CN101787492B - 一种高品质大规格芯棒坯制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高品质大规格芯棒的制造技术，属钢铁棒材制品制造工艺技术领域。本发明涉及一种大直径芯棒(300mm以上)的制造技术。本发明的要点是：采用大吨位快锻及实现大钢锭的多项锻造，实现芯棒坯的成型；本发明采用合理的工艺制度实现了芯棒偏析和疏松缺陷的有效改善，并且达到了显微组织的有效控制。本发明方法的制造过程中，在锻前强化钢锭合金组织的均匀性，在锻后强化芯棒坯锻后冷却程度以及组织细化热处理，因而提高了制品芯棒的包括硬度等各项性能。

Description

一种高品质大规格芯棒坯制造方法
技术领域
本发明涉及一种高品质大规格芯棒的制造方法，属于钢铁棒材制品制造工艺技术领域。
技术背景
芯棒是与轧辊共同作用，将穿孔后的管坯轧制成各种尺寸的无缝钢管。按钢管轧制方式不同，可分为浮动芯棒、半限动芯棒和限动芯棒，其中，限动芯棒所占比例最大。
限动芯棒连轧管生产工艺是在浮动芯棒连轧管生产工艺难于解决生产外径177.8mm以上钢管的情况下发展起来的。限动芯棒连轧管机于20世纪60年代中期进行了工艺试验并获得了可喜的成果，1978年由意大利因西公司设计制造的世界上第一套限动芯棒连轧管机组(MPM)在意大利达尔明钢管厂建成投产，标志着连轧管工艺实现了突破性的进展；20世纪90年代中期又推出了三辊限动芯棒连轧管机(PQF)技术，使连轧管工艺装备跃上了一个新的高峰。限动芯棒连轧管技术成为当今热轧无缝钢管生产技术发展的主流。
连轧管机轧制钢管过程中，芯棒直接挤压着高温管坯内壁，这时芯棒承受着巨大的挤压力和强烈的热冲击，芯棒表面瞬时温度可达700℃，轧制后立即喷水冷却，温度又急剧下降。整个工作过程中，芯棒表面承受着非常复杂的周期性的挤压应力、摩擦力、以及高强度的冷热冲击。在周期性的热载荷和机械载荷作用下，同其它热作模具一样，热疲劳龟裂是其最典型的失效方式。芯棒表面镀铬层的剥落、管坯组织中硬质点、以及外来的硬质杂质进入工作界面将造成芯棒表面的机械划伤、沟槽等缺陷的出现。此外，芯棒表面的局部塑性变形、热龟裂等因素引起的剥落掉块也是典型的芯棒失效行为。
国内外芯棒一般采用H13钢或其改良型钢种制造，钢的组织性能是决定芯棒寿命的本质因素。钢的内部缺陷破坏基体的连续性，从而降低芯棒的寿命和使用性能；这些缺陷主要包括各种夹杂物、共晶碳化物、偏析等。当钢锭大型化后，上述问题将更加突出。而且，当今高纯净度的H13钢，硫化物较少，这时共晶碳化物成为主要断裂源。所以，优质H13钢中碳化物的控制也是相当重要的一项技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种高品质大规格芯棒的制造方法。
本发明一种高品质大规格芯棒的制造方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.设计和选择钢种的化学成份：该钢种的化学成分及重量百分比如下：C0.30～0.38％，Si 0.70～1.00％，Mn 0.20～0.60％，Cr 4.50～5.50％，Mo 1.00～1.50％，V 0.80～1.10％，P＜0.015％，S＜0.005％，Fe余量，控制杂质元素含量。配料后放入熔炼炉中，进行熔炼。使出钢的合金成分接近目标值下限。
b.电炉熔炼：按传统常规方法进行熔炼。将按上述配方配制的配合料注入电弧炉中进行熔炼，熔炼温度为1500～1550℃；
c.真空精炼和电渣重熔：升温脱硫真空脱气，改善纯净度，调整合金成分达到目标值；将熔炼浇注出的电极棒放到电渣重熔装置中，进行电渣重熔；电渣采用三元渣系：
CaF2∶Al2O3∶CaO＝60∶20∶20；重熔速度控制在10-20kg/min。
d.高温均质化处理；将电渣重熔后的钢锭加热至1200～1280℃进行高温均质化处理，保温15-20小时，均匀组织，消除成分偏析，然后埋砂冷却。
e.锻造；将上述钢锭加热至1100～1200℃温度范围内进行锻造加工；锻造分3-6火次完成，墩粗变形量为30-60％，中间拔长量300％-600％，最后一道火次拔至目标尺寸，锻造比保持在4-8。终锻温度在1050℃-900℃之间。锻后快冷至200-400℃。
f.高温固溶：锻后试样在950～1150℃保温，保温时间2-4小时后空冷。
g.球化退火：钢材锻造后进行二段式等温球化退火。在830～880℃保温10小时，炉冷；
接着在700～740℃保温3小时，炉冷；冷却速度为20～40℃/h，在≤400℃时出炉空冷，退火时间为15-18小时，最终制得高品质芯棒。
本发明制造方法特点在于：通过合理的冶金质量控制技术和热处理技术，精确控制成份和锻造比，同时热处理过程精确控温，有效地实现了对成份、组织的均匀控制。最终本发明芯棒的成份均匀性超过进口芯棒的实物水平，组织均匀性达到进口芯棒水平。
附图说明
图1为本发明电渣工艺芯棒电渣锭的显微组织图。
图2为本发明经高温均匀化后的显微组织图。
图3为本发明高温固溶及球化退火后的显微组织。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于下。
实施例：本实例中，采用钢种的组成成分及其重量百分比如下：
Figure GSA00000053956200021
本实例中大规格芯棒的制造工艺过程和步骤如下：
a.按上述配方配制的合金元素配比在电弧炉中进行熔炼，熔炼温度大于1500℃，而后浇铸成Φ900mm钢锭并空冷；
b.升温脱硫真空脱气，调整合金成分达到目标值；将熔炼浇涛出的电渣锭放到电渣重熔装置中，进行电渣重熔，液体金属经过渣池的渣层下落至下面的水冷结晶器中，再重新凝固成钢锭；。重熔速度控制在10-20kg/min。
c.将电渣重熔后的钢锭加热至1250℃进行高温均质化处理，保温18小时，均匀组织，消除成分偏析，然后埋砂冷却。
d.将上述钢锭加热至1200℃，然后出炉进行锻造加工；锻造分3-6火次完成，墩粗变形量为30-60％，中间拔长量300％-600％，最后一道火次拔至Φ358.1×13200mm。终锻温度在1000℃左右。锻后快冷至200-400℃。
e.高温固溶：锻后试样在950～1150℃保温，保温时间2-4小时后空冷。
f.材料固溶后进行球化退火。在880℃×10h/炉冷+710℃×3h/炉冷≤40℃/h，≤500℃出炉空冷.退火时间为15-18小时，最终制得高品质芯棒。
本发明的芯棒经过上述热处理后，进行性能测试及显微镜检测，结果如下所述：
(1)淬火硬度：53HRC；回火硬度：47.5HRC
(2)退火态硬度：HB 200-260
(3)高温均匀化后的显微组织(如附图2)，经本工艺高温均匀化处理后，大颗粒碳化物已完全消除，而未经均质化处理的芯棒中存在大颗粒伪共晶碳化物。
(4)高温固溶及球化退火后的显微组织，如附图3所示，碳化物细小均匀分布在铁素体基体上。本发明中，电渣工艺芯棒电渣锭的显微组织，示于图1中

Claims (1)

1.一种大规格芯棒的制造方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.设计和选择钢种的化学成份：该钢种的化学成分及重量百分比如下：C0.30～0.38％，Si 0.70～1.00％，Mn 0.20～0.60％，Cr 4.50～5.50％，Mo 1.00～1.50％，V 0.80～1.10％，P＜0.015％，S＜0.005％，Fe余量，控制杂质元素含量；配料后放入熔炼炉中，进行熔炼；使出钢的合金成分接近目标值下限；
b.电炉熔炼：按传统常规方法进行熔炼；将按上述配方配制的配合料注入电弧炉中进行熔炼，熔炼温度为1500～1550℃；
c.真空精炼和电渣重熔：升温脱硫真空脱气，改善纯净度，调整合金成分达到目标值；将熔炼浇注出的电极棒放到电渣重熔装置中，进行电渣重熔；电渣采用三元渣系：
CaF2∶Al2O3∶CaO＝60∶20∶20；重熔速度控制在10-20kg/min；
d.高温均质化处理；将电渣重熔后的钢锭加热至1200～1280℃进行高温均质化处理，保温15-20小时，均匀组织，消除成分偏析，然后埋砂冷却；
e.锻造；将上述钢锭加热至1100～1200℃温度范围内进行锻造加工；锻造分3-6火次完成，墩粗变形量为30-60％，中间拔长量300％-600％，最后一道火次拔至目标尺寸，锻造比保持在4-8；终锻温度在1050℃-900℃之间；锻后快冷至200-400℃；
f.高温固溶：锻后试样在950～1150℃保温，保温时间2-4小时后空冷；
g.材料固溶后进行球化退火：钢材锻造后进行二段式等温球化退火；在830～880℃保温10小时，炉冷；接着在700～740℃保温3小时，炉冷；冷却速度为20～40℃/h，在≤400℃时出炉空冷，退火时间为15-18小时，最终制得芯棒。 
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