CN104726781A

CN104726781A - 一种输送用耐磨无缝钢管及其生产方法

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Publication number: CN104726781A
Application number: CN201510163300.6A
Authority: CN
Inventors: 陈雨; 黄英; 吴红; 曾礼; 李荣芳
Original assignee: Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2035-04-08
Also published as: CN104726781B

Abstract

本发明提供了一种输送用耐磨无缝钢管及其生产方法，所述生产方法包括以下步骤：冶炼得到管坯的化学成分为：C：0.28～0.36％，Si：0.70～1.30％，Mn：2.80～3.20％，V：0.05～0.15％，Nb：0.02～0.04％,Cr：0.40～0.80％，Mo：0.14～0.26％，B：0.0005～0.0035％，As：0～0.015％，Sn：0～0.010％，P：0～0.015％，S：0～0.010％，以及余量的Fe等；轧制管坯，轧制前管坯的加热温度为1220～1260℃，终轧温度为860～900℃；无缝钢管的热处理，包括淬火和回火，淬火加热温度为890～950℃，淬火方式为外喷淋加内轴流，回火加热温度为380～460℃。采用本发明所生产的无缝钢管经过大变形量的压力加工及热处理后，获得了回火屈氏体及弥散析出的微细碳化物的复合组织，同时具有较好的耐磨性能与低温冲击性能。

Description

一种输送用耐磨无缝钢管及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金工业生产无缝钢管技术领域，具体来讲，涉及一种输送用耐磨无缝钢管及其生产方法，

背景技术

在冶金、矿山、建材、电力行业中，每年用于输送铁合金、煤碳、矿石、岩石、排浆等的耐磨管道的消耗是非常巨大的。

上述耐磨管道常应用于低温作业环境，输送过程受到的冲击力较大，易发生早期失效。因此，其工作环境要求耐磨管道应同时具有较好的耐磨性能与低温韧性。

目前应用最多、消耗最大的耐磨管道仍是以耐磨铸铁、耐磨铸钢管道和复合管道为主，但其制造工艺复杂，成本较高，强韧性配合不理想。回火屈氏体钢具有较高的强韧性配合，可应用于耐磨钢管领域，解决目前耐磨管道存在的低温韧性偏低的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种输送用耐磨无缝钢管及其生产方法，该无缝钢管同时具有较好的耐磨性能与低温冲击韧性。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种输送用耐磨无缝钢管的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：

a、冶炼管坯，所述管坯的化学成分按重量百分比计包括C 0.28～0.36％，Si 0.70～1.30％，Mn 2.80～3.20％，V 0.05～0.15％，Nb 0.02～0.04％,Cr 0.40～0.80％，Mo 0.14～0.26％，B 0.0005～0.0035％，As 0～0.015％，Sn 0～0.010％，P 0～0.015％，S 0～0.010％以及余量的Fe。

b、将管坯轧制成无缝钢管，轧制前管坯的加热温度为1220～1260℃，控制终轧温度为860～900℃。

c、将制成的无缝钢管进行热处理，包括淬火和回火，淬火加热温度为890～～950℃，淬火方式为外喷淋加内轴流，回火加热温度为380～460℃。

优选地，所述管坯的化学成分按重量百分比计为：C 0.32％，Si 1.00％，Mn 3.0％，V 0.08％，Nb 0.03％,Cr 0.60％，Mo 0.20％，B 0.0025，As 0.012％，Sn 0.008％，P 0.01％，S 0.008％以及余量的Fe和不可避免的杂质。

优选地，所述轧制前管坯的加热温度为1240℃。

优选地，所述无缝钢管热处理的淬火温度为920℃，回火温度为420℃。

根据本发明另一方面，提供了一种输送用耐磨无缝钢管，所述输送用耐磨无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C 0.28～0.36％，Si 0.70～1.30％，Mn 2.80～3.20％，V 0.05～0.15％，Nb 0.02～0.04％,Cr 0.40～0.80％，Mo 0.14～0.26％，B 0.0005～0.0035％，As 0～0.015％，Sn 0～0.010％，P 0～0.015％，S 0～0.010％以及余量的Fe。

优选地，所述输送用耐磨无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C 0.32％，Si 1.00％，Mn 3.0％，V 0.08％，Nb 0.03％,Cr 0.60％，Mo 0.20％，B 0.0025，As 0.012％，Sn 0.008％，P 0.01％，S 0.008％以及余量的Fe和不可避免的杂质。

其中，所述输送用耐磨无缝钢管的～30度冲击(AKV)不小于21J，硬度不小于42HRC。

与未经过压力加工的耐磨铸铁、耐磨铸钢管道相比，采用本发明技术生产的输送用耐磨无缝钢管经过大变形量的压力加工后，其晶粒细化，组织致密，可同时具有较好的耐磨性能与低温冲击韧性。

采用本发明技术生产的输送用耐磨无缝钢管的金相组织为回火屈氏体及弥散析出的微细碳化物的复合组织，其低温冲击韧性明显优于现有的下贝氏体耐磨无缝钢管，而耐磨性能则与下贝氏体耐磨无缝钢管相当。

本发明解决了国内、国际复合管道两层结构的难题，生产的输送用耐磨无缝钢管可同时具有较好的耐磨性能和低温冲击韧性，解决了下贝氏体耐磨无缝钢管低温冲击韧性偏低的问题。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细描述本发明的一种输送用耐磨无缝钢管及其生产方法。

根据本发明一方面的输送用耐磨无缝钢管的生产方法包括步骤：

a、冶炼管坯，所述管坯的化学成分按重量百分比计为C 0.28～0.36％，Si0.70～1.30％，Mn 2.80～3.20％，V 0.05～0.15％，Nb 0.02～0.04％,Cr 0.40～0.80％，Mo 0.14～0.26％，B 0.0005～0.0035％，As 0～0.015％，Sn 0～0.010％，P 0～0.015％，S 0～0.010％以及余量的Fe；

c、将制成的无缝钢管进行热处理，包括淬火和回火，淬火加热温度为890～950℃，淬火方式为外喷淋加内轴流，回火加热温度为380～460℃。

进一步的，所述管坯的化学成分按重量百分比计为：C 0.32％，Si 1.00％，Mn 3.0％，V 0.08％，Nb 0.03％,Cr 0.60％，Mo 0.20％，B：0.0025，As 0.012％，Sn 0.008％，P 0.01％，S 0.008％以及余量的Fe和不可避免的杂质。

进一步的，所述轧制前管坯的加热温度为1240℃。

进一步的，所述无缝钢管热处理的淬火温度为920℃，回火温度为420℃。

根据本发明另一方面的输送用耐磨无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C 0.28～0.36％，Si 0.70～1.30％，Mn 2.80～3.20％，V 0.05～0.15％，Nb 0.02～0.04％,Cr 0.40～0.80％，Mo 0.14～0.26％，B 0.0005～0.0035％，As 0～0.015％，Sn 0～0.010％，P 0～0.015％，S 0～0.010％以及余量的Fe。

进一步的，所述输送用耐磨无缝钢管的化学成分按重量百分比计为：C0.32％，Si 1.00％，Mn 3.0％，V 0.08％，Nb 0.03％,Cr 0.60％，Mo 0.20％，B：0.0025，As 0.012％，Sn 0.008％，P 0.01％，S 0.008％以及余量的Fe和不可避免的杂质。

生产上述钢管的其余步骤与常规无缝钢管的生产方法相同。

本发明设计的输送用耐磨无缝钢管属于中碳低合金钢，其合金成分以锰、硅为主，又加入了对材料基体组织及淬透性有强烈影响的鉻、钼、钒、铌、硼等合金元素。

其中，锰的含量为2.80～3.20％，明显高于一般中低碳耐磨钢中的锰含量，其主要作用是提高钢管的淬透性与耐磨性能；

硅能提高钢的强度与硬度，增加钢的回火稳定性，综合硅对钢的性能和组织的各种影响，将硅的含量范围定在0.70～1.30％；

碳是影响钢管强度、硬度、韧性及淬透性、耐磨性的至关重要的元素。碳量过高，热处理后钢管硬度高，韧性低，热处理时易形成裂纹；碳量过低，淬透性差，硬度低，耐磨性不佳。综合考虑耐磨性与韧性的配合，将碳的含量范围定在0.28～O.36％；

铬的主要作用是提高钢的淬透性，同时固溶强化基体，增加其抗腐蚀的能力，铬和与碳形成的多种化合物对于提高耐磨性有重要作用。但铬亦有增加钢的回火脆性的倾向。综合铬对钢的组织和性能的各种影响，将铬的含量范围定在0.40～0.80％；

钼在钢中的作用为提高淬透性、防止回火脆性，提高在某些介质中的抗蚀性与防止点蚀倾向等。钼作为单一的合金元素存在于钢中时，增加钢的回火脆性，但和其他导致回火脆性的元素，如铬、锰等并存时，钼又降低或抑制因其他元素所导致的回火脆性。由于不同的钼的含量可能对钢的性能产生不同的影响，综合以上因素，把钼的含量定在0.14～0.26％。

钒属于强碳化物形成元素。由于钒在钢中是以非常弥散的碳化物形式存在，要使这些碳化物溶解到奥氏体中需要加热到很高的温度。因此，钒的碳化物在钢中起到细化晶粒与增加耐磨性的作用。综合以上因素，将钒的含量范围定在0.05～0.15％。

铌在钢中的作用体现以下两个方面：一细化晶粒；二是发挥沉淀强化作用提高强度；三是该钢中同时加入铌和钒后，可充分利用铌和钒之间的交互作用，起到铌钒复合强化的作用。综合以上因素，把铌的含量定在0.02～0.04％。

硼在钢中突出的作用是微量的硼就可以成倍地增加钢的淬透性。微量硼有使奥氏体晶粒长大的倾向，当硼的含量大于O.007％时，将会导致钢的热脆现象。因此把硼的含量确定在0.0005～0.0035％。

由于硫、磷与砷、硒元素易沿晶界析出，弱化晶界，导致晶间脆性，因此，为提高钢管的冲击韧性，本发明对材质中的硫、磷与砷、硒的含量进行了严格限制。

为获得优异的耐磨性，本发明设计的输送用耐磨无缝钢管的材质中加入了2.80～3.20％的锰，其含量明显高于常见的中低碳耐磨钢。由于高含量的锰会造成钢管晶粒粗大、偏析严重，为此，又在材质中同时加入了对细化晶粒与组织起显著作用的钒、铌元素，以抵消锰对冲击韧性所起的负面作用。

本发明设计的输送用耐磨无缝钢管材质中的碳与各种合金元素的含量配比得当，具有优异的淬透性，可使钢管表面与心部易于淬透，从而降低了淬火热处理的工艺技术难度，使钢管整个截面获得均匀一致的力学性能。

在进行钢管轧制时，要严格控制管坯的加热温度与终轧温度，如果管坯的加热温度大于1260℃，虽然有利于提高轧管的生产效率，但是终轧温度高，晶粒粗大，产品性能难于保证；如果管坯的加热温度低于1220℃，则轧管工具消耗大，轧管的生产效率低，终轧温度低，产品性能也难于保证。

本发明设计的输送用耐磨无缝钢管的热处理制度为淬火+中温回火，其淬火加热温度为890～950℃。如果淬火温度过高，晶粒将趋于粗大，钢管的低温冲击韧性下降；如果淬火温度过低，溶入奥氏体的合金元素数量减少，钢管的强度与硬度下降。

目前，很多耐磨钢轧制成型后均采取“淬火+低温回火”的热处理制度，得到了回火马氏体组织，该组织保持了马氏体高硬度与高耐磨性的特点，但冲击韧性极低。下贝氏体耐磨无缝钢管轧制成型后一般采取“空冷+低温回火”或直接空冷的热处理制度，其硬度与耐磨性低于回火马氏体耐磨钢，常温冲击韧性虽明显高于回火马氏体耐磨钢，但其低温冲击韧性仍处于一个较低的水平。而本发明采用的淬火+中温回火的热处理制度，使钢管获得了回火屈氏体及弥散析出的微细碳化物的复合组织，其低温冲击韧性显著优于下贝氏体耐磨无缝钢管，而耐磨性能则与下贝氏体耐磨无缝钢管相当。

下面将结合具体示例来对本发明进行示例性说明。

1、冶炼管坯

通过冶炼和连铸，得到示例1至3的管坯。示例1至3的管坯的化学成分如表1所示，管坯中除下述之外的余量均为Fe，且还可能包含不可避免的杂质。

表1、示例1至3的管坯的化学成分(wt％)

示例	C	Si	Mn	V	Nb	P	S	Cr	B	Mo	As	Sn
													1	0.325	0.95	2.95	0.07	0.030	0.01	0.007	0.65	0.0028	0.20	0.01	0.006
2	0.315	1.10	2.88	0.08	0.029	0.012	0.009	0.58	0.003	0.25	0.01	0.006
													3	0.330	1.05	2.98	0.08	0.030	0.008	0.008	0.72	0.0029	0.19	0.01	0.006

在冶炼、炉外精炼、浇铸过程中，严格按照规范进行操作，使钢的化学成分均匀，钢质纯净，以确保钢管的性能。

2、轧制钢管

轧制过程中控制管坯的加热温度、终轧温度等各种工艺参数，以满足钢管性能指标。主要工艺参数为：环形炉加热温度为：1220～1260℃，终轧温度为880℃±20℃。

3、钢管热处理

将制成的无缝钢管进行热处理，包括淬火和回火，控制淬火加热温度为890～950℃，采用的淬火方式为外喷淋加内轴流，控制回火加热温度为380～460℃。

4、钢管性能检测

示例1～3的输送用耐磨无缝钢管的性能检测结果见表2～表3。

表2、示例1～3的无缝钢管的非金属夹杂物与晶粒度情况

表3、示例1～3的无缝钢管的力学性能

从表2和表3的检测结果可以看出，本发明设计的输送用耐磨无缝钢管的钢质纯净，晶粒度细小，～30℃冲击(AKV)不小于21J，硬度不小于42HRC。具有良好的冲击性能和耐磨性能。

本发明设计的输送用耐磨无缝钢管同时具有较好的耐磨性能及低温冲击韧性，这对于提高耐磨管道的使用寿命，减少设备维修工作量，提高设备运行效率，防止输送用耐磨无缝钢管早期失效，提高经济效益，具有非常重要的意义。

尽管以上结合实施例对本发明进行了详细的描述，但是作为本领域的普通技术人员应该明白，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种修改，也处于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种输送用耐磨无缝钢管的生产方法，其特征在于所述生产方法包括以下步骤：

a、冶炼管坯，所述管坯的化学成分按重量百分比计包括C：0.28～0.36％，Si：0.70～1.30％，Mn：2.80～3.20％，V：0.05～0.15％，Nb：0.02～0.04％,Cr：0.40～0.80％，Mo：0.14～0.26％，B：0.0005～0.0035％，As：0～0.015％，Sn：0～0.010％，P：0～0.015％，S：0～0.010％以及余量的Fe；

b、将管坯轧制成无缝钢管，轧制前管坯的加热温度为1220～1260℃，控制终轧温度为860～900℃；

2.根据权利要求1所述的输送用耐磨无缝钢管的生产方法，其特征在于所述管坯的化学成分按重量百分比计包括C：0.32％，Si：1.00％，Mn：3.0％，V：0.08％，Nb：0.03％,Cr：0.60％，Mo：0.20％，B：0.0025，As：0.012％，Sn：0.008％，P：0.01％，S：0.008％以及余量的Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的输送用耐磨无缝钢管的生产方法，其特征在于：所述管坯轧制前的加热温度为1240℃。

4.根据权利要求1所述的输送用耐磨无缝钢管的生产方法，其特征在于：步骤c所述无缝钢管的淬火温度为920℃，回火温度为420℃。

5.一种输送用耐磨无缝钢管，其特征在于所述输送用耐磨无缝钢管的化学成分按重量百分比计包括C：0.28～0.36％，Si：0.70～1.30％，Mn：2.80～3.20％，V：0.05～0.15％，Nb：0.02～0.04％,Cr：0.40～0.80％，Mo：0.14～0.26％，B：0.0005～0.0035％，As：0～0.015％，Sn：0～0.010％，P：0～0.015％，S：0～0.010％以及余量的Fe。

6.根据权利要求5所述的输送用耐磨无缝钢管，其特征在于所述输送用耐磨无缝钢管的化学成分按重量百分比计包括C：0.32％，Si：1.00％，Mn：3.0％，V：0.08％，Nb：0.03％,Cr：0.60％，Mo：0.20％，B：0.0025，As：0.012％，Sn：0.008％，P：0.01％，S：0.008％以及余量的Fe和不可避免的杂质。

7.根据权利要求5所述的输送用耐磨无缝钢管，其特征在于：所述输送用耐磨无缝钢管的～30℃冲击(AKV)不小于21J，硬度不小于42HRC。