專利名稱：一種經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 涉及耐磨鋼，特別是涉及一種經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管及其制造方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，隨著國(guó)內(nèi)工程機(jī)械的快速發(fā)展，對(duì)材料的需求量越來(lái)越大，對(duì)材料品質(zhì)要求也越來(lái)越高?；炷帘密囍械妮斔凸艿烙媚湍ス車?guó)內(nèi)需求量就達(dá)數(shù)十萬(wàn)噸，是高硬度高強(qiáng)度耐磨管的主要應(yīng)用途徑。
我國(guó)臂架式混凝土泵車近年來(lái)有了快速發(fā)展，但產(chǎn)品的精細(xì)化設(shè)計(jì)、制造品質(zhì)的控制能力、產(chǎn)品的穩(wěn)定性和工藝方面與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)還有一定差距，存在著規(guī)格系列不規(guī)范，零部件國(guó)產(chǎn)化不足等問(wèn)題。特別值得關(guān)注的是國(guó)產(chǎn)臂架管的耐磨性問(wèn)題。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的臂架管耐磨度低，更換頻繁，給混凝土現(xiàn)場(chǎng)搗注造成很大麻煩。國(guó)產(chǎn)臂架管無(wú)法超越國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品已經(jīng)成了制約臂架式泵車向高精尖發(fā)展、領(lǐng)跑世界的瓶頸。國(guó)外生產(chǎn)的臂架高耐磨管，德國(guó)走在前列，其使用壽命可達(dá)8萬(wàn)立方以上。Putzmeister公司布料桿上配置了超耐磨損的雙層輸送管，根據(jù)實(shí)踐，其壽命是普通輸送管的10倍以上。材料的耐磨性主要取決于其硬度。通過(guò)調(diào)整成分與熱處理工藝，控制耐磨鋼硬度和韌性的合理匹配，得到優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，進(jìn)而提高沖刷沖擊條件下的耐磨性能，使其滿足不同磨損工況的需要。焊接可以解決各種鋼材的連接，在工程應(yīng)用中具有十分重要的作用。焊接冷裂紋是最常出現(xiàn)的焊接工藝缺陷，尤其是當(dāng)焊接高強(qiáng)耐磨鋼時(shí)，冷裂紋出現(xiàn)的傾向很大。對(duì)于高強(qiáng)度耐磨鋼，焊接問(wèn)題尤為明顯。如中國(guó)專利CN200910012360. 2公布了一種用熱軋卷板制造耐磨鋼管的方法，其專利成分(重量 %)為 0. 10 0. 22%C、0. 15 0. 70%Si、0. 70 1. 70%Mn、0. 05 0. 40%Cr、
0.010 0. 075%A1、0. 01 0.40%Ni、0. 10 0. 40%Mo、(T0. 35%Cu、0 0. 050%Nb、(To. 030%Ti、(T0. 050%V,0. 0005^0. 0040%B、<0. 0080%N、0 0. 0005%Zr, <0. 010%S、〈0. 020%P，其余為Fe，屬于低碳低合金成分體系，鋼的Ceq〈0. 60。該發(fā)明目的是提供一種硬度為HBW360-HBW450(相當(dāng)HRC36 45)、用于石油行業(yè)和煤礦液壓支架缸體上的耐磨鋼管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管及其制造方法，其為一種高碳、高硬度耐磨鋼管，硬度HRC58飛3、鋼的Ceq>0. 65,適用于工程機(jī)械中極易磨損設(shè)備,如混凝土泵
車輸送管等。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明采用高碳低合金成分設(shè)計(jì)、結(jié)合熱軋機(jī)組的控軋控冷工藝，使熱軋卷板坯料表現(xiàn)出較低的屈服強(qiáng)度和較高的延伸率及細(xì)小珠光體+鐵素體組織。確保鋼卷(板)在制管前不進(jìn)行退火軟化熱處理就能制管成型并表現(xiàn)出良好的焊接性能，并可以在現(xiàn)有熱軋產(chǎn)線及ERW制管產(chǎn)線低成本、大批量生產(chǎn)。具體地，本發(fā)明的一種經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管，其化學(xué)成分重量百分比為C :0. 42 0. 60%、Si :0. 10^0. 40%、Mn :0. 60 1. 40%、P ^ 0. 020%、S ^ 0. 010%、Cr 0. 20 0. 80%、Al :0. 010 0. 080%、Ti :0. 005 0. 040%、Ca :0. OOl(H). 0050%、B :彡 0. 0015%、N :0. 0030、. 0100%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，本發(fā)明的耐磨鋼管化學(xué)成分重量百分比為C :0. 42、. 58%、Si 0. 10 0. 35%、Mn :0. 60 1. 30%、P ^ 0. 010%、S ^ 0. 005%、Cr :0. 20 0. 70%、Al 0. 010 0. 080%,Ti 0. 005 0. 040%,Ca :0. 001(T0. 0050%,B S 0. 0015%,N :0. 0030 0. 0080%, 余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。在本發(fā)明成分設(shè)計(jì)中碳含量控制在0. 42、. 60wt. %范圍內(nèi)。碳是耐磨鋼中最基本、最重要的元素，也是最廉價(jià)的合金元素，為了達(dá)到高硬度、高耐磨性能，本發(fā)明鋼中碳含量控制范圍在
0.42 0. 60wt. %，優(yōu)選為 0. 42 0. 58wt. %。硅含量控制在0. 1(T0. 40wt. %范圍內(nèi)。硅固溶在鐵素體和奧氏體中提高它們的硬度和強(qiáng)度，然而硅含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致鋼的韌性急劇下降。同時(shí)考慮到硅與氧的親和力比鐵強(qiáng)，焊接時(shí)容易產(chǎn)生低熔點(diǎn)的硅酸鹽，增加熔渣和熔化金屬的流動(dòng)性，影響焊縫品質(zhì)，因此含量不易過(guò)多，本發(fā)明中控制硅為0. 1(T0. 40wt. %，優(yōu)選地為0. 1(T0. 35wt. %。錳含量控制在0. 6(Tl. 40wt. %范圍內(nèi)。錳強(qiáng)烈增加鋼的淬透性，降低耐磨鋼轉(zhuǎn)變溫度和鋼的臨界冷卻速度。但錳含量較高時(shí)，有使晶粒粗化的傾向，并增加鋼的回火脆敏感性，而且容易導(dǎo)致鑄坯中出現(xiàn)偏析和裂紋，降低鋼板的性能，本發(fā)明中控制錳含量為
0.60 1. 40wt. %，優(yōu)選地 0. 60 1. 30wt. %。鉻含量控制在0. 20、. 80wt. %范圍內(nèi)。鉻可以降低臨界冷卻速度、提高鋼的淬透性。鉻在鋼中可以形成(Fe，Cr)3C、(Fe, Cr)7C3和(Fe，Cr)23C7等多種碳化物，提高強(qiáng)度和硬度。鉻在回火時(shí)能阻止或減緩碳化物的析出與聚集，可以提高鋼的回火穩(wěn)定性，本發(fā)明中控制鉻含量為0. 20 0. 80wt. %，優(yōu)選為0. 20 0. 70wt. %。鋁含量控制在0. 01(T0. 080wt.%范圍內(nèi)。鋁和鋼中氮能形成細(xì)小難溶的AlN顆粒，細(xì)化鋼的晶粒。鋁可細(xì)化鋼的晶粒，固定鋼中的氮和氧，減輕鋼對(duì)缺口的敏感性，減小或消除鋼的時(shí)效現(xiàn)象，并提高鋼的韌性。鈦含量控制在0. 005 0. 040wt. %范圍內(nèi)。鈦是強(qiáng)碳化物形成元素之一，與碳形成細(xì)微的TiC顆粒。TiC顆粒細(xì)小，分布在晶界，達(dá)到細(xì)化晶粒的效果，較硬的TiC顆粒提高鋼的耐磨性。鈦能形成細(xì)小鈦化物顆粒細(xì)化晶粒，而鋁可以保證細(xì)小鈦化物顆粒的形成，充分發(fā)揮鈦的細(xì)化晶粒作用。硼含量小于0. 0015wt. %。硼增加鋼的淬透性但含量過(guò)高將導(dǎo)致熱脆現(xiàn)象，影響鋼的熱加工性能。鈣含量控制在0. 0010、. 0050%。元素對(duì)鑄鋼中夾雜物的變質(zhì)具有顯著作用，鑄鋼中加入適量Ca元素可將鑄鋼中的長(zhǎng)條狀硫化物夾雜轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙畹腃aS或(Ca，Mn) S夾雜，Ca所形成的氧化物及硫化物夾雜密度小，易于上浮排除。此外，Ca元素還顯著降低硫在晶界的偏聚，這些都有益于提聞鑄鋼的品質(zhì)，進(jìn)而提聞鋼的性能。氮含量控制在0. 0030、. 0100%。鋼中過(guò)多的氮對(duì)鋼的性能尤其是焊接性能是十分不利的，但控制過(guò)嚴(yán)會(huì)大幅增加生產(chǎn)成本，因此，含氮量一般控制在0. 0030、. 0100%，優(yōu)選 0.0030^0. 0080%o磷與硫在耐磨鋼中，硫與磷均為有害元素，它們的含量要嚴(yán)格控制，本發(fā)明所涉及鋼種中控制磷含量小于0. 020wt. %，優(yōu)選彡0. OlOwt. % ;硫含量小于0. OlOwt. %，優(yōu)選^ 0. 005wt. %。本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管的制造方法，包括如下步驟；I)冶煉、鑄造按上述成分冶煉并鑄造成板坯；2)軋制 板坯加熱溫度1050 13001，第一階段軋制溫度95(Tl02(TC，壓下率大于80% ;第二階段軋制溫度78(T90(TC，壓下率大于60% ；3)冷卻、卷取冷卻速度4. 0 15°C /s，卷取溫度55(T720°C ；通過(guò)上述控軋控冷工藝，獲得鋼板的顯微組織為細(xì)小鐵素體+珠光體組織；4)焊接采用高頻直縫電阻焊管工藝，焊后去毛刺并矯直；5)淬火淬火溫度為(Ac3 - 50)0C (Ac3+100)°C;保溫時(shí)間為l(T30min，冷卻速度彡7V /
So6)回火回火溫度為10(T300°C，保溫時(shí)間為l(T40min。優(yōu)選地，所述加熱過(guò)程中，加熱溫度為105(Tl20(TC，能夠提高生產(chǎn)效率并防奧氏體晶粒過(guò)分長(zhǎng)大及鋼坯表面嚴(yán)重氧化。優(yōu)選地，淬火溫度為(Ac3 - 20) V (Ac3 + 80) °C，出爐后水冷，有利于細(xì)化組織，提聞力學(xué)性能。優(yōu)選地，回火溫度為10(T25(TC，出爐后空冷，有利于提高鋼板力學(xué)性能。由于本發(fā)明中科學(xué)設(shè)計(jì)了碳及合金元素含量，致使鋼板具有優(yōu)異的力學(xué)性能(延伸性能等)和成形性能。鋼板軋制后不需退火熱處理就可直接制管并進(jìn)行焊接，大幅縮短了工藝流程、提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本。而且，合理的化學(xué)成分和熱處理工藝設(shè)計(jì)能夠保證鋼管熱處理后具有優(yōu)異的耐磨性。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過(guò)合理設(shè)計(jì)化學(xué)成分(C、Si、Mn、Cr等主要元素的含量及配比)，控制了碳和合金含量。本發(fā)明未添加Ni、Mo、Cu等貴重元素，降低了生產(chǎn)成本。這樣的成分設(shè)計(jì)得到的耐磨鋼管不僅硬度高，而且具有可焊接性，適合需要高耐磨的工程機(jī)械使用領(lǐng)域。本發(fā)明鋼卷(板)在制管前不進(jìn)行退火熱處理，可縮短生產(chǎn)工藝流程，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；本發(fā)明通過(guò)將鋼管淬火后低溫回火，消除了淬火后鋼管的內(nèi)應(yīng)力，并使鋼板有極高的硬度。由于成分和工藝設(shè)計(jì)合理，從實(shí)施效果來(lái)看，本發(fā)明耐磨鋼管的工藝制度比較寬松，可以穩(wěn)定地進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明的耐磨鋼管具有高硬度、高耐磨性，具有很強(qiáng)的適用性。本發(fā)明生產(chǎn)的耐磨鋼管典型洛氏硬度為HRC58飛3，增強(qiáng)了耐磨鋼管的適用性。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例8的鋼板熱軋態(tài)組織電鏡照片。圖2為本發(fā)明實(shí)施例8鋼管淬火+回火態(tài)組織電鏡照片。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例8鋼管的實(shí)物形貌照片。
具體實(shí)施例方式下面用一些實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。這些實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。實(shí)施例I本發(fā)明的耐磨鋼管的化學(xué)成分如表I所示。按表I所示的化學(xué)成分冶煉后將連鑄坯或鋼錠加熱至1230°C，第一階段軋制溫度1010°C，壓下率85%，第二階段軋制溫度890°C，壓下率76%，冷卻速度5. 600C /s，卷取溫度720°C，淬火溫度為835°C，保溫時(shí)間為15min，回火溫度為130°C，保溫時(shí)間為15min，回火后空冷。實(shí)施例2實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1210°C，第一階段軋制溫度1015°C，壓下率83%，第二階段軋制溫度840°C，壓下率66%，冷卻速度4. (TC /s,卷取溫度708°C，淬火溫度為820°C，保溫時(shí)間為25min，回火溫度為220°C，保溫時(shí)間為20min，回火后空冷。實(shí)施例3實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1160°C，第一階段軋制溫度1020°C，壓下率85%，第二階段軋制溫度855°C，壓下率75%，冷卻速度9. 5°C /s，卷取溫度6800C，淬火溫度為880°C，保溫時(shí)間為28min，回火溫度為280°C，保溫時(shí)間為46min，回火后空冷。實(shí)施例4實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1050°C，第一階段軋制溫度985°C，壓下率81%，第二階段軋制溫度840°C，壓下率90%，冷卻速度10. 5°C /s,卷取溫度610°C，淬火溫度為835°C，保溫時(shí)間為40min，回火溫度為200°C，保溫時(shí)間為40min，回火后空冷。實(shí)施例5實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1050°C，第一階段軋制溫度980°C，壓下率86%，第二階段軋制溫度800°C，壓下率91%，冷卻速度15°C /s，卷取溫度580°C，淬火溫度為815°C，保溫時(shí)間為40min，回火溫度為160°C，保溫時(shí)間為60min，回火后空冷。實(shí)施例6實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1110°C，第一階段軋制溫度1010°C，壓下率82%，第二階段軋制溫度860°C，壓下率83%，冷卻速度14. 8°C /s，卷取溫度550°C，淬火加熱溫度為805°C，保溫時(shí)間為20min，回火溫度為100°C，保溫時(shí)間為30min，回火后空冷。實(shí)施例7實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1070°C，第一階段軋制溫度9600C，壓下率85%，第二階段軋制溫度894°C，壓下率81%，冷卻速度8. 90°C /s,卷取溫度675°C，淬火加熱溫度為820°C，保溫時(shí)間為45min，回火溫度為190°C，保溫時(shí)間為40min，回火后空冷。實(shí)施例8實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1180°C，第一階段軋制溫度1010°C，壓下率83%，第二階段軋制溫度830°C，壓下率62%，冷卻速度4. 95°C /s，卷取溫度710°C，淬火加熱溫度為860°C，保溫時(shí)間為35min，回火溫度為250°C，保溫時(shí)間為45min，回火后空冷。參見(jiàn)圖廣圖3，圖I為實(shí)施例8鋼鋼板軋態(tài)組織，顯示為鐵素體和珠光體組成，保證鋼板具有較佳的力學(xué)性能和成形性能；圖2為實(shí)施例8鋼管淬火+回火態(tài)組織，顯示其主要為馬氏體組織，這保證了鋼管具有較高的硬度和耐磨性；圖3為實(shí)施例8鋼管實(shí)物形貌，表明鋼板具有較佳的成形性能。實(shí)施例9實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1160°C，第一階段軋制溫度990°C，壓下率86%，第二階段軋制溫度780°C，壓下率73%，冷卻速度8. 2°C /s,卷取溫度6600C，淬火加熱溫度為880°C，保溫時(shí)間為35min，回火溫度為230°C，保溫時(shí)間為40min，回火后空冷。實(shí)施例10實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1300°C，第一階段軋制溫度IOOO0C，壓下率81%，第二階段軋制溫度890°C，壓下率90%，冷卻速度10. TC /s,卷取溫度630°C，淬火加熱溫度為825°C，保溫時(shí)間為35min，回火溫度為300°C，保溫時(shí)間為40min，回火后空冷。表I本發(fā)明實(shí)施例1-10及對(duì)比例I的化學(xué)成分(wt. %)權(quán)利要求
1.一種經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管，其化學(xué)成分重量百分比為C :0. 42 0. 60%、Si :0. 10 0. 40%、Mn :0. 60 1. 40%、P 彡 0. 020%、S 彡 0. 010%、Cr :0. 20 0. 80%、Al :0. 010 0. 080%、Ti 0.005 0. 040%,Ca :0. 0010 0. 0050%,B ( 0. 0015%,N :0. 0030^0. 0100%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求I所述的耐磨鋼管，其特征在于，C:0. 42 0. 58%、Si :0. 10 0. 35%、Mn :0. 60 1. 30%、P 彡 0. 010%、S 彡 0. 005%、Cr :0. 20 0. 70%、Al :0. 010^0. 080%、Ti 0.005 0. 040%,Ca :0. 0010 0. 0050%,B ( 0. 0015%,N :0. 0030^0. 0080%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的耐磨鋼管，其特征在于，鋼管洛氏硬度為HRC60。
4.如權(quán)利要求I或2所述的經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管的制造方法，包括如下步驟；· 1)冶煉、鑄造 按上述成分冶煉并鑄造成板坯； 2)軋制 板坯加熱溫度105(Tl300°C，第一階段軋制溫度95(Tl020°C，壓下率大于80% ;第二階段軋制溫度78(T90(TC，壓下率大于60% ； 3)冷卻、卷取 冷卻速度4. 0 15°C /s，卷取溫度55(T720°C ； 通過(guò)上述控軋控冷工藝，獲得鋼板的顯微組織為細(xì)小鐵素體+珠光體組織； 4)焊接 采用高頻直縫電阻焊管工藝，焊后去毛刺并矯直； 5)淬火 淬火溫度為(Ac3 - 50) V (Ac3 + 100) °CM呆溫時(shí)間為l(T30min，冷卻速度彡7°C /So 6)回火 回火溫度為10(T30(TC，保溫時(shí)間為l(T40min。
5.如權(quán)利要求4所述的經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管的制造方法，其特征在于，加熱溫度為105(Tl20(rC，第一階段軋制溫度98(Tl02(TC，壓下率大于80% ； 第二階段軋制溫度78(T90(TC，壓下率大于60%。
6.如權(quán)利要求4所述的經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管的制造方法，其特征在于，控制冷卻速度為4.0 12. 50C /s，卷取溫度為 580^7200C o
7.如權(quán)利要求4所述的經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管的制造方法，其特征在于，淬火溫度為(Ac3-20) 0C (Ac3 + 80) °C。
8.如權(quán)利要求4所述的經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管的制造方法，其特征在于，回火溫度為100 250。。。
9.如權(quán)利要求4所述的經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管的制造方法，其特征在于，耐磨鋼管洛氏硬度為 HRC60。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種經(jīng)濟(jì)型耐磨鋼管及其制造方法，其化學(xué)成分重量百分比為C0.42~0.60%、Si0.10~0.40%、Mn0.60~1.40%、P≤0.020%、S≤0.010%、Cr0.20~0.80%、Al0.010~0.080%、Ti0.005~0.040%、Ca0.0010~0.0050%、B≤0.0015%、N0.0030~0.0100%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。制造方法，包括冶煉、鑄造、熱軋、制管、焊接、淬火和回火等步驟。通過(guò)以上成分及工藝得到的高硬度、高耐磨性耐磨鋼焊管，適用于工程機(jī)械中極易磨損設(shè)備，如混凝土泵車輸送管等。
文檔編號(hào)B21C37/08GK102747290SQ20121022411
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者華蔚, 姚連登, 張濤, 徐鼎華, 李紅斌, 楊曉臻, 畢偉松, 馬越峰 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司