專利名稱：一種用于制造空心芯棒的無縫鋼管及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金行業(yè)無縫鋼管的生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種用于制造空心芯棒的合 金化高強度高韌性調(diào)質(zhì)無縫鋼管及生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
芯棒是軋管機組最重要的變形工具之一，芯棒與軋輥共同作用，將穿孔后的管坯 軋制成各種尺寸的無縫鋼管。軋制過程中芯棒的服役條件十分惡劣，其表面承受著壓應(yīng)力、 摩擦力和冷熱交變應(yīng)力，其工作狀態(tài)為高壓和高溫，同時與管坯內(nèi)壁接觸產(chǎn)生摩擦磨損。因 此，對芯棒的使用性能要求非常高，需要有高強度、高硬度、高韌性、耐磨性以及抗疲勞抗腐 蝕性。目前，使用的大直徑芯棒大多是實心的，經(jīng)鍛造成型，特別是Φ280πιπι以上規(guī)格的大 口徑芯棒制造難度更大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種用于制造空心芯棒的無縫 鋼管及生產(chǎn)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于制造空心芯棒的無縫鋼管，成分以質(zhì)量％計，具體 有=C 0. 28 0. 33,Si 0. 45 0. 65,Mn 0. 40 0. 60,P 0. 025 彡、S 0. 02 彡、Cr 3. 00 3. 30、Mo 0. 45 0. 55、V 0. 20 0. 30、Cu 0. 15 彡、NiO. 20 彡，其余部分為 Fe 及不可避
免的雜質(zhì)。合金化高強度高韌性調(diào)質(zhì)無縫鋼管化學(xué)成分設(shè)計C =C是鋼鐵材料中提高強度最基本，也是最廉價的合金元素，由C或通過溶入Fe 的晶格以固溶強化提高鋼的強度，或者由過飽和Fe-C固溶體中析出碳化物以析出強化提 高鋼的強度。C對提高鋼的淬硬性和淬透性的作用十分明顯，隨著鋼中C含量的提高，鋼的 強度增加，而韌性、焊接性和塑性則隨著碳含量增加而降低。Mn =Mn是奧氏體穩(wěn)定化元素，它在臨界區(qū)時會向奧氏體中擴散，使得Mn和C同時 在奧氏體中富集和均勻化，故增加了奧氏體在隨后冷卻過程中的穩(wěn)定性以及推遲珠光體的 形成。Mn既能以固溶狀態(tài)存在，也可以進(jìn)入滲碳體中取代一部分Fe原子，還能形成硫化物， 它的作用主要是增強奧氏體穩(wěn)定化，延長其轉(zhuǎn)變孕育期，降低馬氏體轉(zhuǎn)變時的臨界冷卻速 率，提高材料的淬透性。Si =Si元素是鐵素體形成元素，在臨界區(qū)加熱時，Si更傾向于分布在鐵素體而不 是奧氏體中，因而奧氏體晶粒邊緣Si貧化，當(dāng)在貝氏體相變區(qū)等溫時，這個邊緣優(yōu)先向鐵 素體轉(zhuǎn)變，同時向奧氏體晶粒內(nèi)部排碳，使奧氏體碳濃度增高，穩(wěn)定性增強。Si分布在鐵素 體中，提高鐵素體中碳的化學(xué)位，促使鐵素體中的碳向奧氏體內(nèi)部擴散，奧氏體中的碳濃度 升高，使奧氏體具有更高的穩(wěn)定化傾向，為淬火工藝作準(zhǔn)備。Cr =Cr使、相區(qū)縮小，使鐵碳平衡相圖中的共析點和碳在奧氏體內(nèi)的溶解度向低 碳方向即相圖的左方移動。Cr是強烈形成碳化物的合金元素，它將降低共晶碳量，防止粗大
3初生碳化物的產(chǎn)生，保證碳化物形成高硬度的孤立狀的(Cr，F(xiàn)e) C型理想抗磨相。選擇好適宜 的Cr/C值是十分重要的。同時Cr溶解在奧氏體中，起到強化基體、增加合金淬透性的作用。Mo :Mo可使鋼的C曲線右移從而顯著地提高鋼的淬透性，其作用強于鉻而次于錳。 Mo也使鋼的C曲線的珠光體轉(zhuǎn)變部分與貝氏體轉(zhuǎn)變部分發(fā)生分離，顯著抑制珠光體和鐵素 體轉(zhuǎn)變，在鋼中主要以碳化物的形式存在，彌散地分布在基體中強化基體，提高鋼的硬度。 Mo在鋼中還能夠有效地細(xì)化鑄態(tài)組織，提高斷面的均勻性，穩(wěn)定提高回火穩(wěn)定性，在相變過 程中能減緩馬氏體板狀基體結(jié)晶周界碳化物析出，從而改善鋼的沖擊韌度，提高綜合性能。V :V在提高耐磨性上，V主要是通過VC的析出，把強度和耐磨性進(jìn)一步提高，VC 是一種硬度很高的固溶質(zhì)點，它的主要作用機理是通過提高基體硬度從而相應(yīng)地提高耐磨 性，尤其是磨料磨損的耐磨性。本發(fā)明還提供了一種用于制造空心芯棒的無縫鋼管生產(chǎn)方法，它包括管坯下料 —環(huán)形爐加熱一曼式穿孔機穿孔一皮爾格軋機軋管一切皮爾格頭一步進(jìn)式爐加熱一定徑 機定徑一熱處理一矯直一鋸切一內(nèi)外表面處理一人工檢驗一超聲渦流自動組合探傷一人 工復(fù)檢一清潔、標(biāo)識、包裝一入庫。其具體步驟如下A、鋼坯加熱分預(yù)熱、加熱、均熱過程。預(yù)熱溫度隨爐溫，時間5 6小時；加熱分 為四段加熱一段溫度1020°C 士 10°C、時間1 1.5小時，加熱二段溫度1150°C 士 10°C、 時間1 1.5小時，加熱三段溫度1220°C 士 10°C、時間1 1.5小時，加熱四段溫度 12800C 士 10°C、時間1 1. 5小時；均熱段溫度1270°C 士 10°C、時間1 1. 5小時。B、軋管采用曼式穿孔機穿孔、周期軋管機組軋制，周期軋管機組軋制變形是基于 鍛、軋、擠三位一體的變形方式，在生產(chǎn)大直徑合金厚壁鋼管方面具有明顯的優(yōu)勢。設(shè)計了 周期軋管機組Φ273 Φ720πιπι大孔型，包括鍛軋段、精軋段、終軋段的曲線方程的確定， 設(shè)計了軋制壁厚在40 120mm時的軋制參數(shù)，控制毛管喂入量在30 100mm，軋輥轉(zhuǎn)速在 22 52rpm之間，風(fēng)壓在4. 5 6bar，以保證大口徑厚壁鋼管的成形。C、調(diào)質(zhì)處理，淬火溫度920°C 940°C、時間按壁厚系數(shù)2. 0 2. 5min/mm計算進(jìn) 行控制，回火溫度640°C 660°C、時間3 6小時。采用本發(fā)明提供的合金化高強度高韌性調(diào)質(zhì)無縫鋼管生產(chǎn)的空心芯棒在生產(chǎn)和 使用性能方面具有以下幾個優(yōu)點1、周期軋管變形區(qū)內(nèi)的的金屬始終都處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于抑制變形區(qū)金 屬產(chǎn)生裂紋，可以有效保證鋼管的軋制比和內(nèi)部組織的致密均勻。2、通過大孔型和軋制參數(shù)的設(shè)計，突破了大口徑厚壁管生產(chǎn)規(guī)格的瓶頸限制。3、空心芯棒的使用大大的減少了芯棒工模具的消耗，為無縫鋼管企業(yè)降低生產(chǎn)成 本，帶來巨大的經(jīng)濟效益。4、鋼管具有較高的強韌性和優(yōu)良的耐磨損能力，綜合性能優(yōu)良，加工成空心芯棒， 其使用壽命達(dá)到了實心芯棒的同等水平。以下結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
具體實施例方式一種用于制造空心芯棒的無縫鋼管，牌號為30Cr3MoV，成分以質(zhì)量％計，具體有C 0. 32、Si 0. 55、Mn 0. 54、P 0. 010、S 0. 005、Cr 3. 24、Mo 0. 46、V 0. 24、Cu 0. 12、
NiO. 07，其余部分為Fe及不可避免的雜質(zhì)。一種用于制造空心芯棒的無縫鋼管生產(chǎn)方法，它包括管坯下料一環(huán)形爐加熱一 曼式穿孔機穿孔一皮爾格軋機軋管一切皮爾格頭一步進(jìn)式爐加熱一定徑機定徑一熱處理 —矯直一鋸切一內(nèi)外表面處理一人工檢驗一超聲渦流自動組合探傷一人工復(fù)檢一清潔、標(biāo) 識、包裝一入庫。其具體步驟如下A、鋼坯加熱分預(yù)熱、加熱、均熱過程。預(yù)熱溫度隨爐溫，時間5小時；加熱分為四 段加熱一段溫度1020°C 士 10°C、時間1小時，加熱二段溫度1150°C 士 10°C、時間1小時， 加熱三段溫度1220°C 士 10°C、時間1小時，加熱四段溫度1280°C 士 10°C、時間1小時；均熱 段溫度1270°C 士 10°C、時間1小時。B、軋管采用曼式穿孔機穿孔、周期軋管機組軋制，周期軋管機組軋制變形是基于 鍛、軋、擠三位一體的變形方式，在生產(chǎn)大直徑合金厚壁鋼管方面具有明顯的優(yōu)勢。設(shè)計了 周期軋管機組Φ273 Φ720πιπι大孔型，包括鍛軋段、精軋段、終軋段的曲線方程的確定， 設(shè)計了軋制壁厚在40 120mm時的軋制參數(shù)，控制毛管喂入量在30 100mm，軋輥轉(zhuǎn)速在 22 52rpm之間，風(fēng)壓在4. 5 6bar，以保證大口徑厚壁鋼管的成形。C、調(diào)質(zhì)處理，淬火溫度920°C 940°C、時間按壁厚系數(shù)2. 0 2. 5min/mm計算進(jìn) 行控制，回火溫度640°C 660°C、時間3 6小時。采用本發(fā)明設(shè)計的化學(xué)成分的坯料，在衡陽華菱鋼管有限公司Φ720分廠進(jìn)行軋 制和熱處理，隨機取樣進(jìn)行分析，實物尺寸及室溫力學(xué)性能結(jié)果如表1所示表1實物尺寸及室溫力學(xué)性能
權(quán)利要求
一種用于制造空心芯棒的無縫鋼管，其特征是成分以質(zhì)量％計，具體有C0.28～0.33、Si0.45～0.65、Mn0.40～0.60、P0.025≤、S0.02≤、Cr3.00～3.30、Mo0.45～0.55、V0.20～0.30、Cu0.15≤、Ni0.20≤，其余部分為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2.一種用于制造空心芯棒的無縫鋼管生產(chǎn)方法，其特征是它包括管坯下料一環(huán)形爐 加熱一曼式穿孔機穿孔一皮爾格軋機軋管一切皮爾格頭一步進(jìn)式爐加熱一定徑機定徑一 熱處理一矯直一鋸切一內(nèi)外表面處理一人工檢驗一超聲渦流自動組合探傷一人工復(fù)檢一 清潔、標(biāo)識、包裝一入庫；其具體步驟如下A、鋼坯加熱分預(yù)熱、加熱、均熱過程，預(yù)熱溫度隨爐溫，時間5 6小時；加熱分為四段 加熱一段溫度1020°C 士 10°C、時間1 1. 5小時，加熱二段溫度1150°C 士 10°C、時間1 ·1.5小時，加熱三段溫度1220°C 士 10°C、時間1 1. 5小時，加熱四段溫度1280°C 士 10°C、 時間1 1. 5小時；均熱段溫度1270°C 士 10°C、時間1 1. 5小時；B、軋管采用曼式穿孔機穿孔、周期軋管機組軋制，周期軋管機組軋制變形是基于鍛、 軋、擠三位一體的變形方式，在生產(chǎn)大直徑合金厚壁鋼管方面具有明顯的優(yōu)勢。設(shè)計了周期 軋管機組Φ273 Φ720πιπι大孔型，包括鍛軋段、精軋段、終軋段的曲線方程的確定，設(shè)計了 軋制壁厚在40 120mm時的軋制參數(shù)，控制毛管喂入量在30 100mm，軋輥轉(zhuǎn)速在22 52rpm之間，風(fēng)壓在4. 5 6bar，以保證大口徑厚壁鋼管的成形；C、調(diào)質(zhì)處理，淬火溫度920°C 940°C、時間按壁厚系數(shù)2.0 2. 5min/mm計算進(jìn)行控 制，回火溫度640660°C、時間3 6小時。
全文摘要
一種用于制造空心芯棒的無縫鋼管及生產(chǎn)方法，無縫鋼管的成分以質(zhì)量％計，具體有C0.28～0.33、Si0.45～0.65、Mn0.40～0.60、P0.025≤、S0.02≤、Cr3.00～3.30、Mo0.45～0.55、V0.20～0.30、Cu0.15≤、Ni0.20≤，其余部分為Fe及不可避免的雜質(zhì)。其生產(chǎn)方法包括管坯下料→環(huán)形爐加熱→曼式穿孔機穿孔→皮爾格軋機軋管→切皮爾格頭→步進(jìn)式爐加熱→定徑機定徑→熱處理→矯直→鋸切→內(nèi)外表面處理→人工檢驗→超聲渦流自動組合探傷→人工復(fù)檢→清潔、標(biāo)識、包裝→入庫。
文檔編號B21B23/00GK101956137SQ201010508220
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者冉旭, 張敏, 李陽華, 陳紹林, 龍功名 申請人:衡陽華菱鋼管有限公司