專利名稱：：高強(qiáng)韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于煤炭、機(jī)械等綜合機(jī)械化領(lǐng)域的液壓支柱無(wú)縫鋼管，具體涉及一種經(jīng)濟(jì)的高強(qiáng)度高韌性并且具有優(yōu)良焊接性能的液壓支柱無(wú)縫鋼管
背景技術(shù)：
：液壓支柱管是煤炭、機(jī)械等綜合機(jī)械化開(kāi)采的單體液壓支柱和礦用支架主要部件(缸體或柱塞)所用的重要材料。液壓支柱管的使用，要求具有良好的安全性及可靠性、焊接性、機(jī)加工性等。①安全性及可靠性液壓支柱的工作壓力高，當(dāng)缸體或柱塞一旦受壓而遭到破壞時(shí)不得裂成碎塊，以防傷人。為了保證使用的安全和可靠，液壓支柱管必須具有高強(qiáng)度和韌性良好。②良好的焊接性液壓支柱、液壓支架支柱缸體、柱塞和其他部件均用焊接法連接，因此要求使用的鋼管必須具有良好的焊接性。③良好的機(jī)加工性制作液壓支柱時(shí)，鋼管內(nèi)、外表面均需要精加工，因此要求鋼管必須具有良好的切削和研磨性。液壓支柱管用鋼除少數(shù)為碳素鋼外，大多數(shù)為高強(qiáng)度合金鋼。國(guó)外同類產(chǎn)品多用CrMo系鋼制造，如德國(guó)(DIN1629/DIN17200中25CrMo4鋼)、日本(JISG3441中的STKSI鋼，相當(dāng)于我國(guó)30CrMo鋼)、美國(guó)等國(guó)家采用CrMo鋼，俄羅斯、波蘭等國(guó)家采用Cr鋼(40Cr)、CrMnSi鋼(30CrMnSi)等。如日本住友金屬工業(yè)株式會(huì)社發(fā)明一種采用UOE制管法，保持軋制狀態(tài)不進(jìn)行熱處理來(lái)制造低屈服比的圓型支柱用鋼管的方(%)C:01——0.18,Si:0.05——0.55，P:<0.030，S:<0.015，Mn:1.00—1.60(CN1924060);日本SUMITOMOMETALIND發(fā)明了一種高抗拉強(qiáng)度、焊接性優(yōu)良且抗應(yīng)力消除裂紋的鋼種用于制造壓力容器和液壓鋼管，成分(％)C:0,03—0.20，Si:Sl.O，Mn:0.3—2.0，P:^0.02，S:$0.001，Cr:0.3—3.0，Mo:0.2—2.0，V:$0.5，Al:0.003—0.10，B:0.0003—0.006及余量Fe，除此之外，還有Cu:^2.0或Ni:蘭5.0，抗拉強(qiáng)度為270kg/mm2(JP5051696);日本SUMITOMOMETALIND發(fā)明了一種機(jī)加工性能優(yōu)良的電焊鋼管可用于液壓缸，成分。/。)C:$0.25，Mn:$1.60，Nb:0.010—0.050，余量為Fe(JP3028322);意大利AGAZZIGIANMARIO等發(fā)明了一種精密鋼管用于低溫使用的液壓缸，成分(％)C:0.06—0.15，Mn:0.30—2.5，Si:0.10_0.60(WO2008000300);Manton.RB發(fā)明了一種含鈮的高強(qiáng)度低合金可焊無(wú)縫鋼管，成分(％)C:0.24—0.28，Mn:1.30—1.50，Si:0.15—0.35，S:才O.Ol，P:>0.03，Cu>0.20，Cr:0.13—0.20，Mo:0.15—0.60，Al:0.007—0.005，N>0.02，Ti:0.02—0.04，B:0.0007—0.0025;Nb:0.02—0.10，余量為Fe(US4784704)。國(guó)內(nèi)液壓支柱用管的主要鋼種是27SiMn鋼，煤炭科學(xué)研究總院研制了一種用于單體液壓支柱新管材一準(zhǔn)貝氏體鋼管，其BZ—11G型準(zhǔn)貝氏體鋼，主加元素為極普通的合金元素，屬低合金鋼，抗拉強(qiáng)度〉1090MPa，屈服限大于850MPa;首鋼發(fā)明了一種強(qiáng)韌性低合金結(jié)構(gòu)鋼及其生產(chǎn)方法，其可用于煤礦液壓支架等領(lǐng)域，成分(％)C:0.05—0.60，Si:0.05—0.70，Mn:0.5—2.5，P:$0.04，S:$0.04，Cr:0—0.70，Ni:0—0.70，Mo:0—0.60，Cm0—0.20，V:0.01—0.30，Al:0—0.1，Nb:0.001—0.10，N:0.004_0.02，鐵余量。綜上所述，目前液壓支柱無(wú)縫鋼管鋼為SiMn鋼和CrMo鋼，SiMn雖生產(chǎn)成本低，但不具有高強(qiáng)度和高韌性，難以滿足煤炭、機(jī)械等綜合機(jī)械化領(lǐng)域生產(chǎn)安全性的更高要求；CrMo雖具有高強(qiáng)度和高韌性，但生產(chǎn)成本高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)濟(jì)的(和CrMo相比較)、高強(qiáng)度(屈服強(qiáng)度750-800N/mm2)、高韌性(夏比沖擊功一2(TC5060J)和具有優(yōu)良焊接性能的液壓支柱無(wú)縫鋼管鋼?？蓮V泛地應(yīng)用于煤炭、機(jī)械等綜合機(jī)械化生產(chǎn)安全性要求高的領(lǐng)域。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種高強(qiáng)韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管，按重量％，含有C:0.15%—0.35%、Si:0.10%—0.60%、Mn:1.0096—2.00%、Nb:0.02%—0.07%、Al:0.01%—0.06%、Ti:0.02%—0.12%、P:0.025%以下、S:0.025%以下、0:0.0035%以下。按重量％由下列成分組成C:0.20%—0.28%、Si:0.25%0.45%、Mn:1.55%—丄.70%、Nb:0.03%—0.05%、Al:0.01—0.05%、Ti:G.02%一0.06%、P:0.02%以下、S:0.02%以下、0:0.0035%以下，余量由Fe及雜質(zhì)構(gòu)成。將部分Fe按重量％置換成B:0.0005%—0.002%。將部分Fe按重量％置換成N:0.0050%—0.01%。將Fe的一部分按重量。/。用從B:0.0008%—0.0015%、N:0.0060%—0.0080%中選擇的.1種或2種取代。該鋼的碳當(dāng)量Ceq.(%)為0.32%0.68%，Ceq.=C+Mn/6。碳量Ceg:(%)為0.44%—0.56%、Ceq二C+Mn/6。制管工序中精軋溫度為122(TC—126(TC，無(wú)縫鋼管經(jīng)過(guò)熱處理，其熱處理工藝為920。C保溫90min，水淬，530。C保溫120min，水冷。本發(fā)明為了獲得一種高強(qiáng)韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管，以下措施是有效的。①C和Mn是鋼成分設(shè)計(jì)中最基本的元素。C是傳統(tǒng)的最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素，鋼的強(qiáng)度幾乎是隨CM的增加呈直線增加，但它對(duì)鋼的塑性、韌性十分有害，因此，對(duì)鋼中的C含量要加以適量控制，既滿足屈服強(qiáng)度的要求，又滿足沖擊韌性的要求。減少鋼中C導(dǎo)致的屈服強(qiáng)度降低可以采用增加Mn予以補(bǔ)償。Mn是弱碳化物形成元素，室溫下固溶于鐵素體之中，Mn起固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)還能擴(kuò)大鐵的Y區(qū)域的合金元素；增加鋼中Mn的含量，使其珠光體團(tuán)變得細(xì)小，可有效改善鋼的韌性。從確保最佳強(qiáng)度和韌性匹配角度考慮，優(yōu)選c含量控制在0.20%0.28%的范圍；優(yōu)選Mn含量控制在1.45%~1.70%的范圍。②Si具有熔煉時(shí)脫氧同時(shí)提高強(qiáng)度的作用。從確保最佳強(qiáng)度和韌性匹配角度考慮，優(yōu)選Si含量控制在0.25%0.45%的范圍。③Nb、Ti是目前應(yīng)用最廣泛的微合金化元素，它們?cè)阡撝心軌蛴绊懙娘@微組織參數(shù)是晶粒尺寸和形狀；各種尺寸的析出物；位錯(cuò)密度；非金屬夾雜物的尺寸和形狀等。在鋼中的作用阻止晶粒長(zhǎng)大；阻止奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶；沉淀強(qiáng)化；改變鋼的顯微組織。從確保最佳強(qiáng)度和韌性匹配角度考慮，優(yōu)選Nb含量控制在0.03%0.05%的范圍；優(yōu)選11含量控制在0.02%0.06%的范圍。N是很強(qiáng)的形成和穩(wěn)定奧氏體的元素。N與Ti、Nb有很強(qiáng)的親合力，可形成極穩(wěn)定的間隙相。氮化物之間也可以互相溶解，形成復(fù)合氮化物，并以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)存在，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化效果，提高鋼的強(qiáng)度。N和鋼中的Al化合物形成A1N。A1N以及TiN、NbN等都可有效地阻止奧氏體晶粒粗化，得到細(xì)小的鐵素體晶粒，有利于提高鋼的韌性。從確保最佳強(qiáng)度和韌性匹配角度考慮，優(yōu)選N含量控制在O.0060%0.0080%的范圍。⑤B是確保淬火性的有效元素，但添加過(guò)多時(shí)會(huì)使韌性下降。從確保最佳淬火性和韌性匹配角度考慮，優(yōu)選B含量控制在0.0008%0.0015%的范圍。⑥P、S幾乎一致被認(rèn)為是有害元素，它們具有很強(qiáng)的偏析傾向，易在晶界上聚集。因此，優(yōu)選盡可能地降低其含量。優(yōu)選在0.02%以下。由于采用以上措施，本發(fā)明具有經(jīng)濟(jì)性和安全性高的綜合性能，可廣泛用于煤礦液壓支架等生產(chǎn)安全性要求高的機(jī)械領(lǐng)域。本發(fā)明液壓支柱無(wú)縫鋼管鋼與現(xiàn)有的27SiMn液壓支柱無(wú)縫鋼管鋼相比具有下述優(yōu)點(diǎn)'①本發(fā)明液壓支柱無(wú)縫鋼管鋼具有高強(qiáng)度和高的沖擊韌性，同時(shí)還具有良好的淬火性。②本發(fā)明液壓支柱無(wú)縫鋼管鋼的綜合性能屈服強(qiáng)度Os:750800N/mm2，抗拉強(qiáng)度Ob:8701000N/mm2，延伸率S:1520%，斷面收縮率V:5065%，夏比沖擊功A,:—20°C5060J本發(fā)明與已有的含Cr、Mo非調(diào)質(zhì)無(wú)縫鋼管相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)①無(wú)需價(jià)格昂貴的Mo、V、Cr合金生產(chǎn)，降低成本，而保持高強(qiáng)度和高韌性。②將N、Ti、Nb控制在更小的范圍內(nèi)，卻達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)和安全綜合性能。具體實(shí)施例方式熔煉表l所示的化學(xué)成分的鋼，澆鑄成鋼錠后，將上述鋼錠加熱到122(TC126(TC，軋制成無(wú)縫鋼管。具體工藝路線為優(yōu)質(zhì)廢鋼+生鐵一電爐冶煉一LF爐精煉(VD真空精煉)，精煉時(shí)調(diào)整Nb、B、Ti、C、Si、Mn成份一模鑄一508軋管。該無(wú)縫鋼管經(jīng)過(guò)熱處理，其熱處理工藝為92(TC保溫90miri，水淬，53(TC保溫120min，水冷。獲得表2的綜合機(jī)械性能。.表1中，試樣序號(hào)15是本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)成分，試樣序號(hào)68是比較例化學(xué)成分。該無(wú)縫鋼管經(jīng)過(guò)熱處理，其熱處理工藝為92(TC保溫90min，水淬，530'C保溫120min，水冷。獲得表2的綜合機(jī)械性能。表l實(shí)施例和比較例化學(xué)成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>農(nóng)3實(shí)施例和比較例焊接性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1中，試樣序號(hào)17是本發(fā)明實(shí)施例的化學(xué)成分。試樣序號(hào)8IO是比較例化學(xué)成分。表2中。試樣序號(hào)17是本發(fā)明例綜合機(jī)械性能，屈服強(qiáng)度最低也超過(guò)750N/mm2，最高達(dá)到825N/mm2，抗拉強(qiáng)度最低也超過(guò)870N/mm2，最高達(dá)到1025N/mm2,如此，即使是高強(qiáng)度，以沖擊值評(píng)價(jià)的韌性也能確保在55J以上。試樣序號(hào)810是比較例綜合機(jī)械性能，最高屈服強(qiáng)度590N/mm2，最高抗拉強(qiáng)度790N/mm2，以沖擊值評(píng)價(jià)的韌性最高33J,不能滿足高強(qiáng)度和高韌性的要求。表3中。試樣序號(hào)17是本發(fā)明例的焊接性能表面裂紋率、根部裂紋率均為0%、斷面裂紋率均值為9.04%。試樣序號(hào)810是比較例的焊接性能表面裂紋率均值為0.87%、根部裂紋率均值為1.23%,斷面裂紋率均值為22.48%。發(fā)明例的焊接性能明顯優(yōu)于比較例的焊接性能。如上所述，采用本發(fā)明，可經(jīng)濟(jì)的獲得高強(qiáng)度和高的沖擊韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管，同時(shí)還具有良好的淬火性。權(quán)利要求1.一種高強(qiáng)韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管，其特征在于按重量％，含有C0.15％-0.35％、Si0.10％-0.60％、Mn1.00％-2.00％、Nb0.02％-0.07％、Al0.01％-0.06％、Ti0.02％-0.12％、P0.025％以下、S0.025％以下、00.0035％以下。2、如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管，其特征在于按重量％由下列成分組成C:0.20%—0.28%、Si:0.25%0.45%、Mn:1.55%—1.70%、Nb:0.03%—0.05%、Al:0.01—0,05%、Ti:0.02%—0.06%、P:0.02%以下、S:0.02%以下、0:0.0035%以下，余量由Fe及雜質(zhì)構(gòu)成。3、如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管，其特征在于將部分Fe按重量％置換成B:0.0005%—0.0020/0。4、如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管，其特征在于將部分Fe按重量％置換成N:0.0050%--0.0100%。5、如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管，其特征在于將Fe的一部分按重量％用從B:0.0008%—0.0015%、N:0.0060%—0.0080%中選擇的l種或2種取代。6、如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管，其特征在于該鋼的碳當(dāng)量Ceq.(%)為0.32%0.68%，Ceq.=C+Mn/6。7、如權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管，其特征在于碳當(dāng)量Ceg:(%)為0.44%—0.56%、Ceq=C+Mn/6。8、如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管的制造方法，其特征在于制管工序中精軋溫度為122(TC—126(TC，無(wú)縫鋼管經(jīng)過(guò)熱處理，其熱處理工藝為92(TC保溫90min，水淬，530。C保溫120min，水冷。全文摘要本發(fā)明為一種高強(qiáng)韌性液壓支柱無(wú)縫鋼管，解決已有的液壓支柱無(wú)縫鋼管不是成本高，就是強(qiáng)度和韌性低，不具備經(jīng)濟(jì)和安全綜合性能的問(wèn)題。按重量％，含有C0.15％-0.35％、Si0.10％-0.60％、Mn1.00％-2.00％、Nb0.02％-0.07％、Al0.01％-0.06％、Ti0.02％-0.12％、P0.025％以下、S0.025％以下、O0.0035％以下。文檔編號(hào)C21D9/08GK101280391SQ20081004438公開(kāi)日2008年10月8日申請(qǐng)日期2008年5月8日優(yōu)先權(quán)日2008年5月8日發(fā)明者尹人潔,徐宗林,易良剛,滕建明,胡晶平,邊華川,坤陳申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)成都鋼鐵有限責(zé)任公司;鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司