CN103343296A

CN103343296A - 一种含稀土的液压支架用无缝钢管及其生产方法

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Publication number: CN103343296A
Application number: CN2013101679246A
Authority: CN
Inventors: 丰小冬; 贺景春; 石晓霞; 乔爱云; 金文俊; 张行刚; 马爱清
Original assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Baotou Iron and Steel Group Co Ltd; Inner Mongolia Baotou Steel Union Co Ltd
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2013-10-09

Abstract

一种含稀土的液压支架用无缝钢管及其生产方法，属于冶金及成型技术领域，原料为(Wt％)高炉铁水90％、优质废钢10％，管坏化学成分及含量(Wt％)为：C0.15-0.20；Si0.20-0.50；Mn1.40-1.70；P≤0.020；S≤0.010；Cr0.40-0.70；Ni0.20-0.50；V0.06-0.20；B0.0005-0.0020；Ti0.01-0.03；Al0.01-0.04；稀土元素RE0.0005-0.0100；余为Fe和无法检测的微量元素；其工艺流程为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坏连铸→切割→管坏加热→穿孔→轧管→定径→冷却→锯切→热处理→矫直→探伤；其力学性能为：屈服强度为1000～1100MPa、抗拉强度为1150～1250MPa、屈强比≤0.90、延伸率≥17％、横向冲击值a_kV≥100J/cm²(0℃)、残余应力≤50MPa。本发明的产品具有残余应力低、强度高、韧性好、焊接性能优良的特点。

Description

一种含稀土的液压支架用无缝钢管及其生产方法

一、所属技术领域：

本发明属于黑色金属冶炼及金属压力加工领域，涉及一种含稀土的高强高韧液压支架用无缝钢管及其生产方法。

二、背景技术：

液压支架无缝钢管是机械化开采煤炭的单体液压支柱和矿用支架主要部件所用的重要材料，要求无缝钢管具有强度高、韧性好、焊接性能优良等特点，以保证使用的安全性及可靠性。液压支柱的工作压力大，且工作面开采高度在逐步加高，这就对支架的强度提出更高的要求，而传统的27SiMn无论从强度、韧性，还是焊接性能均已不能满足用户的使用要求，国内外相继开发了高强高韧的液压支架用无缝钢管。

经检索，中国发明专利“壁厚为60-70mm的高强度液压支架管”(专利申请号：200910068674.4)，其存在以下问题和缺点：

化学成分含量范围太宽，采用的热处理工艺不明确，且各项性能指标也不明确，可操作性不强。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种残余应力低、强度高、韧性好、焊接性能优良的含稀土的液压支架用无缝钢管及其生产方法。

本发明的目的是这样实现的：

将重量百分比90％的高炉铁水与10％的优质废钢作为原料。

以下述工艺流程进行生产：首先对上述高炉铁水进行预处理，然后与上述优质废钢一同加入顶底复吹转炉进行冶炼，再将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼，精炼完成后进入VD工位进行真空脱气处理，再进行圆坏连铸，并将连铸坏切割成管坏，然后对连铸管坏进行加热，对加热好的管坏进行穿孔和连轧使其成为连轧管，对轧管进行定径后送入冷床冷却，然后实施锯切，对切好的钢管进行热处理，然后进行矫直，最后经探伤检测，合格者即为液压支架管成品。

其工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坏连铸→切割→管坯加热→穿孔→轧管→定径→冷却→锯切→热处理→矫直→探伤。

连铸圆管坏的生产过程如下所述：

1、将高炉铁水经预处理，使得铁水中的含S量(重量百分比)降低到0.010％以下。

2、将预处理后的铁水兑入顶底复吹转炉，加入(重量百分比)10％优质废钢，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标，出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块。

3、在LF炉进行精练：精炼全过程按要求正常吹Ar，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温；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；采用造白渣操作。

4、LF炉精炼结束后保持底部软吹Ar，按预定加入量喂入稀土丝。

5、进行VD真空处理：真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟。

6、喂入定长硅钙丝，喂丝后进行8-10分钟吹Ar；将经过VD真空处理后的钢水进行圆坏连铸，采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺；控制钢水过热度；铸坯经过矫直后，火焰切割为圆管坏。

对管坏进行化学成分化验，管坏的化学成分应符合下述要求(重量百分比％)：C0.15-0.20；Si0.20-0.50；Mn1.40-1.70；P≤0.020；S≤0.010；Cr0.40-0.70；Ni0.20-0.50；V0.06-0.20；B0.0005-0.0020；Ti0.01-0.03；A10.01-0.04；稀土元素RE0.0005-0.0100；余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素。

所述稀土元素RE为Ce、La的混合稀土金属，它们的重量百分比分别为：Ce67％、La33％。

加入稀土元素能够起到改善非金属夹杂物形态、强化晶界和细化晶粒等作用，从而取得细晶强化和提高冲击韧性的效果。

将成分化验合格及硫印不大于2.0级的连铸圆管坏进行制管，制管过程如下：

将管坏放入加热炉进行加热，连续检查并控制好加热炉预热段、加热段、均热段等各段的温度，各段温度的控制范围见表1；

表1环形加热炉各段温度控制(℃)

用微机对加热炉各段温度进行自动控制并自动记录。

热工具在使用前必须测量，轧前必须检查、处理辊道，避免划伤管壁。

将加热好的管坏穿孔后在相应的连轧管机组轧制成用户所需规格的无缝钢管，轧制时每批至少进行一次热取样，检查几何尺寸；合格钢管进行热处理，严格控制淬火加热炉的炉温、加热稳定性和冷却水流量，保证淬火质量；严格控制回火加热炉的炉温以及回火稳定性。

热处理制度为：860～910℃保温40～60min后进行水淬，460～520℃保温70～90min后进行空冷；回火后执行带温矫直，矫直温度≥430℃。

然后对钢管逐支进行探伤检测。

经过上述制管工艺过程，可以生产出本发明所述的“含稀土的液压支架用无缝钢管”。

发明的有益效果：

①由于以高炉铁水为原料，杂质元素含量相对较低；

②由于在430℃以上进行带温矫直，钢管的残余应力较低，残余应力：≤50MPa(采用环切法)；

③由于“含稀土元素的独特成分设计”结合成熟生产工艺，使得钢管的各项性能优异，具体性能指标如下：

屈服强度：1000～1100MPa；抗拉强度：1150～1250MPa；屈强比：≤0.90；延伸率：≥17％；横向冲击值：a_KV≥100J/cm²(0℃)。

本发明针对背景技术中存在的问题，通过“独特的化学成分设计和以高炉铁水为原料的独特生产工艺”等技术措施，很好地解决了上述问题，取得了显著的进步。

四、具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

按重量百分比原料为：高炉铁水90％，优质废钢10％。

生产工艺流程顺序为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坏连铸→切割→管坯加热→穿孔→轧管→定径→冷却→锯切→热处理→矫直→探伤。

具体生产工艺流程简述如下：

将90吨高炉铁水用“金属镁粉”作脱硫脱氧预处理，使铁水中的含S量降低到(重量百分比)0.010％以下。

将所述的90吨预处理铁水兑入100吨级的顶底复吹转炉中，再加入10吨优质废钢，然后采用单渣工艺进行冶炼，终渣碱度按3.0控制，出钢时采用硅锰、锰铁和铬铁进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣，挡渣失败必须扒渣，出钢过程中合金加完以后加入200kg白灰块。

将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼：精炼时按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热升温；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；采用造白渣操作，硼铁、镍板、钒铁和钛铁合金在中后期加入。

当LF炉精炼结束后要保持底部软吹Ar，按预定的加入量喂入一定长度的稀土丝。

然后对精炼好的钢水再进行VD真空处理：深真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟；再喂入一定长度的硅钙线，喂丝后保持8～10分钟软吹Ar。

将经过VD真空处理后的钢水大包吊上钢包回转台进行5机5流圆坏连铸，连铸时采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺；钢水过热度ΔT≤30℃；铸坏出二次冷却区域后进行矫直，然后用火焰切割为圆管坏。

对管坏取样进行化、检验，其化学成分化验结果(重量百分比含量)如下：

C0.17；Si0.33；Mn1.52；P0.017；S0.005；Cr0.51；Ni0.32；V0.12；B0.0013；Ti0.017；Al0.022；RE0.0010；余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素；所述稀土元素RE为：67％的Ce+33％的La构成的混合稀土金属，其化学成分及其含量合格。

硫印：均不超过1.0级，低倍检验合格。

将化、检验合格的管坏进行制管，制管过程如下：

为了使管坏具有良好的轧制性能，要连续检测并控制加热炉的预热段、加热段、均热段温度，保证加热透彻均匀而不过热。

用微机对加热炉各段温度进行自动控制并自动记录。

将加热好的管坏穿孔后在Φ460mmPQF轧管机组上轧制成规格为Φ299.00mm×40.00mm的无缝钢管，每批进行一次热取样，检查几何尺寸；之后进行热处理：严格控制淬火加热炉的炉温、加热稳定性和冷却水流量，保证淬火质量；严格控制回火加热炉的炉温以及回火稳定性。

热处理制度为：890±10℃保温50min后出炉进行水淬，490±20℃保温80min后出炉进行空冷。

钢管的矫直温度为451℃，环切法测量钢管的残余应力为39MPa。

经过上述工艺生产及无损探伤检验过程，合格者即成为本发明所述的“含稀土的液压支架用无缝钢管”的成品。用其制取试样进行力学性能、金相组织检验。

经过检验，实施例1所产液压支架用无缝钢管的力学性能、金相组织检测值见表2。

表2钢管的力学性能、金相组织检测结果

实施例2：

实施例2的原料配比、生产工艺流程等及其它工艺指标与实施例1均相同，所不同的是其管坏的化学成分含量(重量％)，具体见表3，无缝钢管的力学性能、金相组织检测结果见表4。

表3管坏的化学成分检测结果(重量％)

钢管的矫直温度为446℃，环切法测量钢管的残余应力为41MPa。

表4钢管的力学性能、金相组织检测结果

Claims

1.一种含稀土的液压支架用无缝钢管，其特征是原料由重量百分比为90％的高炉铁水和10％的优质废钢组成，其化学成分按重量百分比分别为：C0.15-0.20；Si0.20-0.50；Mn1.40-1.70；P≤0.020；S≤0.010；Cr0.40-0.70；Ni0.20-0.50；V0.06-0.20；B0.0005-0.0020；Ti0.01-0.03；Al0.01-0.04；稀土元素RE0.0005-0.0100；余量为基体Fe和无法检测的微量杂质元素；产品的力学性能：屈服强度1000～1100MPa、残余应力≤50MPa、横向冲击值a_KV≥100J/cm²(0℃)。

2.根据权利要求1所述的一种含稀土的液压支架用无缝钢管，其特征在于RE为Ce与La的混合稀土金属，其重量百分比为：Ce67％、La33％。

3.一种如权利要求1所述特征的含稀土的液压支架用无缝钢管的生产方法，其特征在于生产工艺流程简述为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坏连铸→切割→管坯加热→穿孔→轧管→定径→冷却→锯切→热处理→矫直→探伤。

4.根据权利要求3所述的一种含稀土的液压支架用无缝钢管的生产方法，其特征在于将高炉铁水经预处理，使铁水中S含量降低到重量百分比0.010％以下；将预处理后的铁水和优质废钢分别按设计比例加入顶底复吹转炉，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标；出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块。

5.根据权利要求3所述的一种含稀土的液压支架用无缝钢管的生产方法，其特征在于在LF炉进行精炼；精炼全过程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热升温；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；采用造白渣操作。

6.根据权利要求3或5所述的一种含稀土的液压支架用无缝钢管的生产方法，其特征在于LF炉精炼结束后保持底部软吹Ar，按预定加入量喂入稀土丝。

7.根据权利要求3所述的一种含稀土的液压支架用无缝钢管的生产方法，其特征在于进行VD真空处理的真空度≤0.10KPa，深真空时间≥13分钟。

8.根据权利要求3或7所述的一种含稀土的液压支架用无缝钢管的生产方法，其特征在于VD真空处理时喂入定长硅钙丝，喂丝后进行8～10分钟吹Ar。

9.根据权利要求3所述的一种含稀土的液压支架用无缝钢管的生产方法，其特征在于进行圆坏连铸时，采用低拉速的恒速控制和电磁搅拌工艺并控制钢水过热度≤30℃；铸坏出二次冷却区域后进行矫直，然后切割为圆管坏。

10.根据权利要求3所述的一种含稀土的液压支架用无缝钢管的生产方法，其特征在于采用调质处理工艺：860～910℃保温40～60min后进行水淬，460～520℃保温70～90min后进行空冷；回火后执行带温矫直，矫直温度≥430℃。