CN1836806A - 大口径厚壁无缝钢管的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到大口径厚壁无缝钢管，尤其是涉及到大型钢构建筑、桥梁大口径厚壁无缝钢管的生产工艺，提供一种厚壁无缝钢管的生产工艺，采用离心铸造，根据设计要求，制造出厚壁40～160的厚壁管，同时在铸造过程中加入钼元素、稀土元素，增加其强度、钢度和淬透性。与采用厚板卷制焊接的大口径管相比，避免了变形及内部加强筋制作的繁锁和施工不便，整体性能、尺寸精度更优。

Description

大口径厚壁无缝钢管的生产工艺

技术领域：本发明涉及到一种大口径厚壁无缝钢管，尤其是涉及大型钢构建筑、桥梁用大口径厚壁无缝钢管的生产工艺。

背景技术：据报道，钢构建筑是21世纪新型节能环保建筑的典范，发达国家早在八、九十年代即大量兴建，它不但能满足单体建筑造型新颖独特、大跨度、重量轻、抗震性能好的要求，而且构件在工厂制造，减少现场工作量，尺寸精度高，建设周期短，现场安装施工方便，在若干年后，可回收利用，同时建造和拆除时污染少。钢管是钢架结构中重要结构材料。因此，钢管对整个网架的受力性能、制作安装、工程进度、用钢量指标以及工程造价都有直接影响。目前，钢架结构的大口径厚壁管普遍采用Q235、Q345或普通低合金钢厚板卷制焊接而成，采用这种钢管存在材料利用率不高、变形量难以预测、焊接残余应力无消除、焊接难度大等缺点。为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明的目的就是要提供一种大口径厚壁无缝钢管的生产工艺，采用一次浇注成形，并可根据设计要求，制作出多种大口径非标厚壁的钢管，公称外径800～1600，壁厚40～160，采用电弧炉熔炼，同时加入钼元素、稀土元素，增加其强度和刚度及淬透性。

发明内容：本发明的目的是这样实现的，大口径厚壁无缝钢管的生产工艺，该钢管的主要成份为(按重量百分比计)Ni≤0.30、Mo≤0.15、Cr≤0.30、S≤0.015、P≤0.02、Mn＝1.10～1.50、Si＝0.20～0.50、C＝0.15～0.23、Re＝0.20～0.35，余量为Fe，其特征在于：

(1)炉料配备及金属液的冶炼：以碳素钢的钢锭切头或边角料为主要炉料；辅以低P、S含量的铁合金采用电弧炉进行熔炼；在熔化期提前进行吹氧，并将吹氧过程一直持续到氧化期终了时；同时在熔氧期采用特效脱磷剂造渣；然后进行还原：造渣操作程序为白渣——电石渣——白渣；

(2)铸造工艺：采用卧式离心铸造；

(3)浇注工艺：在出钢时，在盛钢桶中加入0.2-0.35％的重稀土铈对钢水进行孕育，同时镇静5S以上时间，然后进行浇注；

(4)热处理工艺：对浇注的产品毛坯进行正火+回火热处理。

本发明采用优质低合金钢经离心浇铸而成，化学成份设计合理，通过一定的热处理工艺来保证其良好的机械性能：抗拉强度δb≥500MPa，屈服强度δs≥300MPa、延伸率≥24％。

具体实施方式：本发明所述大口径厚壁无缝钢管的生产工艺，该钢管的主要成份为(按重量百分比计)Ni≤0.30、Mo≤0.15、Cr≤0.30、S≤0.015、P≤0.02、Mn＝1.10～1.50、Si＝0.20～0.50、C＝0.15～0.23、Re＝0.20～0.35，余量为Fe，具体实施时：

1、炉料配备及金属液的冶炼

在金属炉料的配备方面，由于产品的化学成份和综合机械性能等方面的要求均系具有良好的焊接性能的优质合金钢范畴，特别是要求Cr、Ni、Cu、Mo、V等残余元素总量不超过1％，所以炉料的配备主要以优质碳素钢的钢锭切头或边角料为主；辅以低P、S含量的铁合金及辅料进行熔炼，以保证其材质化学成份合格。

金属液的冶炼方面，根据相关的DIN德国标准，JIS日本标准以及ANSI/ASTM美国标准的有关阐述，采用电弧炉碱性氧化法熔炼工艺，本发明的冶炼工艺能满足产品材质的冶炼要求，整个冶炼过程由熔化期、氧化期、还原期、出钢镇静等四个工步组成。

在冶炼过程中打破传统工艺，采用先进的熔氧结合工艺，在熔化期提前进行吹氧，并将吹氧过程一直持续到氧化期终了，即将熔化与氧化结合为一个连续的过程，此工艺与传统工艺相比，大大地降低了钢液中的氢的含量，避免了因钢液含氢而造成产品气孔缺陷。同时在熔氧期采用脱磷剂造渣，通过吹氧，获得脱磷效果较好的较高碱度和较高氧化铁含量的炉渣。在氧化期终了时有目的地将钢液中P的含量控制在0.005％以下。再者，在熔化期提前吹氧，有足够的时间通过吹氧法进行脱碳，使氧化期终了时，钢液的碳含量达到痕迹值。同时由于连续的吹氧操作，可以在氧化末期获得较高的钢液温度，为钢液进入还原期打下良好的基础。

熔炼过程中还原期的主要任务是有效地脱氧、脱硫，并调整好钢液的化学成份和钢液温度，使之达到出钢的要求。主要操作是通过渣况的改变，进行有效地脱硫、脱氧过程，造渣操作程序为白渣-电石渣-白渣。由于在氧化末期已获得了较高的钢液温度，首次白渣可创造良好的脱硫条件，将钢液的S含量控制在痕迹值范围，即S≤0.015％。电石渣的操作，主要目的是有利于钢液的脱氧，配合铁合金的加入，将钢液中含氧量大幅度降低。最后还原成白渣，并及时调整其化学成份达到规定要求。

出钢时，在底注式盛钢桶中加入0.20～0.35％重稀土铈对钢水进行孕育，以利于细化钢的晶粒，为产品的热处理工艺打好基础。

2、浇注工艺钢液冶炼还原期结束，所有的化学成份均符合标准要求后，对钢液进行终脱氧。同时在红热的盛钢桶中加入稀土出钢。出钢操作时钢渣同流以进一步保证脱硫效果。

钢液在盛钢桶内得到了稀土孕育，同时镇静5秒以上时间以利钢液中杂质的上浮净化，保证钢液的纯净和成份均匀。利用底注式钢包浇注，保证了钢渣不随钢流入型腔，使产品毛坯无夹渣现象。同时减少了钢液的吸气时间，保证产品成形过程中无气孔缺陷产生。

离心浇注时，主要从转速、涂衬、金属液温度、金属液定量、冷却等工步控制其质量。首先，根据铸件要求确定其铸型转速，铸型上涂料或履树脂砂前清理和预热，并严格控制铸型温度及涂料层履砂层的厚度，浇注时严格掌握合金液的温度，定量或准确掌握好浇注速度。同时，由于厚壁钢管过热量大，模型极易受热变形，在浇注过程中采用水冷形式，并掌握好冷却强度，铸件取出后，控制好铸型工作温度，准备浇下一个铸件。

3、热处理工艺

大口径厚壁无缝钢管要求具有良好的综合性能，同时要求其无内应力存在，所以有必要对其进行热处理。主要采用的热处理方法：正火+回火热处理方式。在热处理操作中，关键是控制产品的冷却速度。针对较大件的热处理，采用强风冷却，以达到所需的冷却速度，保证材质在相变过程中得到细化的晶粒，然后通过高温回火达到产品所需的综合性能。

Claims (1)

1、大口径厚壁无缝钢管的生产工艺，该钢管的主要成份为(按重量百分比计)Ni≤0.30、Mo≤0.15、Cr≤0.30、S≤0.015、P≤0.02、Mn＝1.10～1.50、Si＝0.20～0.50、C＝0.15～0.23、Re＝0.20～0.35，余量为Fe，其特征在于：

(1)炉料配备及金属液的冶炼：以碳素钢的钢锭切头或边角料为主要炉料；辅以低P、S含量的铁合金采用电弧炉进行熔炼；在熔化期提前进行吹氧，并将吹氧过程一直持续到氧化期终了时；同时在熔氧期采用特效脱磷剂造渣；然后进行还原：造渣操作程序为白渣——电石渣——白渣；

(2)铸造工艺：采用卧式离心铸造；

(3)浇注工艺：在出钢时，在盛钢桶中加入0.2-0.35％的重稀土铈对钢水进行孕育，同时镇静5S以上时间，然后进行浇注；

(4)热处理工艺：对浇注的产品毛坯进行正火+回火热处理。