CN114855072A

CN114855072A - 一种稀土微合金化机加工用热轧无缝钢管的制造方法

Info

Publication number: CN114855072A
Application number: CN202210237005.0A
Authority: CN
Inventors: 张学颖; 米永峰; 姜海龙; 姚晓乐; 郭智韬; 宋江波
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2022-08-05

Abstract

本发明公开了一种稀土微合金化机加工用热轧无缝钢管的制造方法，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C≤0.18；Si 0.20～0.35％；Mn≤1.50％；P≤0.018％；S≤0.010％；V≤0.07％；Re≤0.002％；还公布了其制备工艺。本发明通过合金元素的合理选择，恰当的元素含量配比，使钢种具有较低的碳当量，且易于生产，成本低，配合合理的冶炼连铸工艺、轧制工艺使钢管具有较高的强度、优异的冲击韧性、高的尺寸精度。

Description

一种稀土微合金化机加工用热轧无缝钢管的制造方法

技术领域

本发明涉及冶金材料领域，尤其涉及一种稀土微合金化机加工用热轧无缝钢管的制造方法。

背景技术

液压油缸主要应用于工业生产等领域，是各种工程机械、煤矿机械、特种车辆和大型机械的专用部件，在工业生产中可以用于锻压机械、注塑机、机床、加工中心、机器人、矿山机械、包装机械等，在行走机械中可以用于工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等。其性能优劣直接决定着工程机械产品的可靠性和使用寿命。我国的液压行业经历了从仿制到自主研发，从依靠进口到实现自给自足的过程，实现了大跨越，液压油缸作为主要的液压元件，随着整体行业的高速发展，也走上了快速发展的道路。液压油缸是工程机械的核心零部件之一，以其结构简单、工作可靠、响应迅速、维护成本低，速度快而成为液压传动系统中应用最广泛的执行元件。本专利研究的供机加工用热轧无缝钢管作为液压油缸的重要原材料,直接决定了液压油缸的精度、强度、寿命等重要参数。

随着我国工程机械行业的迅速发展，挖掘机、泵车等工程机械对液压油缸系列材料的强度、韧性和焊接性能方面的要求越来越高，现在国内工程机械行业普遍使用的45钢管由于碳含量高，反映焊接性能的碳当量比较高，在焊接过程中必须采取预热、焊后保温、焊后热处理等措施，才可以消除焊接缺陷。在实际生产过程中，由于液压油缸的结构与加工工艺的限制，很多时候无法满足这些热处理要求，不可避免地在液压油缸材料焊接部位产生较多的焊接缺陷。工程机械的很多故障和用户反馈的质量意见，都是涉及液压油缸的焊接部位。国产液压油缸逐渐向中高端发展，研发高强高韧低碳当量材料势在必行，液压油缸质量的好坏，直接影响整个液压系统的寿命和可靠性。在工程机械和专用车辆产业发展进程中,液压缸等关键配套件的供应已成为我国工程机械产业发展的瓶颈。未来几年，随着国家经济发展，国家基建行业需求增加，预计我国的液压油缸行业将进一步发展，液压油缸材料元件向高端领域飞速跨进。

研发高强高韧液压油缸材料用无缝钢管意义非常重大。本专利研究的供机加工用热轧无缝钢管作为液压油缸的重要原材料,可以完善企业在机加工领域用无缝管产品市场的种类，提升产品的档次，增加市场竞争力，同时将为企业带来较大的经济效益与社会效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土微合金化机加工用热轧无缝钢管的制造方法，良好的强度和韧性、较低的碳当量。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种稀土微合金化机加工用热轧无缝钢管的制造方法，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C≤0.18；Si 0.20～ 0.35％；Mn≤1.50％；P≤0.018％；S≤0.010％；V≤0.07％；Re≤0.002％；其余为 Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％；主要工艺包括：

炼钢过程采用“LF+VD”，以保证铸坯的洁净度；转炉冶炼的终渣碱度≥3.0，必须做好终点碳的控制，不能过氧化和超低碳出钢，转炉终点控制目标：C≥ 0.06％、P≤0.010％，出钢温度1610～1630℃，全程按LF精炼的要求吹氩，控制吹氩强度，保持钢液蠕动且不得裸露钢液；钒铁在精炼中后期加入，精炼后期进行成分微调，按比例添加稀土合金；真空处理后软吹时间≥13min，同时应注意弱搅拌效果，不能裸露钢水，必须做好钢液非金属夹杂物的去除；

连铸过程中采用全程保护浇注，按相应的规格严格控制拉速，保证恒拉速浇注；连铸钢水过热度控制在15℃～35℃范围内，以增加等轴晶比率；采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌工艺，抑制凝固末期富含杂质钢水向中心流动来减轻中心偏析；

铸坯在炉内加热过程中严格控制加热炉内的气氛，按照规定的加热制度进行加热，加热过程中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，防止在后续生产中出现裂纹；保证管坯在加热炉内加热均匀，防止出现阴阳面、加热不透、过热或过烧现象；根据合金成分设计情况及实际生产的坯形规格，确定将铸坯出炉温度控制在1260～1290℃；穿孔时严格控制推钢咬入、穿孔、抱辊抱管及抛钢的平稳性；在奥氏体再结晶区进行粗轧，为了充分细化原始奥氏体晶粒，尽量做到大压下量轧制，在设备参数允许的条件下，加大粗轧阶段总变形量；在处于未再结晶区的精轧阶段变形时，适当增加精轧前几道次的压下量以保证钢管壁厚方向组织的均匀性，并在最后 3、4个道次进行管形控制；通过三辊限动芯棒连轧机组PQF结合高端热轧控制技术得到不同尺寸的高精度的优质管体。

进一步的，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C0.16％；Si 0.27％；Mn 1.52％；P 0.018％；S 0.009％；V 0.06％；Re 0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

进一步的，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C0.15％；Si 0.26％；Mn 1.49％；P 0.017％；S 0.007％；V 0.07％；Re 0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

进一步的，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C0.18％；Si 0.29％；Mn 1.49％；P 0.011％；S 0.006％；V 0.06％；Re 0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

进一步的，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C0.16％；Si 0.28％；Mn 1.46％；P 0.015％；S 0.009％；V 0.07％；Re 0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

进一步的，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C0.17％；Si 0.32％；Mn 1.55％；P 0.012％；S 0.005％；V 0.06％；Re 0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

各元素作用：

碳(C)：碳元素是钢中最有效的强化元素，适当的增加钢中碳含量有利于提髙材料的强度，同时韧性将会下降。碳可强化固溶体，更主要的是能与多种合金元素生成不同类型的碳化物，提高钢的热稳定性和耐磨性，也是影响碳当量的重要元素，进而影响工程机械的焊接性能。本发明对碳含量进行适当的控制，在保障强度的同时，提高了钢的韧性和可焊性，对本发明来说，C含量≤0.18％。

硅(Si)：在钢中主要以固溶态存在，以固溶强化为主，不形成碳氮化物，能显著提高铁素体的体积分数及强化铁素体组织。对本发明来说，Si含量 0.20～0.35％。

锰(Mn)：可脱O、S，增加拉伸强度、韧性，改善非调质钢的强韧性的重要合金元素，增加Mn含量,将降低钢的共析成分碳的含量，导致珠光体的量增多，且细化珠光体团及珠光体的片层间距，同时能细化铁素体晶粒，从而提高钢的强韧性，但是Mn含量的增加，提高了珠光体的体积分数，使韧性降低，强韧性处于矛盾的状态。对本发明来说，Mn含量范围为≤1.50％。

钒(V)：本发明中V为最主要的合金元素，钒能细化晶粒，提高正火后的强度和屈服比及低温韧性，改善钢的焊接性能。钒和碳、氮、氧有极强的亲合力，与之形成相应的稳定化合物，其主要作用是细化钢的组织和晶粒。降低钢的过热敏感性，提高钢的强度和韧性。因此，本发明中V≤0.07％。

稀土(Re)：适量稀土元素加入钢中后，有利于净化钢液，细化晶粒，增大晶粒生长阻力，抑制柱状晶的生长，改变夹杂物的性质、形态和分布，从而提高钢的各项性能。因此，本发明中Re≤0.002。

生产工艺流程：高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→连铸→铸坯缓冷→入库→连铸坯→锯切→环形炉加热→穿孔→连轧→脱管→定(张减)径→冷床→锯切→矫直→漏磁探伤→超声波探伤→检查→测长、称重、喷标→包装入库→出厂。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明以低C，低Mn为基础，加入V等微合金元素，通过炼钢、轧管等工艺生产出抗拉强度(Rm)目标值550MPa,实测值590MPa～615MPa；屈服强度 (Rp0.2)目标值大于360MPa,实测值410MPa～440MPa，延伸率(A)目标值大于16％,实测值26％～27％；20℃实验环境下V型全尺寸纵向冲击功高于180J 的机加工用热轧无缝管。

发明通过合金元素的合理选择，恰当的元素含量配比，使钢种具有较低的碳当量，且易于生产，成本低，合理的冶炼连铸工艺、轧制工艺使钢管具有较高的强度、优异的冲击韧性、高的尺寸精度。本发明是液压油缸的最主要原材料，可广泛应用工业生产等领域，是各种工程机械、煤矿机械、特种车辆和大型机械的专用部件，具有易生产、低成本、性能优良的特点。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为工业生产钢管金相组织。

具体实施方式

按本发明得到的钢管管材，以生产规格Φ273×28mm为例，其化学成分如表 1：

表1本发明钢管化学成分统计结果wt.％

实施例	C	Si	Mn	P	S	V	Re(加入量)
								1	0.16	0.27	1.52	0.018	0.009	0.06	0.002
2	0.15	0.26	1.49	0.017	0.007	0.07	0.002
								3	0.18	0.29	1.49	0.011	0.006	0.06	0.002
4	0.16	0.28	1.46	0.015	0.009	0.07	0.002
								5	0.17	0.32	1.55	0.012	0.005	0.06	0.002

从表1可以看出钢管化学成分完全满足本发明对钢种的要求，各炉成分含量偏差很小，稳定的成分含量有利于热处理时进行温度控制，从而为管材具有良好的组织和性能提供了前提条件。

炼钢工艺：生产规格Φ273×28mm的钢管，采用连铸圆坯断面为Φ390mm，采用硅铁、锰铁进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺,出钢过程中加入适量的白灰,根据转炉钢水成分及温度，进行造渣脱硫、成分调整及升温操作,全程按LF精炼的要求正常吹氩,精炼结束前喂适量高钙线,在VD就位加入铈铁合金,连铸过程中采用全程保护浇注，严格控制拉速，保证恒拉速浇注。连铸过程中应时刻注意中间包液面的高度，开浇液面不小于500mm，过程浇注采用满包浇注，采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌工艺。圆坯进入缓冷坑缓冷，入坑温度大于600℃，以消除组织应力及热应力。通过以上措施，得到了高质量圆坯。

圆坯在环形炉内严格按照规定的加热制度进行加热，加热过程中对加热炉的各段温度及时间进行监控，减少热应力对钢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，管坯加热温度偏差±10℃，防止在炉时间过长。穿孔时严格按照轧制表要求控制顶头前伸量，顶杆抱辊状态良好，穿孔过程中顶杆无晃动，保证推钢咬入、穿孔、抱辊抱管及抛钢的平稳性。入连轧机温度为1109℃，控制芯棒初始温度和冷却，保证芯棒喷涂石墨乳后不起泡或成股流下。定径后温度为916℃，控制轧制节奏，保证光管上冷床后能够连续步进、转动，避免等待造成弯曲，矫直时严格控制矫直力，保证钢管弯曲度的要求，防止有矫凹、矫椭、矫裂等情况出现。

本发明产品为了达到优异的表面质量生产过程中采取了一系列措施进行控制。为了防止出现麻面等表面缺陷，在环形炉加热时严格控制炉内氧化气氛，防止出现过烧，对加热炉的各段温度及时间进行监控，减少热应力对钢坯心部或外表面缺欠的扩展。穿孔时严格控制推钢咬入、穿孔、抱辊抱管及抛钢的平稳性，及时更换磨损严重的轧辊。连轧、定径后高压水除磷压力要求≥10MPa。实测钢管的不圆度及壁厚不均度不超过外径和壁厚公差的80％。钢管的外径(D) 公差±1％D，壁厚(S)不均度≤±8％S。本发明的钢管表面质量好、尺寸精度高，易于钢管后续要进行的冷拔工艺，满足了高精度尺寸的要求。

表2为钢管力学性能，可见规格Φ273×28mm的钢管强度高，冲击韧性优异， 20℃纵向冲击大于180J，产品力学性能满足设计钢管的要求。

表2本发明钢管力学性能

本发明的钢管的夹杂物及组织晶粒度如表3所示。

表3本发明钢管的及杂物及组织晶粒度

注：F表示铁素体，P表示珠光体。

对工业生产钢管取样进行实验室分析，将试样经研磨、抛光后采用4％的硝酸酒精腐蚀，在光学显微镜下观察组织形态，按GB/T 6394标准要求进行晶粒度评级，结果见表3钢管的组织为铁素体+珠光体，如图1，在500倍显微镜下，热轧态金相组织中有大量的铁素体+珠光体组织，分布均匀且细小，均在晶界处形成。

通过精心组织生产，各工序严格按工艺要求操作，最终生产的规格Φ273× 28mm产品尺寸精度高、内外表面质量好、强度高、整管性能均匀稳定，特别是韧性优异，满足设计要求，同时采用低碳当量成分设计，产品具有优良的焊接性能。本发明产品是液压油缸的最主要原材料，液压油缸是各种工程机械、煤矿机械、特种车辆和大型机械的专用部件，在工业生产中可以用于锻压机械、注塑机、机床、加工中心、机器人、矿山机械、包装机械等。在行走机械中可以用于工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等。本发明具有易生产、低成本、性能优良的特点。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种稀土微合金化机加工用热轧无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C≤0.18；Si0.20～0.35％；Mn≤1.50％；P≤0.018％；S≤0.010％；V≤0.07％；Re≤0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％；主要工艺包括：

炼钢过程采用“LF+VD”，以保证铸坯的洁净度；转炉冶炼的终渣碱度≥3.0，必须做好终点碳的控制，不能过氧化和超低碳出钢，转炉终点控制目标：C≥0.06％、P≤0.010％，出钢温度1610～1630℃，全程按LF精炼的要求吹氩，控制吹氩强度，保持钢液蠕动且不得裸露钢液；钒铁在精炼中后期加入，精炼后期进行成分微调，按比例添加稀土合金；真空处理后软吹时间≥13min，同时应注意弱搅拌效果，不能裸露钢水，必须做好钢液非金属夹杂物的去除；

铸坯在炉内加热过程中严格控制加热炉内的气氛，按照规定的加热制度进行加热，加热过程中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，防止在后续生产中出现裂纹；保证管坯在加热炉内加热均匀，防止出现阴阳面、加热不透、过热或过烧现象；根据合金成分设计情况及实际生产的坯形规格，确定将铸坯出炉温度控制在1260～1290℃；穿孔时严格控制推钢咬入、穿孔、抱辊抱管及抛钢的平稳性；在奥氏体再结晶区进行粗轧，为了充分细化原始奥氏体晶粒，尽量做到大压下量轧制，在设备参数允许的条件下，加大粗轧阶段总变形量；在处于未再结晶区的精轧阶段变形时，适当增加精轧前几道次的压下量以保证钢管壁厚方向组织的均匀性，并在最后3、4个道次进行管形控制；通过三辊限动芯棒连轧机组PQF结合高端热轧控制技术得到不同尺寸的高精度的优质管体。

2.根据权利要求1所述的稀土微合金化机加工用热轧无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C 0.16％；Si0.27％；Mn 1.52％；P 0.018％；S 0.009％；V 0.06％；Re 0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

3.根据权利要求1所述的稀土微合金化机加工用热轧无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C 0.15％；Si0.26％；Mn 1.49％；P 0.017％；S 0.007％；V 0.07％；Re 0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

4.根据权利要求1所述的稀土微合金化机加工用热轧无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C 0.18％；Si0.29％；Mn 1.49％；P 0.011％；S 0.006％；V 0.06％；Re 0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

5.根据权利要求1所述的稀土微合金化机加工用热轧无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C 0.16％；Si0.28％；Mn 1.46％；P 0.015％；S 0.009％；V 0.07％；Re 0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。

6.根据权利要求1所述的稀土微合金化机加工用热轧无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述制热轧无缝管的钢铁材料的化学元素按照质量百分含量包括：C 0.17％；Si0.32％；Mn 1.55％；P 0.012％；S 0.005％；V 0.06％；Re 0.002％；其余为Fe和不可避免的杂质，质量分数共计为100％。