CN114717481B - 一种经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带，按以下重量百分比配比：C：0.06‑0.10％，Si：0.08‑0.20％，Mn：1.30‑1.50％，P≤0.018％，S≤0.005％，Alt：0.020‑0.060％，Nb：0.035‑0.050％，Ti：0.050‑0.080％，Cr：0.25‑0.40％，N≤0.0050％，B≤0.0005％，余量为Fe和不可避免的杂质。同时还提供了一种经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的生产方法，包括以下步骤：铁水预处理—顶底复吹转炉—LF炉外精炼—板坯连铸—铸坯堆冷‑加热—粗轧—精轧—层流冷却—卷取。本发明采用Nb、Ti、Cr复合成分，未添加Mo、V合金，具有成本低，强度高，韧性好，冷成型性能和焊接性优良等特点，采用该发明生产的经济型热轧卷板直缝焊管可替代无缝钢管，满足旋挖钻机套筒使用要求。

Description

一种经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金及材料加工领域，尤其涉及一种经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带及其生产方法。
背景技术
旋挖钻机是一种取土成孔灌注桩施工机械，靠钻杆带动回转斗旋转切削土，然后提至空外卸土的周期性循环作业，因此，钻杆是旋挖钻机的一个关键零部件，其在地下施工过程中不仅受到钢丝绳的拉力，而且受到旋挖钻机上动力头的压力和扭矩，因此钻杆的工况受力非常复杂，即钻杆在工作中承受着复杂交变的拉、压、扭、弯曲、震动等载荷。
旋挖钻机钻杆通常为直径大小不等的多节圆钢管套装构成，每节钢管的外圆按120°均布焊有通长外键。除最里边一节外，每节杆下管(长度500～1000mm)钢管内圆弧面上都焊接(或安装)了内键(内键长度500～900mm)，形成120°均布的三个内键槽，与其相邻内杆的外键配装，留有足够的间隙，使外键能在内键槽内全长自由伸缩滑动。因此，旋挖钻机钻杆用钢管的优良的焊接性能、壁厚均匀性和椭圆度是提升钻杆使用寿命的核心因素。由于无缝钢管壁厚不均匀、椭圆度、壁厚公差、直线度、表面质量成为提升钻杆使用寿命的一道门槛。为此，部分旋挖钻机生产厂家尝试采用高强度热轧卷板替代无缝钢管，不仅加工余量大幅度降低，提升了材料利用率，而且生产效率大幅度提升，符合行业发展方向。
目前，屈服强度600MPa级别旋挖钻机套筒用钢多采用Mo、Cr、V系和Mo、Cr系圆坯加工成无缝钢管，也有个别厂家采用Mo、Nb、Cr、Ti系热轧钢带焊接成钢管。无缝钢管和焊管一般均采用Mo、Cr，来改善钢的焊接性能和淬透性，稳定焊接热影响区组织和性能，由于Mo合金成本高，造成钻杆用钢管成本居高不下。
本发明采用Nb、Ti、Cr合金，未添加Mo、V合金，生产高强热轧钢带，通过合适的热处理工艺控制焊接热影响区强度与塑、韧性的相对平衡，使热影响区各项性能均满足用户需求，降低了制管原料成本，推动热轧带钢焊管逐步替代无缝钢管。
中国专利文献CN112375968A公开了一种旋挖钻机钻杆用热轧钢带的生产方法，是利用C-Mn成分体系设计添加一定量的Mo、Cr、Nb、Ti生产出的热轧钢板。其化学成分为C：0.06-0.08％，Si：0.17-0.27％，Mn：1.55-1.70％，P：≤0.015％，S≤0.008％，Alt：0.020-0.050％，Nb：0.060-0.070％，Ti：0.015-0.025％，Mo：0.08-0.18％，Cr：0.20-0.30％，Ca：0.0010-0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质。所述钢卷采用低温卷取获得低碳贝氏体钢组织，该方法对轧机卷取设备能力要求高，此外需要添加Mo、Cr等贵重合金元素，生产成本高，不利于热轧带钢焊管的推广应用。
中国专利文献CN104946976A公开了旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法，其化学成分为：C：0.12～0.16％、Si：0.20～0.40％、Mn：1.45～1.60％、V：0.030～0.060％、Al：0.02～0.05％、余量为Fe和不可避免的杂质。所述无缝钢管的屈服强度偏低、厚度偏差大，影响钻杆使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带，本发明钢带采用Nb、Ti、Cr复合成分，未添加Mo、V合金，具有成本低，强度高，韧性好，冷成型性能和焊接性优良等特点，采用该发明生产的经济型热轧卷板直缝焊管可替代无缝钢管，满足旋挖钻机套筒使用要求。本发明还同时提供一种经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的生产方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带，其包含以下质量百分比的组分：C：0.06-0.10％，Si：0.08-0.20％，Mn：1.30-1.50％，P≤0.018％，S≤0.005％，Alt：0.020-0.060％，Nb：0.035-0.050％，Ti：0.050-0.080％，Cr：0.25-0.40％，N≤0.0050％，B≤0.0005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步，所述经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的屈服强度为600-660MPa，抗拉强度为650-720MPa，伸长率A50为30％-35％，布氏硬度190-220HB，-20℃纵向夏比冲击功≥200J，-10℃落锤剪切面积≥90％，晶粒度≥11.5级，钢带内部组织为铁素体和珠光体。
一种经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的生产方法，包括以下步骤：铁水预处理—顶底复吹转炉—LF炉外精炼—板坯连铸—铸坯堆冷-加热—粗轧—精轧—层流冷却—卷取，其中，
所述铁水预处理控制铁水脱硫终点[S]≤0.002％，扒渣干净；
所述转炉终点C≤0.07％、P≤0.015％、温度1630-1670℃，出钢渣洗，提前造渣，严格控制下渣量；
所述LF炉外精炼全程控铝，保证Als≥0.015％，快速造渣，并使精炼渣保持一定的黏度，合理调节除尘开口度，保持炉内微正压气氛，铌铁在脱硫完成后加入，钛铁在精炼后期加入，按目标中上限控制；纯钙线喂入量：200-300m/炉，软搅拌时间不小于10min；
所述连铸板坯的厚度为230mm，中包过热度10-20℃，二次冷却采用弱冷水表，拉速0.90-1.10m/min，结晶器液面波动不超过±5mm；
铸坯下线堆冷36h以上装炉，降低钢中氢含量、均匀铸坯内部组织。
进一步，铸坯进加热炉均热段温度控制在1240-1280℃，加热时间：160-300min，确保TiC充分固溶；
铸坯出加热炉经高压水除鳞，进入粗轧工序，粗轧采用“1+5”或“3+3”道次轧制，
精轧采用大压下量轧制，中间坯厚度52-56mm，精轧压下量大于75％，奥氏体未再结晶区大压下量轧制有利于形成高密度奥氏体晶界，从而增加铁素体形核速度，细化晶粒。
精轧入口温度980-1000℃，穿带速度控制在280-300m/min，投用F1、F2机架除鳞水，减少氧化铁皮生长速度，降低厚规格热轧卷表面黑灰。
精轧终轧温度820-860℃，卷取温度550-610℃，促进铌、钛的碳氮化物有效析出，既保证成品具有较高的强度，又兼顾塑、韧性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明旋挖钻机套筒用热轧钢带采用Nb、Ti、Cr复合成分，未添加Mo、V合金，具有强度高，韧性好，冷成型性能和焊接性优良的特点，且生产成本较低，配合后续制管过程的热处理工艺，控制焊接热影响区强度与塑、韧性的相对平衡，使热影响区各项性能均满足用户需求。
2、采用本发明方法生产的经济型热轧卷板直缝焊管可替代无缝钢管，满足旋挖钻机套筒使用要求，推动热轧带钢焊管逐步替代无缝钢管。
附图说明
图1为实例1得到的热轧卷金相组织，放大倍数500×，金相组织为10％珠光体+90％铁素，晶粒度12.0级。
图2为实例2得到的热轧卷金相组织，放大倍数500×，金相组织为6％珠光体+94％铁素体，晶粒度12.5级。
图3为实例3得到的热轧卷金相组织，放大倍数500×，金相组织为实7％珠光体+93％铁素体，晶粒度12.5级。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明实施例1-3经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的化学成分见表1。
表1实施例热轧钢带化学成分(wt％)
实施例 C Si Mn P S Alt Nb Ti Cr N B
实施例1 0.08 0.12 1.42 0.015 0.001 0.045 0.037 0.064 0.30 0.0043 0.0004
实施例2 0.08 0.16 1.43 0.013 0.003 0.039 0.038 0.062 0.33 0.0039 0.0003
实施例3 0.07 0.13 1.45 0.010 0.001 0.041 0.038 0.058 0.32 0.0042 0.0003
本发明实施例1-3经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的生产方法，采用传统热连轧工艺，包括以下工艺流程：铁水预处理—顶底复吹转炉—LF炉外精炼—板坯连铸—铸坯堆冷-加热—粗轧—精轧—层流冷却—卷取。为充分利用钛的析出强化作用，炼钢过程降低钢中N、O、S含量，减少钛的氧化物、氮化物和硫碳化物的生成，稳定强化元素Nb、Ti含量，精炼后期确保夹杂物有效变性并充分上浮，连铸采用低过热度，稳定拉速，做好保护浇注。铸坯时效36小时以上，溢氢、减少铸坯快速冷却产生的残余应力，改善内部质量。轧钢保证较高的加热温度和一定的加热时间，促进TiC的充分固溶，确保除鳞水压能有效除鳞，粗轧大压下量轧制，细化奥氏体晶粒，控制精轧入口温度及穿带速度，配合精轧机架间除鳞，减少表面氧化铁皮，改善热轧卷表面质量，控制合适的精轧终轧温度与卷取温度，既保证铌、钛的碳氮化物有效析出，提高强度，又保证良好的塑韧性，满足用户加工需求。
实施例1
本实施例的经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的生产方法，具体为：
所述铁水预处理控制铁水脱硫终点S：0.002％；转炉终点C：0.05％、P：0.013％，出钢温度1652℃，出钢渣洗，加400kg钢水预处理剂、320kg石灰；LF炉外精炼快速造渣脱硫，精炼第一个样S含量0.002％，加入95kg铌铁，390kg钛铁，纯钙线喂入量250m，软搅拌时间11min，精炼全程Als≥0.020％；连铸板坯断面为230mm×1600mm，中包温度1532-1537℃，二次冷却采用7#弱冷水表，比水量0.40L/kg，拉速0.95m/min，结晶器液面波动不超过±3mm；铸坯下线堆冷42h装炉。
所述铸坯进加热炉均热段温度1250-1260℃，加热时间：180min，粗轧采用“1+5”道次轧制，精轧中间坯厚度54.07mm，成品厚度12.7mm，精轧压下量大于76.51％，精轧入口温度990℃，穿带速度控制287m/min，精轧终轧温度830℃，卷取温度580℃。
实施例2
本实施例的经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的生产方法，具体为：
所述铁水预处理控制铁水脱硫终点S：0.001％；转炉终点C：0.07％、P：0.012％，出钢温度1649℃，出钢渣洗，加380kg钢水预处理剂、300kg石灰；LF炉外精炼快速造渣脱硫，精炼第一个样S含量0.003％，加入100kg铌铁，385kg钛铁，纯钙线喂入量230m，软搅拌时间12min，精炼全程Als≥0.020％；连铸板坯的断面为230mm×1600mm，中包温度1535-1539℃，二次冷却采用7#弱冷水表，比水量0.40L/kg，拉速0.95m/min，结晶器液面波动不超过±3mm；铸坯下线堆冷46h装炉。
所述铸坯进加热炉均热段温度1260-1270℃，加热时间：200min，粗轧采用“1+5”道次轧制，精轧中间坯厚度53.82mm，成品厚度12.0mm，精轧压下量大于77.70％，精轧入口温度1000℃，穿带速度控制295m/min，精轧终轧温度840℃，卷取温度590℃。
实施例3
本实施例的经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的生产方法，具体为：
所述铁水预处理控制铁水脱硫终点S：0.002％；转炉终点C：0.06％、P：0.009％，出钢温度1645℃，出钢渣洗，加410kg钢水预处理剂、290kg石灰；LF炉外精炼快速造渣脱硫，精炼第一个样S含量0.002％，加入95kg铌铁，390kg钛铁，纯钙线喂入量210m，软搅拌时间13min，精炼全程Als≥0.020％；连铸板坯的断面为230mm×1610mm，中包温度1533-1538℃，二次冷却采用7#弱冷水表，比水量0.39L/kg，拉速0.95m/min，结晶器液面波动不超过±3mm；铸坯下线堆冷52h装炉。
所述铸坯进加热炉均热段温度1255-1265℃，加热时间：190min，粗轧采用“1+5”道次轧制，精轧中间坯厚度53.74mm，成品厚度12.0mm，精轧压下量大于77.67％，精轧入口温度990℃，穿带速度控制290m/min，精轧终轧温度840℃，卷取温度580℃。
实施例1-3热轧钢卷性能检测结果见表2。
表2实施例1-3热轧钢卷性能检测结果
金相检验结果：晶粒度12-12.5级、带状组织≤1.5级、A、B、C、D、Ds类夹杂物均≤1.5级。
实施例1-3所生产的热轧带钢在后续制管过程中，为均匀高频焊接焊缝和热影响区组织、提升综合性能，需要把焊缝两侧30mm内钢管进行热处理。本发明实施例采用加热温度850-900℃，经短暂保温，快速水冷至一定温度，这样既能保证焊缝和热影响区塑性和韧性、同时维持较高的强度。
实施例1-3钢管成品性能检测结果见表3。
表3实施例1-3钢管性能检测结果
焊缝热影响区金相检验晶粒度≥10.5级，抗拉强度≥625Mpa，-20℃冲击功≥120J。
本发明提供的经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带具有成本低，强度高，韧性好，冷成型性能和焊接性优良，满足旋挖钻机套筒使用要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带，其特征在于，包含以下质量百分比的组分：C：0.06-0.10%，Si：0.08-0.20%，Mn：1.30-1.50%，P≤0.018%，S≤0.005%，Alt：0.020-0.060%，Nb：0.035-0.050%，Ti：0.050-0.080%，Cr：0.25-0.40%，N≤0.0050%，B≤0.0005%，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的屈服强度为600-660MPa，抗拉强度为650-720MPa，伸长率A50为30%-35%，布氏硬度190-220HB，-20℃纵向夏比冲击功≥200J，-10℃落锤剪切面积≥90%，晶粒度≥11.5级，钢带内部组织为铁素体和珠光体。
2.一种如权利要求1所述的经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：铁水预处理—顶底复吹转炉—LF炉外精炼—板坯连铸—铸坯堆冷-加热—粗轧—精轧—层流冷却—卷取，其中，
所述铁水预处理控制铁水脱硫终点[S]≤0.002%，扒渣干净；
所述转炉终点C≤0.07%、P≤0.015%、温度1630-1670℃，出钢渣洗，提前造渣，严格控制下渣量；
所述LF炉外精炼全程控铝，保证Als≥0.015%，快速造渣，并使精炼渣保持一定的黏度，合理调节除尘开口度，保持炉内微正压气氛，铌铁在脱硫完成后加入，钛铁在精炼后期加入，按目标中上限控制；纯钙线喂入量：200-300m/炉，软搅拌时间不小于10min；
所述连铸板坯的厚度为230mm，中包过热度10-20℃，二次冷却采用弱冷水表，拉速0.90-1.10m/min，结晶器液面波动不超过±5mm；
铸坯下线堆冷36h以上装炉，降低钢中氢含量、均匀铸坯内部组织。
3.如权利要求2所述的经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的生产方法，其特征在于，铸坯进加热炉均热段温度控制在1240-1280℃，加热时间：160-300min，确保TiC充分固溶；
铸坯出加热炉经高压水除鳞，进入粗轧工序，粗轧采用 “1+5”或“3+3”道次轧制，
精轧采用大压下量轧制，中间坯厚度52-56mm，精轧压下量大于75%，奥氏体未再结晶区大压下量轧制有利于形成高密度奥氏体晶界，从而增加铁素体形核速度，细化晶粒。
4.如权利要求2所述的经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的生产方法，其特征在于，精轧入口温度980-1000℃，穿带速度控制在280-300m/min，投用F1、F2机架除鳞水，减少氧化铁皮生长速度，降低厚规格热轧卷表面黑灰。
5.如权利要求2所述的经济型旋挖钻机套筒用热轧钢带的生产方法，其特征在于，精轧终轧温度 820-860℃，卷取温度550-610℃，促进铌、钛的碳氮化物有效析出，既保证成品具有较高的强度，又兼顾塑、韧性。
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