一種連軋管機限動芯棒的製造方法
2023-06-08 03:52:36 2
專利名稱：一種連軋管機限動芯棒的製造方法
技術領域：
本發明屬於鐵基合金鋼產品的製造方法，涉及一種連軋管機限動芯棒的製造方 法，特別涉及4Cr5MoSiVl連軋管機限動芯棒的製造方法。生產的產品適用作無縫鋼管連軋 機組用限動芯棒。
背景技術：
限動芯棒是無縫鋼管連軋機組的重要熱變形工具。當連軋管機組軋制鋼管時，實 心管坯經過穿孔機加工成空心管坯後，進入連軋管機組軋制鋼管。在連軋機組軋制過程中， 軋輥擠壓管坯的外壁，限動芯棒擠壓管坯的內壁，使管坯金屬產生擠壓變形。限動芯棒常用鋼種為X35CrMoV05KU (意)，相當於國家標準GB1299中的 4Cr5MoSiVl，或美國ASTM A681標準中的H13。芯棒的製造、檢測、驗收通常執行義大利的 INNSE標準，化學成份、機械性能要求和非金屬夾雜物規定值如下 表1、化學成份(％)
元素CMnSiS+PSCrMoV
0. 30-0.70-4. 50-1. 30-0. 70-規格0. 380. 601. 200.0200. 0085. 501. 701.20表2、室溫機械性能
σb (MPa)σ 0.2 (MPa)δ 5 (%)Ψ (%)Akr (J)硬度(HB)1127-1274彡931彡8彡25^lO350-390芯棒淬火和回火後的奧氏體晶粒度應不低於8級。芯棒淬火和回火後的整體硬 度為350-390HB，並且同一支芯棒上的最大硬度值與最小硬度值的硬度值之差最大不超過 30HB。表3、非金屬夾雜物(按ASTM E45標準)
項目ABCD細系粗系細系粗系細系粗系細系粗系規定值彡2.0彡2.0彡2.0彡2.0彡2.0彡2. 0彡1.0彡1. 0 4Cr5MoSiVl (H13)鋼是一種通用熱作模具鋼，該鋼含有Cr、Si、Mn、Mo、V等合金元 素，具有很高的淬透性；並且，由於Mo、V等合金元素阻礙晶粒長大，經過1050°C以下高溫加
3熱淬火仍能保持較細的晶粒尺寸；高溫回火後析出Mo2C和V4C3型碳化物，具有二次硬化特 性。經過適當的淬火、回火熱處理後，該鋼可獲得較高的硬度、強度、韌性和耐熱疲勞性，並 具有良好的高溫強度和較好的抗回火軟化性能。同時，由於該鋼含有較高的Cr和Si，熱處 理後具有較好的抗氧化性和抗蝕性。由於4Cr5MoSiVl(H13)鋼具有上述優良的綜合性能， 所以被廣泛應用於限動芯棒材料。但是，由於該鋼含有較大量的Cr、Mo、V等強碳化物形成元素，在凝固中因為選分 結晶的作用，高熔點的碳化物首先形核結晶，形成碳與合金元素富集區域。鑄錠中的粗大枝 晶經過鍛造、軋制等熱加工後沿變形方向被拉長，形成碳與合金元素富集區與貧化區交替 分布的帶狀組織，從而造成力學性能的各向異性。帶狀組織中碳與合金元素富集區與貧化 區經過退火及最終淬回火熱處理後顯微組織不同，並且由於存在與基體組織性質相差懸殊 的一次碳化物，導致基體連續性被破壞，容易造成局部應力集中，在外來應力作用下成為裂 紋源，明顯降低鋼的韌性。尤其是大截面的鋼材，其心部的橫向衝擊韌性往往只有表面縱向 韌性的30% 40%。現有技術中，限動芯棒的生產工藝採用爐外精煉常規鑄造鋼錠，縮孔、疏鬆、粗大 的中心等軸晶區、A型和V型偏析以及尾部沉積錐等組織結構缺陷在大鋼錠中仍然存在，並 且，由於常規鑄造鋼錠冷卻速度緩慢，二次枝晶間距大，宏觀偏析和微觀偏析嚴重。尤其H13 鋼屬於含CO. 4%的5% Cr型合金工具鋼，液固相線溫差大，鋼錠中柱狀晶發達，枝晶間的內 縮孔造成緻密性降低，中心等軸晶區碳與合金元素偏析嚴重。
發明內容
本發明的目的旨在克服上述現有技術中的不足，提供一種能夠全面滿足限動芯棒 性能要求、特別是橫向衝擊韌性的連軋管機限動芯棒的製造方法。本發明採用偏心爐底出鋼電爐、鋼包精煉和真空去氣(EBT+LF+VD)冶煉，初軋機 軋制電極，雙極串聯電渣重熔，鍛造開坯後軋制芯棒毛坯，經過退火、粗車以及預備熱處理 後，進行淬火+高溫回火成品調質熱處理，最後精車、鍍鉻，製得4Cr5MoSiVl限動芯棒，具體 內容如下。本發明的內容是一種連軋管機限動芯棒的製造方法，其特徵是包括下列步驟a、冶煉採用偏心爐底出鋼電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣 工藝冶煉，獲得的鋼的組成和質量百分比例為C 0. 30 0. 38%、Mn≤0. 60%, Si 0. 70 1. 20%, S+P ≤ 0. 020%, S ≤0. 008%, Cr 4. 50 5. 50%, Mo 1. 30 1. 70%, V 0. 70 1. 20%、餘量為鐵；出鋼後澆注成2. 8 3. 5t方錠；b、軋制電渣重熔電極將2. 8 3. 5t方錠在彡500°C溫度下紅送至軋機初軋開坯 成規格為厚250X寬470 500mm，經退火、研磨、切除頭尾後即製得電渣重熔用電極；C、電渣重熔採用雙極串聯電渣爐重熔，爐口工作電壓為50 55V，工作電流為 11500士500A ；電渣渣系採用質量比例為CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 電渣重熔後的鋼錠退火；d、鍛造坯料將電渣重熔並退火後的鋼錠經過均質化處理，處理的工藝參數為溫 度1150 1290°C、時間5 25h ；然後採用1180 1250°C加熱溫度進行鍛造加工，採用快 鍛壓機把電渣重熔後的鋼錠鍛造成規格為邊長400 450mm的方坯料；
e、軋制芯棒毛坯採用軋機將鍛造後的方坯料軋製成規格為直徑Φ 180 250Χ 長11000 14500mm的芯棒毛坯，然後退火；f、組織預處理軋制芯棒毛坯經過980 IlOiTC加熱保溫5 25h後油冷淬火、 以及850 890°C退火的組織預處理，然後進行粗車；g、成品熱處理將粗車後芯棒毛坯採用1000 1050°C保溫1 6h的油冷淬火， 然後在550 650°C保溫5 IOh油冷回火2 3次。本發明的內容中步驟a所述冶煉中，出鋼溫度較好的是控制在1550 1560°C。本發明的內容中步驟b所述軋機可以是Φ825mm軋機。本發明的內容中步驟c所述電渣重熔後鋼錠錠重較好的是3500 5000Kg。本發明的內容中步驟d所述快鍛壓機可以是2000t快鍛壓機。本發明的內容中步驟e所述軋機可以是Φ825mm軋機。本發明的內容中步驟c所述電渣重熔中，重熔時可以採用不交換電極的方式，並 採用遞減功率重熔工藝，以避免交換電極引起的一系列問題。本發明所述連軋管機限動芯棒的製造方法中，加工過程總的熱加工變形量較好的 是彡15。與現有技術相比，本發明具有下列特點和有益效果(1)本發明採用mT+LF+VD爐外精煉工藝，以保證S彡0. 008%, S+P彡0. 020%的 殘餘元素控制，並通過真空處理和Al、Ca脫氧使鋼中氧含量降到儘可能低的水平，同時經 過VD真空處理使鋼中H含量儘可能降低；LF+VD爐外精煉後軋制電極並去除頭尾後進一步 採用電渣重熔，去除鋼中夾雜物，利用電渣重熔有利的凝固條件、並且選用雙極串聯電渣重 熔的方式儘可能減輕偏析；電渣重熔後採用鍛造開坯、軋製成材的熱加工工藝生產限動芯 棒毛坯，避免由於壓機、汽錘鍛造成材時動作頻率不足導致超細長件停鍛溫度過低產生熱 加工裂紋缺陷，並防止鍛造成材時表面局部變形不均勻的特點導致冷卻應力裂紋；對退火 後的芯棒毛坯經過(980 1100) °C X (5 25)h油冷淬火、以及850 890°C退火的組織 預處理(例如可以是採用1080°C 乂101!淬火+8701退火的組織預處理)，消除了沿晶分 布的大塊碳化物，以提高橫向衝擊韌性；然後採用(1000 1050) °C保溫(1 6)h的油冷 淬火、然後在550 650°C保溫(5 10)h油冷回火(例如可以是採用1030°C X3h油冷 淬火+580°C X8h+620°C X8h+620°C X8h油冷回火)的芯棒成品熱處理工藝；通過採用上 述合理的工藝方法，製得的4Cr5MoSiVl限動芯棒滿足了限動芯棒的技術要求；(2)採用本發明，電渣重熔工藝由於冷卻速度快，可以獲得組織緻密、成分均勻、顯 微純淨度非常高的高質量鋼錠，鋼錠中的疏鬆、縮孔、夾渣、偏析、發紋等低倍缺陷都得到消 除，冶金質量改善非常顯著；(3)本發明通過偏心爐底出鋼電爐、鋼包精煉和真空去氣冶煉並軋制電極，然後電 渣重熔，鍛造開坯後軋制芯棒毛坯，可保證材料具有滿足限動芯棒材料所要求橫向衝擊韌 性等性能的能力；(4)本發明採用軋制電極，然後雙極串聯電渣重熔滿足非金屬夾雜物要求；採用 鍛造開坯後軋制芯棒材料的熱變形方式，保證芯棒材料得到充分變形，和全長度的變形均 勻性；(5)本發明產品製備工藝簡單，實用性強。
具體實施例方式下面給出的實施例擬以對本發明作進一步說明，但不能理解為是對本發明保護範 圍的限制，該領域的技術人員根據上述本發明的內容對本發明作出的一些非本質的改進和 調整，仍屬於本發明的保護範圍。實施例1 一種連軋管機限動芯棒的製造方法，包括下列步驟a、冶煉採用偏心爐底出鋼電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去 氣工藝冶煉，獲得的鋼的組成和質量百分比例為C 0. 30%, Mn ^ 0. 60%, Si 0. 70%, S+P ^ 0. 020%, S ^ 0. 008%, Cr 4. 50%, Mo 1. 30%, V 0. 70%、餘量為鐵；出鋼後澆注成
2.8t (噸)方錠；b、軋制電渣重熔電極將2. 8t方錠在> 500°C溫度下紅送至軋機初軋開坯成規格 為厚250X寬470 500mm，經退火、研磨、切除頭尾後即製得電渣重熔用電極；C、電渣重熔採用雙極串聯電渣爐重熔，爐口工作電壓為50 55V，工作電流為 11500士500A ；電渣渣系採用質量比例為CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 電渣重熔後的鋼錠退火；d、鍛造坯料將電渣重熔並退火後的鋼錠經過均質化處理，處理的工藝參數為溫 度1150 1290°C、時間5h ；然後採用1180 1250°C加熱溫度進行鍛造加工，採用快鍛壓 機把電渣重熔後的鋼錠鍛造成規格為邊長400 450mm的方坯料；e、軋制芯棒毛坯採用軋機將鍛造後的方坯料軋製成規格為直徑Φ 180 250Χ 長11000 14500mm的芯棒毛坯，然後退火；f、組織預處理軋制芯棒毛坯經過980 1100°C加熱保溫5h後油冷淬火、以及 850 890°C退火的組織預處理，然後進行粗車；g、成品熱處理將粗車後芯棒毛坯採用1000 1050°C保溫Ih的油冷淬火，然後 在550 650°C保溫5h油冷回火3次，即製得連軋管機限動芯棒產品。實施例2 一種連軋管機限動芯棒的製造方法，包括下列步驟a、冶煉採用偏心爐底出鋼電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去 氣工藝冶煉，獲得的鋼的組成和質量百分比例為C 0. 34%, Mn ^ 0. 60%, Si 0. 90%, S+P ^ 0. 020%, S ^ 0. 008%, Cr 5. 00%, Mo 1. 50%, V 0. 90%、餘量為鐵；出鋼後澆注成
3.2t方錠；b、軋制電渣重熔電極將3. 2t方錠在> 500°C溫度下紅送至軋機初軋開坯成規格 為厚250X寬470 500mm，經退火、研磨、切除頭尾後即製得電渣重熔用電極；C、電渣重熔採用雙極串聯電渣爐重熔，爐口工作電壓為50 55V，工作電流為 11500士500A ；電渣渣系採用質量比例為CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 電渣重熔後的鋼錠退火；d、鍛造坯料將電渣重熔並退火後的鋼錠經過均質化處理，處理的工藝參數為溫 度1150 1290°C、時間15h ；然後採用1180 1250°C加熱溫度進行鍛造加工，採用快鍛壓 機把電渣重熔後的鋼錠鍛造成規格為邊長400 450mm的方坯料；
e、軋制芯棒毛坯採用軋機將鍛造後的方坯料軋製成規格為直徑Φ 180 250Χ 長11000 14500mm的芯棒毛坯，然後退火；f、組織預處理軋制芯棒毛坯經過980 1100°C加熱保溫15h後油冷淬火、以及 850 890°C退火的組織預處理，然後進行粗車；g、成品熱處理將粗車後芯棒毛坯採用1000 1050°C保溫3h的油冷淬火，然後 在550 650°C保溫5 IOh油冷回火3次，即製得連軋管機限動芯棒產品。實施例3 一種連軋管機限動芯棒的製造方法，包括下列步驟a、冶煉採用偏心爐底出鋼電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去 氣工藝冶煉，獲得的鋼的組成和質量百分比例為C 0. 38%, Mn ^ 0. 60%, Si 1.20%, S+P ^ 0. 020%, S ^ 0. 008%, Cr 5. 50%, Mo 1. 70%, V 1. 20%、餘量為鐵；出鋼後澆注成 3. 5t方錠；b、軋制電渣重熔電極將3. 5t方錠在> 500°C溫度下紅送至軋機初軋開坯成規格 為厚250X寬470 500mm，經退火、研磨、切除頭尾後即製得電渣重熔用電極；C、電渣重熔採用雙極串聯電渣爐重熔，爐口工作電壓為50 55V，工作電流為 11500士500A ；電渣渣系採用質量比例為CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 電渣重熔後的鋼錠退火；d、鍛造坯料將電渣重熔並退火後的鋼錠經過均質化處理，處理的工藝參數為溫 度1150 1290°C、時間25h ；然後採用1180 1250°C加熱溫度進行鍛造加工，採用快鍛壓 機把電渣重熔後的鋼錠鍛造成規格為邊長400 450mm的方坯料；e、軋制芯棒毛坯採用軋機將鍛造後的方坯料軋製成規格為直徑Φ 180 250Χ 長11000 14500mm的芯棒毛坯，然後退火；f、組織預處理軋制芯棒毛坯經過980 1100°C加熱保溫25h後油冷淬火、以及 850 890°C退火的組織預處理，然後進行粗車；g、成品熱處理將粗車後芯棒毛坯採用1000 1050°C保溫6h的油冷淬火，然後 在550 650°C保溫5 IOh油冷回火2次，即製得連軋管機限動芯棒產品。實施例4 一種連軋管機限動芯棒的製造方法，包括下列步驟a、冶煉採用偏心爐底出鋼電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去 氣工藝冶煉，獲得的鋼的組成和質量百分比例為C 0. 30%, Mn ^ 0. 60%, Si 0. 70%, S+P 彡 0. 020%, S 彡 0. 008%, Cr5. 50%, Mol. 70%, V 0. 70 %、餘量為鐵；出鋼後澆注成 2. 8 3. 5t方錠；b、軋制電渣重熔電極將2. 8 3. 5t方錠在彡500°C溫度下紅送至軋機初軋開坯 成規格為厚250X寬470 500mm，經退火、研磨、切除頭尾後即製得電渣重熔用電極；C、電渣重熔採用雙極串聯電渣爐重熔，爐口工作電壓為50 55V，工作電流為 11500士500A ；電渣渣系採用質量比例為CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 電渣重熔後的鋼錠退火；d、鍛造坯料將電渣重熔並退火後的鋼錠經過均質化處理，處理的工藝參數為溫 度1150 1290°C、時間8h ；然後採用1180 1250°C加熱溫度進行鍛造加工，採用快鍛壓
7機把電渣重熔後的鋼錠鍛造成規格為邊長400 450mm的方坯料；e、軋制芯棒毛坯採用軋機將鍛造後的方坯料軋製成規格為直徑Φ 180 250Χ 長11000 14500mm的芯棒毛坯，然後退火；f、組織預處理軋制芯棒毛坯經過980 1100°C加熱保溫8h後油冷淬火、以及 850 890°C退火的組織預處理，然後進行粗車；g、成品熱處理將粗車後芯棒毛坯採用1000 1050°C保溫4h的油冷淬火，然後 在550 650°C保溫5 IOh油冷回火2次，即製得連軋管機限動芯棒產品。實施例5-11:一種連軋管機限動芯棒的製造方法，包括下列步驟a、冶煉採用偏心爐底出鋼電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工 藝冶煉，獲得的鋼的組成和質量百分比例見表1，出鋼後澆注成2. 8 3. 5t方錠；b、軋制電渣重熔電極將2. 8 3. 5t方錠在彡500°C溫度下紅送至軋機初軋開坯 成規格為厚250X寬470 500mm，經退火、研磨、切除頭尾後即製得電渣重熔用電極；C、電渣重熔採用雙極串聯電渣爐重熔，爐口工作電壓為50 55V，工作電流為 11500士500A ；電渣渣系採用質量比例為CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 電渣重熔後的鋼錠退火；d、鍛造坯料將電渣重熔並退火後的鋼錠經過均質化處理，處理的工藝參數為溫 度1150 1290°C、時間5 25h ；然後採用1180 1250°C加熱溫度進行鍛造加工，採用快 鍛壓機把電渣重熔後的鋼錠鍛造成規格為邊長400 450mm的方坯料；e、軋制芯棒毛坯採用軋機將鍛造後的方坯料軋製成規格為直徑Φ 180 250Χ 長11000 14500mm的芯棒毛坯，然後退火；f、組織預處理軋制芯棒毛坯經過980 IlOiTC加熱保溫5 25h後油冷淬火、 以及850 890°C退火的組織預處理，然後進行粗車；g、成品熱處理將粗車後芯棒毛坯採用1000 1050°C保溫1 6h的油冷淬火， 然後在550 650°C保溫5 IOh油冷回火2 3次。表1 鋼的組成和質量百分比例
權利要求
1.一種連軋管機限動芯棒的製造方法，其特徵是包括下列步驟a、冶煉採用偏心爐底出鋼電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶 煉，獲得的鋼的組成和質量百分比例為C 0. 30 0. 38%,Mn^O. 60%,Si 0. 70 1. 20%、 S+P ≤0. 020%, S ≤ 0. 008%, Cr 4. 50 5. 50%, Mo 1. 30 1. 70%, V 0. 70 1. 20%, 餘量為鐵；出鋼後澆注成2. 8 3. 5t方錠；b、軋制電渣重熔電極將2.8 3. 5t方錠在> 500°C溫度下紅送至軋機初軋開坯成規 格為厚250X寬470 500mm，經退火、研磨、切除頭尾後即製得電渣重熔用電極；c、電渣重熔採用雙極串聯電渣爐重熔，爐口工作電壓為50 55V，工作電流為 11500士500A ；電渣渣系採用質量比例為CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 電渣重熔後的鋼錠退火；d、鍛造坯料將電渣重熔並退火後的鋼錠經過均質化處理，處理的工藝參數為溫度 1150 1290°C、時間5 25h ；然後採用1180 1250°C加熱溫度進行鍛造加工，採用快鍛 壓機把電渣重熔後的鋼錠鍛造成規格為邊長400 450mm的方坯料；e、軋制芯棒毛坯採用軋機將鍛造後的方坯料軋製成規格為直徑Φ180 250Χ長 11000 14500mm的芯棒毛坯，然後退火；f、組織預處理軋制芯棒毛坯經過980 1100°C加熱保溫5 25h後油冷淬火、以及 850 890°C退火的組織預處理，然後進行粗車；g、成品熱處理將粗車後芯棒毛坯採用1000 1050°C保溫1 6h的油冷淬火，然後 在550 650°C保溫5 IOh油冷回火2 3次。
2.按權利要求1所述的連軋管機限動芯棒的製造方法，其特徵是步驟a所述冶煉中， 出鋼溫度控制在1550 1560 0C ο
3.按權利要求1或2所述的連軋管機限動芯棒的製造方法，其特徵是步驟b所述軋 機是Φ 825mm軋機。
4.按權利要求1或2所述的連軋管機限動芯棒的製造方法，其特徵是步驟c所述電 渣重熔後鋼錠錠重3500 5000Kg。
5.按權利要求1或2所述的連軋管機限動芯棒的製造方法，其特徵是步驟d所述快 鍛壓機是2000t快鍛壓機。
6.按權利要求1或2所述的連軋管機限動芯棒的製造方法，其特徵是步驟e所述軋 機是Φ 825mm軋機。
7.按權利要求1或2所述的連軋管機限動芯棒的製造方法，其特徵是步驟c所述電 渣重熔中，重熔時採用不交換電極的方式，並採用遞減功率重熔工藝。
全文摘要
一種連軋管機限動芯棒的製造方法，其特徵是包括採用偏心爐底出鋼電爐初次冶煉、LF加熱爐鋼包精煉和VD爐真空去氣工藝冶煉，獲得4Cr5MoSiV1鋼；出鋼後澆注成方錠；將方錠紅送至軋機初軋開坯成電渣重熔電極；採用雙極串聯電渣爐重熔，電渣渣系採用質量比例為CaF2∶Al2O3∶MgO＝60∶35∶5的三元渣系；鍛造坯料，軋制芯棒毛坯，組織預處理；再經成品熱處理，即將粗車後芯棒毛坯採用1000～1050℃保溫1～6h的油冷淬火、然後在550～650℃保溫5～10h油冷回火2～3次，製得連軋管機限動芯棒產品。採用本發明，製得的限動芯棒能夠全面滿足限動芯棒性能要求、特別是橫向衝擊韌性等性能的要求。
文檔編號B23P15/00GK102000954SQ20101055694
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月23日 優先權日2010年11月23日
發明者餘志川, 屈小科, 歐陽明, 羅通偉, 胡峰榮, 謝珍勇, 黎強 申請人:攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司, 攀鋼集團鋼鐵釩鈦股份有限公司