联动数控车床加工至成品尺寸截面,外径108mm,壁厚1.5mm。
表1 实施例性能和成材率对比
对比例1
一种超高强度无缝钢管的制造方法,其钢号为30Si2MnCrMoVE,钢号为30Si2MnCrMoVE,化学成分按重量百分比计C 0.31%,Si 1.46%,Mn1.05%,Cr 1.24%,Mo0.43%,V0.13%,S0.002%,P0.009%,其制造方法为:(一)锻造:(二)坯料准备;(三)热挤压;(四)热处理:(五)矫直;(六)机加工。成品力学性能σb>1650MPa,断裂韧性KIC>87MPa•m1/2,组织均匀,晶粒度6~8级。
4.1锻造
经转炉冶炼、模铸、电渣重熔、初轧开坯得到直径700mm圆钢坯,经快锻机锻造成直径255mm、15m长圆钢,锻造比7.5。
4.2坯料准备
圆钢经剥皮、锯切,成为直径247mm、长度640mm坯料,坯料中心用深孔钻钻出直径80mm通孔。
坯料外径允许偏差(0,-2) mm。
坯料长度允许偏差(+5,0) mm。
通孔同心度<0.5mm;
坯料表面粗糙度Ra≤3.2μm。
4.3 采用现有旋压技术加工成才
4.4热处理
荒管进行退火加回火热处理。退火温度910~930℃,保温40min,炉冷至500℃以下;回火温度280~300℃,保温90min,炉冷至室温。
二步退火退火温度910~930℃,保温40min,炉冷至500℃以下;回火温度280~300℃,保温90min,炉冷至室温。(需要采用两次,不然容易开裂)。
4.5矫直
荒管经热处理后在200℃进行矫直处理。
4.6 机加工
用高精度五轴联动数控车床加工至成品尺寸截面,外径108mm,壁厚1.5mm。
对比例2
一种超高强度无缝钢管的制造方法,其钢号为30Si2MnCrMoVE,钢号为30Si2MnCrMoVE,化学成分按重量百分比计C 0.31%,Si 1.46%,Mn1.05%,Cr 1.24%,Mo0.43%,V0.13%,S0.002%,P0.009%,其制造方法为:(一)锻造:(二)坯料准备;(三)热挤压;(四)热处理:(五)矫直;(六)机加工。成品力学性能σb>1650MPa,断裂韧性KIC>87MPa•m1/2,组织均匀,晶粒度6~8级。
4.1锻造
经转炉冶炼、模铸、电渣重熔、初轧开坯得到直径700mm圆钢坯,经快锻机锻造成直径255mm、15m长圆钢,锻造比7.5。
4.2坯料准备
圆钢经剥皮、锯切,成为直径247mm、长度640mm坯料,坯料中心用深孔钻钻出直径80mm通孔。
坯料外径允许偏差(0,-2) mm。
坯料长度允许偏差(+5,0) mm。
通孔同心度<0.5mm;
坯料表面粗糙度Ra≤3.2μm。
4.3矫直
荒管经热处理后在200℃进行矫直处理。
4.4 机加工
用高精度五轴联动数控车床加工至成品尺寸截面,外径108mm,壁厚1.5mm。
通过表1可以看出,采用本发明加工方式相比于对比例(采用锻造加旋压加机加工的方式)和对比例2(采用锻造加机加工方式制造超高强度无缝钢管材料),成材率指标显著提高。
Claims (2)
1. 一种超高强度无缝钢管的制造方法,其特征在于:圆钢坯经过锻机锻造成长圆钢,圆钢坯钢号为30Si2MnCrMoVE,化学成分按重量百分比计C 0.28~0.32%,Si 1.45~1.65%,Mn0.90~1.20%,Cr 1.00~1.30%,Mo 0.35~0.45%,V0.10~0.21%,S<0.010%,P<0.020%,长圆钢经剥皮、锯切后,成为直径247mm、长度640mm坯料,再中心深空钻钻出直径80mm通孔形成管坯,管坯经过热挤压、热处理、矫直、机加工后形成成品;热挤压过程包括环形炉加热、第一次感应加热、扩孔、第二次感应加热、玻璃粉润滑,进入卧式挤压机进行热挤压,环形炉加热温度750±20℃,加热时间3小时,一次感应加热温度1180±15℃,加热时间5min,扩孔扩延系数1.10,二次感应加热温度1180±15℃,加热时间5min,挤压比8~9,挤压速度14~16%,挤压完成后空冷至室温;热处理过程为,采用退火加回火热处理,退火温度910~930℃,保温40min,炉冷至500℃以下;回火温度280~300℃,保温90min,炉冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种超高强度无缝钢管的制造方法,其特征在于:锻机锻造比为7.5。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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