CN114807558A - 一种矿山钻头用ex50v圆钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,包括钢水冶炼;连铸:采用连铸工艺将钢水浇铸成电极坯,电极坯入缓冷坑缓冷;抽锭式电渣重熔:为了提高轧制圆钢的压缩比,将电极坯重熔为更大直径的电渣重熔钢锭,电渣重熔钢锭入退火炉进行红送退火;轧制:电渣重熔钢锭重新加热使钢中合金充分固溶,加热出炉后经高压水除鳞去除表面氧化层,经粗轧+精轧两阶段轧制,两阶段轧制均控制在奥氏体相区进行,粗轧总压缩率≥40%,精轧总压缩率≥20%,轧制成品圆钢规格;冷却:圆钢轧制下线后在620℃以上的温度时入缓冷坑,控制缓冷坑中圆钢的温降≤20℃/h,待圆钢温度降至180℃以下后出坑,以获得均匀铁素体+珠光体;去应力并软化退火处理。
Description
技术领域
本发明属于矿山机械制造用圆钢的生产方法,尤其涉及高强度钻头用EX50V圆钢的生产方法。
背景技术
矿山钻头是矿山机械破碎岩石的重要工具,是矿山开采钻井设备的主要组成部分,当今矿山开采工作环境越来越恶劣,为此对超高强度矿山开采钻头用钢有迫切的市场需求,以满足矿山开采破碎岩石、形成井眼的作用。然而,传统的矿山钻头在开采作业中,由于工作环境恶劣,钻头容易磨损甚至断裂,使用寿命低下,严重影响矿山开采生产效率且造成巨大的经济损失。
长期以来,超高强度、高韧性及耐磨性的高端矿山钻头用钢均采用国外进口材料,其冶金生产制造工艺为模铸电极锭-固定式电渣重熔钢锭-锻制或往复式轧机轧制成材生产,每支模铸电极锭及电渣重熔钢锭均需要切除冒口及锭尾使用,钢材最终成材率为80%左右,生产成本较高,材料利用率及效率低。
发明内容
本发明的目的是要提供一种矿山开采钻头用圆钢的生产方法,圆钢的生产直径在45~180mm,具备超高强度、高韧性、高耐磨性的特点,能够在矿山机械开采中完全替代进口冶金材料,满足矿山机械开采业中高端钻头用钢的需求。
本发明生产方法生产的圆钢另外还具有抗疲劳性能,能够显著提高钻头的使用寿命。
本发明生产方法采用连铸电极坯—抽锭式电渣重熔钢锭—连轧这一制造流程,该流程具有成坯率高,钢材最终成材率达88%以上,生产效率及材料利用率高,和背景技术中所述的生产流程相比显著降低了生产成本。以连铸坯代替模铸锭做电渣重熔电极,以抽锭式电渣重熔代替固定式电渣重熔,以连轧(粗轧和精轧)代替锻制或往复式轧机轧制生产矿山开采钻头用圆钢是冶金生产未来的发展方向。
本发明的技术方案为:一种矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,步骤包括
一、钢水冶炼;
二、连铸:采用连铸工艺将钢水浇铸成电极坯,电极坯入缓冷坑缓冷;
三、抽锭式电渣重熔:为了提高轧制圆钢的压缩比,将电极坯重熔为更大直径的电渣重熔钢锭,电渣重熔钢锭入退火炉进行红送退火;
四、轧制:电渣重熔钢锭重新加热使钢中合金充分固溶,加热出炉后经高压水除鳞去除表面氧化层,经粗轧+精轧两阶段轧制,两阶段轧制均控制在奥氏体相区进行,粗轧总压缩率≥40%,精轧总压缩率≥20%,轧制成品圆钢规格;
五、冷却:圆钢轧制下线后在620℃以上的温度时入缓冷坑,控制缓冷坑中圆钢的温降≤20℃/h,待圆钢温度降至180℃以下后出坑,以获得均匀铁素体+珠光体;
六、去应力并软化退火处理。
步骤一、钢水冶炼要符合圆钢的成分设计,本申请圆钢的化学成分按质量百分比计为C:0.41~0.48%,Si:0.10~0.35%,Mn:0.70~0.90%,P:≤0.012%,S:≤0.003%,Cr:0.90~1.20%,Mo:0.90~1.30%,Ni:1.50~1.80%,V:0.07~0.15%,Cu:≤0.20%,Al:≤0.060%,余量为Fe及不可避免的杂质元素。圆钢的化学成分中重点要控制H:≤0.00015%;O:≤0.0015%;N:≤0.0070%。
本发明圆钢的化学成分是这样确定的:
C:作用是提高钢的淬透性、提高钢的强度、硬度,相比合金C对淬透性、强度、硬度的提高最为明显,但随着C的提高,塑性及冲击韧性显著下降。为了保证钻头钢的强度、塑性、韧性和耐磨性。本发明控制碳含量为0.41~0.48%。
Si:是钢中的脱氧元素,并以固溶强化形式提高钢的强度。Si含量低于0.10%时,脱氧效果较差,Si含量较高时会增加钢的脆性,并降低钢的塑性和韧性。本发明控制硅含量为0.10~0.35%。
Mn:是提高钢淬透性及耐磨性能重要元素,并起固溶强化作用以弥补钢中因C含量降低而引起的强度损失。Mn含量过高易造成晶粒粗大的倾向。本发明Mn含量控制为0.70~0.90%。
Ni:是非碳化物形成元素,以固溶形式存在于钢中,可显著提高钢的淬透性。Ni和Cr、Mo的作用相反,在相同的渗碳条件下,它降低渗碳层C浓度和渗碳层深度,Ni和其他元素Cr、Mo配合,保证渗碳层合适的碳浓度,从而改善渗碳层的韧性降低共析点的含C量,增加珠光体的体积分数,有利于提高强度。Ni降低Ar3转变温度,使铁素体晶粒变细,同时,可使珠光体片间距减小,有利于韧性的提高。Ni的另一个作用是提高钢的冲击韧性,最终提高材料的对称拉压疲劳强度σ-1。但Ni是贵重金属,含量过高会增加成本,本发明将其含量控制在1.50~1.80%。
Cr:是中等碳化物形成元素,和C形成碳化物,提高渗碳速度、深度及碳浓度,加热时溶入奥氏体的Cr强烈提高钢的淬透性。钢中的Cr,一部分置换铁形成合金渗碳体,提高稳定性;一部分溶入铁素体中,起固溶强化作用,提高铁素体的强度和硬度。本发明将其含量控制在0.90~1.20%。
Mo:是强C化物形成元素,Mo的主要作用和Cr相近,提高渗碳速度,提高渗碳层深度,提高渗碳层碳浓度,Mo的另一个作用是抑制渗碳层表面氧化,从而提高渗碳层的冲击断裂抗力和过载疲劳抗力,因此矿用钻头钢一般都加一定含量的Mo。存在于钢的固溶体和碳化物中的Mo,有固溶强化作用,能显著改善钢的淬透性和回火稳定性,还能细化晶粒,改善碳化物不均匀性,从而提高钢的强度和韧性。Mo也是贵重金属,含量过高会增加成本。本发明中Mo的含量控制在0.90~1.30%。
V:是使V(C,N)析出的元素,能以弥散析出的形式显著提高钢的强度,少量的V使钢晶粒细化,从而使钢的韧性增加。V在调质钢中还可提高回火稳定性,也就是说淬火钢回火时含V钢可以获得比不含V钢更高的抵抗强度及硬度下降的能力。但若添加量过高,会降低钢材第III脆性区间热塑性,导致连铸裂纹,并降低钢材的韧性,本发明控制其含量0.07~0.15%。
Cu:可提高钢材的淬透性和耐腐蚀性能,降低钢材的氢致裂纹敏感性。但过高的Cu含量易产生铜脆现象,恶化钢材的表面性能,本发明Cu是以残余元素的形式存在的,其含量控制在≤0.20%。
Al:主要作用是固氮和脱氧,Al与N结合形成的AlN可以有效地细化晶粒,但含量过高会损害钢的韧性,Al也是钢中的脱氧元素,铝和钢水中的氧结合生成Al2O3上浮到渣中,从而降低钢水中的氧含量,Al的另一个作用是细化晶粒,从而提高渗碳层和基体的强度和韧性,提高对称拉压疲劳强度σ-1。本发明控制其含量在≤0.060%。
S、P:P是钢中的有害元素,特别容易在晶界偏聚,降低晶界的强度和韧性,为钢中的有害杂质元素,S易形成偏析、夹杂等缺陷,S含量过高对应力腐蚀也不利。作为杂质元素P、S均会给钢材的韧性带来不利影响,应尽量地减少其含量。本发明控制P:≤0.012%,S:≤0.003%。
本发明对H、O、N含量也严格控制,H导致的延迟断裂及氢致裂纹对高强高韧性钢特别敏感,除了在冶炼过程中加强真空脱气外,连铸电极及电渣重熔电渣钢锭过程均在保护性气氛进行。最终保证H:≤0.00015%;O的降低对提高材料疲劳寿命及降低钢中的非金属夹杂物级别有利,本发明内部控制O:≤0.0015%;N是钢中对韧性有害的杂质元素,为了得到优良的韧性,本发明内部控制N:≤0.0070%。
优选地,步骤二中电极坯的规格为φ500mm,电渣重熔钢锭的规格为φ600mm,圆钢的生产规格为φ45-180mm。
优选地,步骤一,钢水冶炼涉及初炼、精炼、真空脱气,初炼选用的铁水预先进行脱硫和脱磷,P≤0.030%,S≤0.010%,初炼出钢碳含量≥0.1%以防止钢水过氧化,初炼出钢后扒渣;精炼炉过程控制精炼炉渣碱度R在1.9~2.1之间以增加渣中氧离子浓度利于精炼过程的脱硫反应;渣量控制在钢水总量的1.5~2wt%,同时炉渣温度控制1550℃以上以提高炉渣流动性而利于脱硫,精炼时间控制在40~50分钟,使之充分时间脱硫、去气、去夹杂;真空脱气的真空度在1.33mbar以上,真空保持时间20分钟以上。
优选地,步骤二,连铸过程需要采用氩气保护,结晶器实施M-EMS电磁搅拌,在凝固末端实施F-EMS电磁搅拌,连铸二冷区冷却水量控制≤0.18L/Kg,连铸过热度为15~40℃,利用大包下渣检测系统、液面波动监测系统及连铸凝固模型指导过程生产,从而全流程控制钢水质量。减少柱状晶、扩大等轴晶比例,防止钢的柱状晶加速增长。连铸拉速≤0.40m/min,防止拉速过高液相穴延伸,铸坯中心组织变坏,加剧钢的缩孔和偏析程度,充分保证钢的内在组织均匀致密性。电极坯在≥550℃下线入缓冷坑,在缓冷坑中的缓冷时间≥48h。
优选地,钢水冶炼尤其是精炼过程以及连铸过程分别喂入Si-Ca线对钢水进行钙处理,控制钢中Ca含量在15~25ppm范围内,使非金属夹杂物细化、球化,并进一步深脱硫。
优选地,步骤三,为提高轧制钢棒压缩比,改善钢的内部组织致密性,采用抽锭式电渣重熔工艺生产电渣重熔钢锭。抽锭式电渣重熔的渣系选择CaF2:Al2O3:CaO:SiO2:MgO五元系;随渣加入Mn粉、Al粉作为脱氧剂;电压控制65-85V、电流控制8-17A;重熔过程中抽速控制4.5-6.5mm/min;冷却制度控制:结晶器水流量45-80Nm3/h,底水箱水流量15-40Nm3/h,冷却时间30-90min。
优选地,步骤三,电渣重熔钢锭脱结晶器后在50分钟以内入退火炉,入炉温度500±15℃,在690-740℃区间保温25小时以上以实现红送退火。
优选地,步骤四,将电渣重熔钢锭以≤80℃/h缓慢加热至1220-1250℃温度,并充分在该温度下保温4.5-5.5小时实现均匀透烧,使钢中合金元素充分固溶,发挥其强韧化作用,以保证产品的最终机械性能。粗轧对应轧制温度高于1050℃,粗轧采用强压下轧制,前两道次压下率均≥17%;精轧开轧温度≥960℃,终轧温度不低于900℃。
优选地,步骤六中,退火保温温度690-740℃,在保温温度下的保温时间为20h以上,随炉冷却至200℃以下后出炉,空冷至室温。
上述生产方法还包括步骤七、检验:圆钢切掉头、尾部,按ASTM A388标准的FBH≤2.0mm超声波探伤检验需合格;低倍组织按ASTM E381标准检验满足S、R、C均≤1.0级;非金属夹杂物按ASTM E45标准检验满足A、B、C、D各类细、粗系均≤1.0级;晶粒度按ASTM E112标准检验满足≥7.5级。
本申请圆钢的交货态为退火态,采用圆钢制造钻头产品,具体工艺如下:圆钢→下料→模锻成型→钻中心孔、车外圆→平端面、钻孔、粗车内孔→平端面、精车内孔→粗车外形→调质热处理→硬度、力学性能检测→喷砂→钻铰齿孔、镶齿→精加工内孔、抛光→终检。
经上述制造工艺制成的钻头产品,其力学性能满足:Rm≥1530MPa,Rp0.2≥1420MPa,A≥10%,Z≥35%,Akv≥40J的超高强度矿山钻头规范要求;调质热处理后钢的显微组织为回火索氏体。
为提高初炼炉钢水纯净度及钢的内部组织致密性,利用电流通过时产生的电阻作为热源对初炼炉钢水在(φ600mm)抽锭式电渣重熔结晶器装备中进行钢水二次重熔冶炼,使钢中的S、Pb、Sb、Bi、Sn等有害杂质元素及非金属夹杂物通过电渣重熔过程的钢-渣反应和高温气化作用而充分吸附以达到有效去除;重熔过程中的液态金属在渣池覆盖下,极大限度地避免了钢水的再氧化;钢水经在铜制水冷结晶器内熔化、精炼、凝固,杜绝了普通精炼、连铸或模铸过程耐火材料对钢的污染;电渣钢锭凝固前因其上端有金属熔池和渣池,对钢水起到保温和补缩作用,保证了重熔后钢锭的内部组织致密性,使电渣钢锭质量和性能得到进一步改进,低温、室温下钢的塑性、韧性明显增强,并延长了钻头的使用寿命。
本申请采用的轧制方式与锻造+往复式轧制相比,能提高成材率和生产效率,降低生产成本。由于该钻头用高强度圆钢的合金比较高,在连轧设计方面一直不成熟,难以达到理想的组织致密度和均匀性,本申请提供的轧制方式能够克服该难题。
综上,与现有模铸电极-固定式电渣重熔钢锭-锻造或往复式轧机生产的棒材工艺相比,本发明有益效果:
(1)采用连铸电极坯-抽锭式电渣重熔钢锭-连轧工艺生产圆钢,自动化和机械化程度高,改善了工作条件,提高了生产效率。
(2)采用结晶器M-EMS和末端F-EMS复合电搅拌技术,提高连铸电极坯内部质量,通过控制抽锭式电渣重熔工艺参数及电渣钢锭加热和连轧工艺,生产出内部质量好的中碳CrNiMoV系超高强度矿山钻头用钢材,以连铸电极坯-抽锭式电渣重熔钢锭-连轧代替模铸电极锭-固定式电渣重熔钢锭-锻造或往复式轧机轧制,提高了成材率及材料利用率,且生产成本优势明显。
(3)本申请生产方法生产的钻头用圆钢与“模铸电极锭-固定式电渣重熔钢锭-锻造或往复式轧机轧制”方法生产的圆钢相比,因采用与脱硫脱磷的全铁水作为初炼原材料,P、S、Pb、Sb、Bi、Sn等杂质元素含量更低,纯净度方面更好;此外,采用连铸工艺生产的电极坯替代模铸电极电渣重熔,成分及组织均匀、稳定性更好,生产的钻头热处理后性能更稳定、一致。
附图说明
图1为本发明实施例1的φ180mm规格圆钢轧制态的低倍组织;
图2为本发明实施例1的φ180mm规格圆钢调质态显微组织100×;
图3为本发明实施例1的φ180mm规格圆钢调质态显微组织500×;
图4为本发明实施例1的φ180mm规格圆钢调质态晶粒图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述,所述实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
整个工艺流程为:配料→转炉初炼→LF炉精炼→RH炉真空脱气→CCM连铸φ500mm电极坯→电极缓冷→ESR抽锭式电渣重熔φ600mm钢锭→电渣重熔钢锭红送退火→加热、高压水除鳞→连续性轧制→轧材缓冷→退火处理→矫直、精整→超声波探伤等检测。
实施例1
本实施例涉及的矿用超高强度钻头钢的棒材直径为180mm,其化学成分按质量百分比计为:C:0.45%,Si:0.23%,Mn:0.80%,P:0.009%,S:0.001%,Cr:1.11%,Mo:1.07%,Ni:1.76%,V:0.11%,Cu:0.01%,Al:0.021%,余量为Fe及不可避免的杂质元素。控制氢、氧、氮气含量实际为0.9PPm、12PPm、41PPm。
该钢的制造工艺为,按上述钢成品的化学组分配置冶炼原料并依次进行转炉初炼、LF精炼、RH真空脱气以获得纯净度高的钢水,之后连铸出φ500mm圆形电极坯。将电极坯565℃放入缓冷坑,缓冷49h48min后出坑。然后将电极铸坯经抽锭式电渣重熔φ600mm电渣钢锭,电压平均74V,电流平均12.8A,抽速平均5.1mm/min,五元渣系总渣量141kg。电渣钢锭720℃退火后经1237℃加热,出炉;经高压水除鳞后进行粗轧+精轧轧制,粗轧温度1131℃,粗轧至300×280mm方,钢的总压缩率≥40%,其中前两道次压缩率均≥17%;精轧阶段的精轧温度981℃,终轧温度923℃,钢的总压缩率达20%以上;轧材下线后627℃入缓冷坑;出坑后棒材进行720℃退火处理,退火保温20h。轧材低倍组织按ASTM E381标准评级满足:S=0.5、R=1.0、C=1.0级;晶粒度按ASTM E112标准检验7.5级;非金属夹杂物按ASTM E45标准评级满足:A、B、D类细系均0.5级,粗系为0-0.5级,C类粗、细系均0级;按ASTM A388标准FBH=2.0mm超声波探伤检验合格。
采用圆钢材料1制造钻头产品,具体工艺如下:圆钢→下料→模锻成型→钻中心孔、车外圆→平端面、钻孔、粗车内孔→平端面、精车内孔→粗车外形→调质热处理→硬度、力学性能检测→喷砂→钻铰齿孔、镶齿→精加工内孔、抛光→终检。
经上述制造工艺制成的钻头产品,力学性能结果见表1,具有超高强度、硬度下高韧性的特点。
表1实施例1圆钢生产的钻头的力学性能
根据图1-4并结合表1可以看出:该钢调质处理后,其微观组织为均匀的回火索氏体组织,且热处理后钢的实际晶粒度细小、均匀,表现了较高的强韧性和耐磨性能。
实施例2
本实施例涉及的矿用超高强度钻头钢的棒材直径为130mm,其化学成分按质量百分比计为:C:0.43%,Si:0.25%,Mn:0.81%,P:0.009%,S:0.001%,Cr:1.09%,Mo:1.06%,Ni:1.73%,V:0.09%,Cu:0.01%,Al:0.026%,余量为Fe及不可避免的杂质元素。控制氢、氧、氮气含量实际为1.0PPm、11PPm、39PPm。
该钢的制造工艺为,按上述钢成品的化学组分配置冶炼原料并依次进行转炉冶炼、LF精炼、RH真空脱气以获得纯净度高的钢水,之后由连铸机连铸出φ500mm圆形电极坯。将铸坯587℃入缓冷坑,缓冷49h03min后出坑。然后将φ500mm电极铸坯经抽锭式电渣重熔φ600mm电渣钢锭,电压平均76V,电流平均13.7A,抽速平均5.3mm/min,五元渣系总渣量150kg。将电渣锭720℃红送退火后,经1246℃加热,出炉;经高压水除鳞后进行粗轧+精轧轧制,粗轧温度1137℃,轧制215×215mm2方,钢的总压缩率≥40%,前两道次压下量均≥17%;精轧阶段的精轧温度1003℃,终轧温度933℃,钢的压缩率达20%以上;轧制结束后棒材623℃高温入缓冷坑缓冷;出坑后棒材再进行720℃退火处理。轧材低倍组织按ASTM E381标准评级满足:S=0.5、R=0.5、C=0.5级;非金属夹杂物按ASTM E45标准评级满足:A、B、D类细系均0.5级,粗系为0-0.5级,C类粗、细系均0级;轧材晶粒度ASTM E112标准检验8.0级;轧材按ASTM A388标准的FBH=1.6mm超声波探伤检验合格。
采用圆钢材料2制造钻头产品,具体工艺如下:圆钢→下料→模锻成型→钻中心孔、车外圆、粗车内孔→止推面钻孔、镶合金-调质热处理→硬度、力学性能检测→超声波+磁粉探伤→喷砂→钻齿孔、牙齿、精车内孔→装牙轮底部垫块、镶套。
经上述制造工艺制成的钻头产品,力学性能结果见表2,具有超高强度、硬度下高韧性的特点。
表2实施例2圆钢生产的钻头的力学性能
除上述实施例外,本发明还包括有其他实施方式,凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案,均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:步骤包括
一、钢水冶炼;
二、连铸:采用连铸工艺将钢水浇铸成电极坯,电极坯入缓冷坑缓冷;
三、抽锭式电渣重熔:为了提高轧制圆钢的压缩比,将电极坯重熔为更大直径的电渣重熔钢锭,电渣重熔钢锭入退火炉进行红送退火;
四、轧制:电渣重熔钢锭重新加热使钢中合金充分固溶,加热出炉后经高压水除鳞去除表面氧化层,经粗轧+精轧两阶段轧制,两阶段轧制均控制在奥氏体相区进行,粗轧总压缩率≥40%,精轧总压缩率≥20%,轧制成品圆钢规格;
五、冷却:圆钢轧制下线后在620℃以上的温度时入缓冷坑,控制缓冷坑中圆钢的温降≤20℃/h,待圆钢温度降至180℃以下后出坑,以获得均匀铁素体+珠光体;
六、去应力并软化退火处理。
2.根据权利要求1所述的矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:还包括对圆钢化学成分的设计,按质量百分比计为C:0.41~0.48%,Si:0.10~0.35%,Mn:0.70~0.90%,P:≤0.012%,S:≤0.003%,Cr:0.90~1.20%,Mo:0.90~1.30%,Ni:1.50~1.80%,V:0.07~0.15%,Cu:≤0.20%,Al:≤0.060%,余量为Fe及不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求2所述的矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:圆钢的化学成分中H:≤0.00015%;O:≤0.0015%;N:≤0.0070%。
4.根据权利要求1所述的矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:步骤二中电极坯的规格为φ500mm,电渣重熔钢锭的规格为φ600mm,圆钢的生产规格为φ45-180mm。
5.根据权利要求1所述的矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:步骤一,钢水冶炼涉及初炼、精炼、真空脱气,初炼选用的铁水预先进行脱硫和脱磷,P≤0.030%,S≤0.010%,初炼出钢碳含量≥0.1%以防止钢水过氧化,初炼出钢后扒渣;精炼炉过程控制精炼炉渣碱度R在1.9~2.1之间以增加渣中氧离子浓度利于脱硫反应;渣量控制在钢水总量的1.5~2wt%,同时炉渣温度控制1550℃以上以提高炉渣流动性而利于脱硫,精炼时间控制在40~50分钟;真空脱气的真空度在1.33mbar以上,真空保持时间20分钟以上。
6.根据权利要求1所述的矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:步骤二,连铸过程需要采用氩气保护,结晶器实施M-EMS电磁搅拌,在凝固末端实施F-EMS电磁搅拌,连铸二冷区冷却水量控制≤0.18L/Kg,连铸过热度为15~40℃,连铸拉速≤0.40m/min,电极坯在≥550℃下线入缓冷坑,在缓冷坑中的缓冷时间≥48h。
7.根据权利要求1所述的矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:钢水冶炼尤其是精炼过程以及连铸过程分别喂入Si-Ca线对钢水进行钙处理,控制钢中Ca含量在15~25ppm范围内,使非金属夹杂物细化、球化。
8.根据权利要求1所述的矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:步骤三,抽锭式电渣重熔的渣系选择CaF2:Al2O3:CaO:SiO2:MgO五元系;随渣加入Mn粉、Al粉作为脱氧剂;电压控制65-85V、电流控制8-17A;重熔过程中抽速控制4.5-6.5mm/min;冷却制度控制:结晶器水流量45-80Nm3/h,底水箱水流量15-40Nm3/h,冷却时间30-90min。
9.根据权利要求1所述的矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:步骤三,电渣重熔钢锭脱结晶器后在50分钟以内入退火炉,入炉温度500±15℃,在690-740℃区间保温25小时以上以实现红送退火。
10.根据权利要求1所述的矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:步骤四,电渣重熔钢锭以≤80℃/h缓慢加热至1220-1250℃温度,在该温度下保温4.5-5.5小时;粗轧对应轧制温度高于1050℃,粗轧采用强压下轧制,前两道次压下率均≥17%;精轧开轧温度≥960℃,终轧温度不低于900℃。
11.根据权利要求1所述的矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:步骤六中,退火保温温度690-740℃,在保温温度下的保温时间为20h以上,随炉冷却至200℃以下后出炉,空冷至室温。
12.根据权利要求1所述的矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:还包括步骤七、检验:圆钢切掉头、尾部,按ASTM A388标准的FBH≤2.0mm超声波探伤检验需合格;低倍组织按ASTM E381标准检验满足S、R、C均≤1.0级;非金属夹杂物按ASTM E45标准检验满足A、B、C、D各类细、粗系均≤1.0级;晶粒度按ASTM E112标准检验满足≥7.5级。
13.根据权利要求12所述的矿山钻头用EX50V圆钢的生产方法,其特征在于:该方法生产的圆钢加工为矿山钻头,加工过程涉及调质热处理将钻头的微观组织调质为回火索氏体,此时钻头力学性能应满足:抗拉强度Rm≥1530MPa,屈服强度Rp0.2≥1420MPa,延伸率A≥10%,端面收缩率Z≥35%,室温夏比冲击功Akv≥40J。
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103710489A (zh) * | 2014-01-16 | 2014-04-09 | 江苏精工特种材料有限公司 | 采用6t真空精炼炉精炼高速钢的方法 |
CN104975235A (zh) * | 2015-07-20 | 2015-10-14 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种120ksi钢级高强韧中碳调质圆钢及其制造方法 |
CN106048415A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-10-26 | 山东钢铁股份有限公司 | 一种Ni微合金化石油钻铤用钢及其制备方法 |
CN107177797A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-09-19 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 油气田用130ksi、135ksi级别耐蚀钻具钢及其制造方法 |
CN110284062A (zh) * | 2019-06-29 | 2019-09-27 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种具有高强度、高韧性的大直径圆钢及其制造方法 |
KR20210078911A (ko) * | 2019-12-19 | 2021-06-29 | 주식회사 포스코 | 우수한 인성을 갖는 강판, 강관 및 이들의 제조방법 |
CN114134400A (zh) * | 2021-04-23 | 2022-03-04 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种大规格高强度高韧性油井钻头用钢及其制备方法 |
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103710489A (zh) * | 2014-01-16 | 2014-04-09 | 江苏精工特种材料有限公司 | 采用6t真空精炼炉精炼高速钢的方法 |
CN104975235A (zh) * | 2015-07-20 | 2015-10-14 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种120ksi钢级高强韧中碳调质圆钢及其制造方法 |
CN106048415A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-10-26 | 山东钢铁股份有限公司 | 一种Ni微合金化石油钻铤用钢及其制备方法 |
CN107177797A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-09-19 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 油气田用130ksi、135ksi级别耐蚀钻具钢及其制造方法 |
CN110284062A (zh) * | 2019-06-29 | 2019-09-27 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种具有高强度、高韧性的大直径圆钢及其制造方法 |
KR20210078911A (ko) * | 2019-12-19 | 2021-06-29 | 주식회사 포스코 | 우수한 인성을 갖는 강판, 강관 및 이들의 제조방법 |
CN114134400A (zh) * | 2021-04-23 | 2022-03-04 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种大规格高强度高韧性油井钻头用钢及其制备方法 |
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