專利名稱：一種可用于加工連軋管機(jī)限動芯棒的鋼及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可用于加工連軋管機(jī)限動芯棒的鋼及其生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
連軋管機(jī)限動芯棒是生產(chǎn)大口徑無縫鋼管不可缺少的重要工具。在軋制鋼管時，芯棒穿入經(jīng)加熱穿過孔的坯料中，一起推入軋機(jī)。在軋制工序結(jié)束時，從管坯中拔出芯棒，噴霧使其迅速冷卻。芯棒在軋制中要承受很大的接觸應(yīng)力，并且其表面在10秒鐘的時間內(nèi)溫度可達(dá)700℃，隨后激冷，這樣的循環(huán)應(yīng)力常導(dǎo)致芯棒表面形成熱疲勞裂紋。
目前，國內(nèi)外普遍采用4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiV1(H13)兩種鋼生產(chǎn)軋管機(jī)芯棒，這兩種鋼具有高淬透性和淬硬性、一定的熱強(qiáng)性和抗冷熱疲勞性能。但這兩種鋼易產(chǎn)生回火脆性且高溫強(qiáng)度偏低，在600℃強(qiáng)度僅為630MPa，只能在500-550℃溫度范圍內(nèi)使用。而在軋制鋼管時，芯棒表面溫度可達(dá)700℃，高溫強(qiáng)度偏低易導(dǎo)致芯棒使用初期損壞。同時，這兩種鋼含有相當(dāng)數(shù)量的碳及碳化物形成元素，固相線及液相線之間溫度區(qū)間較寬(T＝90℃)，加上金屬導(dǎo)熱性能較差，凝固速度較慢，促使凝固過程中碳化物帶狀偏析嚴(yán)重，此帶狀偏析在常規(guī)退火、正火、淬火加熱條件下難以消除，造成鋼的各向異性，降低了沖擊性能和冷熱疲勞性能。因此，用這兩種鋼制成的芯棒使用壽命短，從而影響無縫鋼管生產(chǎn)效率和產(chǎn)品生產(chǎn)成本。
電渣重熔是一種精煉鋼的手段，它把精煉和鑄錠合而為一，在同一個水冷結(jié)晶容器中進(jìn)行，重熔時不接觸耐火材料。電渣重熔時熔渣的覆蓋避免了一般冶煉方法在鋼液澆注過程中的二次氧化，消除了夾雜物的外部來源。電渣重熔過程中，金屬以薄膜形式熔化，以細(xì)小熔滴下落穿過渣池，渣-鋼接觸界面大，加之渣池過熱度大，電磁力及熱對流的強(qiáng)烈攪拌，電制度、渣制度、溫度制度、脫氧制度和速度制度等工藝自由度大，可對重熔金屬的不同雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)有選擇的可控精煉。電渣錠在頂部大功率高溫加熱、底部強(qiáng)制水冷這樣很陡的溫度梯度條件下，邊精煉邊凝固，即以微量液態(tài)金屬漸進(jìn)定向結(jié)晶的方式進(jìn)行可控快速凝固，不但凝固收縮可以源源不斷得到電極金屬的補(bǔ)充，而且枝晶間距小，因而組織致密，成分均勻。模壁與鋼錠之間形成的薄薄的渣皮還使電渣錠表面平滑光潔。現(xiàn)有芯棒用鋼電渣重熔工藝(CN1251786A)中，采用CaF2∶Al2O3＝70∶30渣系，該渣系中Al2O3含量較大，電渣重熔時鋼中的硅會把Al2O3中的Al還原出來，致使重熔后鋼中殘鋁含量偏高，在0.02％-0.04％之間。鋼中殘鋁含量偏高將導(dǎo)致鋼的蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性降低，用此鋼制成的芯棒壽命較低，一次裝機(jī)到下線修復(fù)穿管少于1000次。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種可用于生產(chǎn)連軋管機(jī)限動芯棒的高性能鋼及其生產(chǎn)工藝，利用該鋼生產(chǎn)的芯棒使用壽命長。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種可用于加工連軋管機(jī)限動芯棒的鋼，主要由下列重量含量的成分組成C 0.30-0.43％、Mn≤0.60％、Si 0.70-1.00％、P≤0.010％、S≤0.007％、Cr 4.50-5.50％、Mo1.00-1.50％、V 0.7-1.00％、Nb 0-0.25％、Al≤0.015％、Ni 0.10-0.75％、Cu≤0.10％、[O]≤30PPm、[H]≤2PPm，余量為鐵。
還含有一種或一種以上下列重量含量的成分RE 0.008-0.10％、W 0.30-1.70％、B≤0.005％、Ca 0.002-0.01％、Mg 0.002-0.012％、Zr 0.01-0.15％、Ti 0.005-0.05％。
連軋管機(jī)限動芯棒用鋼生產(chǎn)工藝，包括電渣重熔步驟，電極坯主要由下列重量含量的成分組成C 0.30-0.43％、Mn≤0.60％、Si 0.70-1.00％、P≤0.010％、S≤0.007％、Cr 4.50-5.50％、Mo 1.00-1.50％、V 0.7-1.00％、Nb 0-0.25％、Al≤0.015％、Ni 0.10-0.75％、Cu≤0.10％、[O]≤30PPm、[H]≤2PPm，余量為鐵；電渣重熔步驟渣系選自下列重量含量的渣系之一(1)稀土二元渣CaF260-70％、RexOy30-40％；(2)三元渣CaF265-80％、Al2O320-25％、SiO22-5％；(3)四元渣CaF260-70％、Al2O320-25％、CaO＞0-20％、CaC2＞0-2％；(4)稀土多元渣CaF250-60％、CaO＞0-15％、MgO＞0-10％、RexOy15-30％、ZrO2＞0-15％、TiO2＞0-5％；(5)多元渣CaF215-40％、Al2O310-25％、CaO＞10-30％、SiO2＞0-15％、MgO＞0-5％、ZrO2＞0-15％、TiO2＞0-5％；(6)酸性渣CaF240-55％、Al2O310-15％、CaO 10-15％、SiO215-25％、MgO＞0-5％；重熔過程中用氮?dú)獗Ｗo(hù)。
電極坯中還含有一種或者一種以上下列重量含量的成分RE 0.008-0.10％、W 0.30-1.705％、B≤0.005％、Ca 0.002-0.01％、Mg 0.002-0.012％、Zr 0.01-0.15％、Ti 0.005-0.05％。
電渣重熔過程中加入Ca-Si合金、Fe-Si合金、金屬Al、金屬RE、金屬Zr之中至少一種作為脫氧劑，用量為0.3-1.5千克/噸重熔金屬。
電渣重熔時抽錠生產(chǎn)，對電渣錠抽出部分進(jìn)行二次冷卻，冷卻速度2-15℃/分鐘，冷至≥350℃；提模后立即退火。
電渣重熔溶化率(千克/小時)＝(1000-500)×結(jié)晶器直徑(米)。
電渣重熔熔化率(千克/小時)＝(1800-800)×結(jié)晶器直徑(米)。
抽錠結(jié)晶器的設(shè)計高度為結(jié)晶器直徑的1.2-2倍，錐度為0.2-2％。
本發(fā)明的鋼中，Al含量低于0.015％(根據(jù)電渣母材含鋁量選擇重熔時的渣系，母材含鋁量高，則選擇SiO2渣系)，比CN1251786A大為降低，從而提高了鋼的蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性。
在化學(xué)成分設(shè)計上，本發(fā)明調(diào)低了4Cr5MoSiV1(H13)鋼中釩、硅的成分含量，以減少鋼的回火脆性。同時添加鎳、鈮元素和稀土、鋯、鈦、硼、鎂、鈣等微合金化元素對鋼進(jìn)行變性處理，進(jìn)一步細(xì)化晶粒，控制凝固過程，改善碳化物分布、減少碳化物偏析，提高高溫強(qiáng)度、冷熱疲勞性能和沖擊性能。所加金屬中，鎳是非碳化物形成元素，通過固溶強(qiáng)化的方式提高鋼的強(qiáng)度，改善鋼的塑性，同時提高鋼對疲勞的抗力和減小鋼對缺口的敏感性。但其含量過高會使冷熱加工的工藝性能惡化，經(jīng)濟(jì)性也差。適宜的鎳重量百分含量為0.10-0.75％。鈮是比釩還強(qiáng)的碳化物形成元素，鋼中少量的鈮主要以碳化鈮(NbC)形式存在，NbC在高溫加熱時很難熔入奧氏體，可以阻止奧氏體晶粒長大，從而細(xì)化晶粒，提高鋼的沖擊性能，減少碳化物偏析，改善鋼的熱加工工藝性能。最佳的鈮重量百分含量為0.03-0.25％。鎢是碳化物形成元素，鎢的加入對提高鋼淬火后的回火穩(wěn)定性和耐磨性能特別有效，同時提高鋼的熱強(qiáng)性，從而改善鋼的高溫蠕變抗力。但鎢含量過高易引起碳化物偏析，同時不利于提高鋼的沖擊性能，適宜的鎢重量百分含量為0.30-1.70％。稀土元素加入鋼中后，首先形成稀土氧化物，稀土元素還與鋼中的碳、氫、氮、低熔點(diǎn)雜質(zhì)(鉛、錫、銻、鉍等)作用形成化合物，這些氧化物和化合物熔點(diǎn)很高。氧化物和化合物析出形成晶核對非均勻相起催化作用，促進(jìn)結(jié)晶。同時由于稀土與硫的親和力大于錳與硫的親和力，因而鋼中還會形成稀土氧硫化合物或稀土硫化物，使MnS夾雜物逐步減少，以至于消失。經(jīng)稀土處理后的模具鋼，其中的片狀MnS為小球狀的稀土夾雜物取代，從而使鋼的各向異性顯著減少。而且，隨著鋼中稀土/硫(RE/S)比值增加，鋼的縱橫向性能(尤其是韌性和塑性)的差別逐漸減少，當(dāng)RE/S值達(dá)一定值時，鋼材的方向性基本消失。稀土對夾雜物的變質(zhì)作用不僅改善了鋼的韌性和塑性，而且還改善了鋼的疲勞性能，提高鋼的耐磨性，改善可焊性，提高熱塑性和高溫強(qiáng)度等。適宜的稀土重量百分含量為0.008-0.10％之間。鋯是強(qiáng)有力的脫氧和脫氮元素，能細(xì)化鋼的奧氏體晶粒，阻止奧氏體在高溫下長大，和硫能化合成硫化鋯，因而能防止鋼的熱脆性，鋯固熔于奧氏體中能顯著增加鋼的淬透性和抗疲勞性能。適宜的鋯重量百分含量為0.01-0.15％。硼和氧、氮都有很強(qiáng)的親和力，和碳也能形成碳化物。微量的硼在鋼中能成倍增加鋼的淬透性，同時可以通過強(qiáng)化晶界來提高鋼的高溫強(qiáng)度，改善晶界碳化物的析出狀態(tài)，有利于改善塑性。適宜的硼重量百分含量為小于0.005％。鈦和氮、氧、碳都有極強(qiáng)親和力，和硫的親和力也強(qiáng)于鐵和硫的親和力。鈦可細(xì)化鋼的晶粒，提高鋼的熱強(qiáng)性。適宜的鈦重量百分含量為0.025-0.15％。鎂加入鋼中可使碳化物有效細(xì)化、分散，去除硫、氧、氮等有害雜質(zhì)，使沿晶界偏聚的硫化物、氧化物消失，晶界凈化，顯著提高鋼的蠕變斷裂塑性和壽命，適宜的鎂重量百分含量為0.002-0.012％。鈣加入鋼中可改善鋼中夾雜物的形態(tài)和分布，使鋼中的夾雜物球化、細(xì)化，從而提高鋼的塑性和韌性。適宜的鈣重量百分含量為0.002-0.010％。
本發(fā)明在電渣重熔過程中，根據(jù)電渣母材的脫氧制度、夾雜物類型和數(shù)量、硫含量、殘鋁含量以及對鋼變性處理加入的元素種類，選用表1中適宜渣系，實(shí)現(xiàn)對鋼中不同雜質(zhì)有選擇的可控精煉。若母材中鋁偏高，電渣重熔時可選擇含有SiO2的渣系，控制成品中鋁含量小于0.015％，以提高鋼的蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性。若電渣母材含有稀土、鋯、鈦、鎂、鈣等微合金化元素，可選擇含有相應(yīng)元素氧化物的渣系重熔，以抑制微合金化元素的燒損，或采用含有微合金化元素氧化物的渣系重熔，在重熔時持續(xù)加入脫氧劑，將合金化元素還原金鋼中。本發(fā)明中的稀土渣系就可從渣中的稀土氧化物中還原出稀土元素進(jìn)入鋼中。在電渣重熔過程中并視母材中硅含量在重熔時持續(xù)加入脫氧劑脫氧，保持渣中FeO小于0.6wt-％。采用氧氣站副產(chǎn)品干燥氮?dú)獗Ｗo(hù)重熔，相比現(xiàn)有技術(shù)(中國專利申請92108419.6)中用干燥空氣保護(hù)重熔來說，既可達(dá)到降低鋼中氫、氧含量，又有利于降低電渣鋼的成本。電渣錠是在一層渣皮的包裹中凝固成形，由于渣皮的絕熱作用，降低了電渣錠的冷卻強(qiáng)度。在電渣重熔時抽錠生產(chǎn)電渣錠，對電渣錠抽出的部分進(jìn)行吹風(fēng)冷卻，可增大電渣錠的冷卻強(qiáng)度，達(dá)到細(xì)化晶粒、減小偏析的目的。抽錠結(jié)晶器的設(shè)計高度為結(jié)晶器直徑的1.2-2倍，錐度(結(jié)晶器下口半徑和上口半徑之差與結(jié)晶器高度的比值)控制在0.2-2％之間。錐度過小，電渣錠表面易出現(xiàn)翻皮，鍛造前需打磨處理；錐度過大，抽錠時易漏渣，導(dǎo)致重熔過程不能正常進(jìn)行。抽錠可采取連續(xù)或斷續(xù)抽錠，短須抽丁膠連續(xù)抽丁所的鋼錠表面好。重熔時對電渣錠采取二次冷卻，提模后應(yīng)對電渣錠立即退火，以防電渣錠炸裂。在電渣重熔時，如果不進(jìn)行二次冷卻，熔化率取較低值，熔化率(千克/小時)＝(1000-500)×結(jié)晶器直徑(米)；如果進(jìn)行二次冷卻，熔化率可取較大值，熔化率(千克/小時)＝(1800-800)×結(jié)晶器直徑(米)。按此熔化率控制可使鑄錠呈縱向結(jié)晶，鑄造后具有良好的橫向沖擊性能，制成芯棒的使用壽命大為提高。
本發(fā)明芯棒用鋼可采用電弧爐+真空精練澆鑄成鋼錠或電弧爐+真空精練澆鑄成電極坯，然后經(jīng)電渣重熔成電渣錠。鎳、鎢和鈮在電爐熔煉時加入；變性處理視加入物質(zhì)不同，可在電爐熔煉或者真空精煉過程中加入，也可在電渣重熔時加入，或采用含有變形物質(zhì)的氧化物作渣料，在電渣重熔時，加入脫氧劑將變性物質(zhì)還原進(jìn)鋼中。
本發(fā)明芯棒用鋼的熱加工可采用鍛造或者軋制，鍛、軋加熱溫度為1050-1200℃，終鍛、軋溫度≥850℃。熱處理采用調(diào)質(zhì)處理，由于鈮、鎢的碳化物不易進(jìn)入奧氏體，故淬火溫度應(yīng)比4Cr5MoSiV(H11)、4Cr5MoSiV1(H13)稍高，為1020-1100℃，回火溫度為550-650℃。
本發(fā)明中的鋼也可用作黑色或者有色金屬的熱擠壓模具鋼、精鍛模具鋼或鋁、銅合金的壓鑄模具鋼。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1、本實(shí)施例中，芯棒生產(chǎn)工藝路線為電爐+精煉→電渣重熔→鍛造→退火→切取試片→機(jī)加工→檢測組織→調(diào)質(zhì)→切取試片→機(jī)加工→性能檢測。
一、電極坯的熔煉采用30噸偏心底電弧爐熔煉低磷、硫鋼水，氧化期脫碳量大于0.30％，充分去除氣體和夾雜物，鎳板、鉬鐵可在電弧爐配料時配入或在氧化期加入，電弧爐出鋼時在鋼包中加入鉻鐵、鈮鐵、釩鐵、硅鐵合金化，電弧爐出鋼溫度≥1630℃；進(jìn)真空精煉爐進(jìn)一步去除氣體和夾雜物，脫氣后調(diào)整化學(xué)成份，稀土、鋯鐵、鈦鐵、鎂在脫氣后插入鋼水中，吹氬后出鋼。共冶煉3爐，化學(xué)成份見表2中的電極坯1、電極坯2、電極坯3。
二、電渣重熔電渣重熔時通過調(diào)整電壓、電流控制自耗電極端頭呈平頭或準(zhǔn)平頭，重熔電流穩(wěn)定，波動小于2.5％，鑄錠中心金屬熔池深度等于或小于鑄錠半徑，結(jié)晶前沿輪廓應(yīng)是粗略的拋物面，柱狀晶垂直于固液相界面生長，柱狀晶方向與液面上長方向(縱軸方向)夾角小于45度，以保證鑄錠呈縱向結(jié)晶，鍛造后具有良好的橫向沖擊功。金屬熔池上部圓柱形段的高度5～15mm，以保證鑄錠表面光潔。采用本發(fā)明技術(shù)重熔軋管機(jī)芯棒用鋼，在電爐熔煉電極坯時在鋼中加入鋯、鈮、稀土、鈦微合金化。在電渣重熔時選用含有微合金化元素氧化物的渣系，抑制稀土、鋯、鈦的燒損，提高它們的回收率。電渣重熔所用渣系具體配方見表3。重熔時采取二次冷卻和采用干燥氮?dú)獗Ｗo(hù)重熔，并視母材的硅含量在重熔時持續(xù)加入脫氧劑脫氧，保持渣中FeO小于0.6wt-％。成品鋼中殘鋁含量在0.015％以下，氧含量在14PPm左右。由電極坯1、電極坯2、電極坯3重熔所得電渣錠1、電渣錠2、電渣錠3化學(xué)成分見表2。為了比較，用本發(fā)明工藝得到的電渣錠制成φ166mm的芯棒，在芯棒上取樣進(jìn)行試驗(yàn)的同時，與采用原工藝技術(shù)得到的電渣錠在完全相同的鍛造加工熱處理和性能測試條件下，將4Cr5MoSiV1(H13)鋼也制成φ166mm的芯棒，進(jìn)行了對比試驗(yàn)。表2中H13 1#、H13 2#為原鋼種H13按原工藝生產(chǎn)的電渣錠。
三、鍛造鍛造可打碎電渣錠中的柱狀晶，改善宏觀偏析，把鑄態(tài)組織變?yōu)槔w維狀組織，提高材料的致密度，控制晶粒的大小，改善化學(xué)成份的均勻性，從而達(dá)到產(chǎn)品的性能和尺寸要求。芯棒的鍛造是先在油壓機(jī)上開坯鍛造，然后上精鍛機(jī)，鍛成鍛件。鍛后入退火爐退火。
四、退火退火的目的是消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，降低鍛件的硬度，便于機(jī)加工。退火采用本領(lǐng)域常規(guī)退火制度。退火后理化檢測由H13 1#、H132#所得鍛件41、51取樣檢測夾雜物，按ASTM E45評級，各類夾雜物的總和為5～6級；制成芯棒42、52中帶狀偏析按北美壓鑄協(xié)會NADCA #207-90標(biāo)準(zhǔn)評定組織為E和F級，帶狀偏析略重，屬不合格級別；制成芯棒中晶粒度低于9級。由電渣錠1、電渣錠2、電渣錠3鍛后鍛件11、21、31取樣檢測夾雜物，按ASTM E45評級，各類夾雜物的總和為1.5～3級；制成芯棒12、22、32中帶狀偏析按北美壓鑄協(xié)會NADCA #207-90標(biāo)準(zhǔn)評定組織為B級，帶狀偏析輕微，達(dá)到國際先進(jìn)水平；制成芯棒中晶粒度達(dá)10級。檢測結(jié)果見表5和表6。
五、調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)的目的是調(diào)整鋼的組織以獲得所需要的性能，芯棒的調(diào)質(zhì)是把芯棒加熱到1020℃～1080℃，油淬，然后在550℃～650℃之間回火兩次。檢測性能合格后即可精加工、鍍鉻使用。由H13 1#、H13 2#制作的芯棒42、52，成品性能檢測橫向沖擊功在10～15J之間，芯棒使用壽命低于1500次，不理想。由電渣錠1、電渣錠2、電渣錠3鍛后鍛件11、21、31制成的芯棒12、22、32，成品性能檢測橫向沖擊功在28～45J之間；高溫性能實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明中的鋼高溫屈服強(qiáng)度較原鋼種H13有較大的提高，而高溫斷面收縮率和高溫沖擊性能較H13增長緩慢，體現(xiàn)了本發(fā)明的鋼良好的高溫性能。采用本發(fā)明中的鋼制成的芯棒(Φ166mm)13、23、33穿管次數(shù)為2850次，可完全替代進(jìn)口。而用原鋼種H13制成的芯棒(Φ166mm)穿管次數(shù)低于1500次。具體結(jié)果見表6、表7和表8。
上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明中的鋼較H13鋼有較大的改進(jìn)和優(yōu)化，其Al含量低，晶粒細(xì)小、碳化物均勻，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、沖擊性能和抗冷熱疲勞性以及耐磨性能。用該鋼制成的軋管機(jī)芯棒成本雖增加3-8％，使用壽命卻是目前所用鋼種制芯棒的1.3-2倍。
表1電渣重熔選用渣系成分及作用表

表2本發(fā)明鋼與原鋼種H13化學(xué)成分表

表3本發(fā)明電渣重溶所用渣系

表4采用不同的電渣重熔技術(shù)，重溶后鋼的化學(xué)成份變化比較表

從上表可看出，電極坯1采用4#渣系(原電渣工藝用渣系)在無氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下電渣重熔，所得電渣錠中微量元素回收率低；而采用1號渣系(稀土多元渣)在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下電渣重熔，所得電渣錠中微量元素回收率明顯提高。顯示利用本發(fā)明電渣重溶工藝可提高鋼中微量元素回收率，降低鋼中殘鋁、氫、氧的含量，降低重熔電耗。
表5采用本發(fā)明電渣工藝技術(shù)與原電渣工藝技術(shù)生產(chǎn)的電渣錠鍛后鍛件中非金屬夾雜物比較表(夾雜物檢測標(biāo)準(zhǔn)ASTM E45)

表6本發(fā)明工藝制芯棒與H13鋼原工藝制芯棒的碳化物帶狀組織(退火狀態(tài))、晶粒度和室溫沖擊性能比較(前者與后者的淬火溫度分別為1050℃和1020℃，都退火到硬度360-370HB)(碳化物偏析按北美壓鑄協(xié)會NADCA#207-90標(biāo)準(zhǔn)評級，晶粒度按ASTM E112標(biāo)準(zhǔn)評級，Akv按GB/T229-1994標(biāo)準(zhǔn)檢測)

表7本發(fā)明鋼和H13的高溫屈服強(qiáng)度、斷面收縮率和沖擊性能比較表(前者與后者的淬火溫度分別為1050℃和1020℃，都退火到硬度360-370HB)

表8本發(fā)明工藝制芯棒與H13原工藝制芯棒一次裝機(jī)到下線修復(fù)的穿管次數(shù)

實(shí)施例2、為降低芯棒的成本，在生產(chǎn)中我們試驗(yàn)了不加鈮并嚴(yán)格控制鋼中微量殘余元素Sn、Sb、As的實(shí)施例、本實(shí)施例中，芯棒生產(chǎn)工藝路線為電爐+爐外真空精煉→電渣重熔→鍛造→退火→切取試片→機(jī)加工→調(diào)質(zhì)→切取試片→性能檢測。
一、電極坯的熔煉原料廢鋼選用碳素鋼板切邊并配入海綿鐵，以便控制鋼中Sn≤0.01％、Sb≤0.005％、As≤0.02％。采用30噸偏心底電弧爐熔煉低磷、硫鋼水，氧化期脫碳量大于0.30％，充分去除氣體和夾雜物，鎳板、鉬鐵可在電弧爐配料時配入或在氧化期加入，電弧爐出鋼時在鋼包中加入鉻鐵、釩鐵、硅鐵合金化，電弧爐出鋼溫度≥1630℃；進(jìn)真空精煉爐進(jìn)一步去除氣體和夾雜物，脫氣后調(diào)整化學(xué)成份，吹氬攪拌后出鋼。共冶煉3爐，化學(xué)成份見表9中的電極坯6、電極坯7、電極坯8。
二、電渣重熔電渣重熔時通過調(diào)整電壓、電流控制自耗電極端頭呈平頭或準(zhǔn)平頭，重熔電流穩(wěn)定，波動小于2.5％，鑄錠中心金屬熔池深度等于或小于鑄錠半徑，結(jié)晶前沿輪廓應(yīng)是粗略的拋物面，柱狀晶垂直于固液相界面生長，柱狀晶方向與液面上長方向(縱軸方向)夾角小于45度，以保證鑄錠呈縱向結(jié)晶，鍛造后具有良好的橫向沖擊功。金屬熔池上部圓柱形段的高度5～15mm，以保證鑄錠表面光潔。在電渣重熔時選用CaF2∶Al2O3∶CaO＝60∶20∶20的三元渣電渣重熔。重熔時未采取二次冷卻和干燥氮?dú)獗Ｗo(hù)重熔，重熔時視母材的硅含量持續(xù)加入脫氧劑脫氧，保持渣中FeO小于0.6wt-％。成品鋼中殘鋁含量在0.015％以下。由電極坯6、電極坯7、電極坯8重熔所得電渣錠6、電渣錠7、電渣錠8化學(xué)成分見表9。
三、鍛造鍛造可打碎電渣錠中的柱狀晶，改善宏觀偏析，把鑄態(tài)組織變?yōu)槔w維狀組織，提高材料的致密度，控制晶粒的大小，改善化學(xué)成份的均勻性，從而達(dá)到產(chǎn)品的性能和尺寸要求。芯棒的鍛造是先在油壓機(jī)上開坯鍛造，然后上精鍛機(jī)，鍛成Φ190mm芯棒鍛件。鍛后入退火爐退火。
四、退火退火的目的是球化組織、消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，降低鍛件的硬度。電渣錠6、電渣錠7、電渣錠8鍛造后得61、71、81鍛件，取樣檢測夾雜物，按ASTM E45 A法評級，各類夾雜物的總和為2-2.5級；帶狀偏析按北美壓鑄協(xié)會NADCA #207-90標(biāo)準(zhǔn)評定組織為B-C級，帶狀偏析輕微，達(dá)到國際先進(jìn)水平；檢測結(jié)果見表10。
五、調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)的目的是調(diào)整鋼的組織以獲得所需要的性能，芯棒的調(diào)質(zhì)是把芯棒加熱到1000℃～1100℃，油淬，然后在550℃～650℃之間回火兩次。檢測性能合格后即可精加工、鍍鉻使用。由電渣錠6、電渣錠7、電渣錠8鍛后鍛件61、71、81制成的芯棒62、72、82，檢測芯棒的晶粒度為9-10級，橫向沖擊功在22～28J之間。采用不加鈮并嚴(yán)格控制鋼中微量殘余元素Sn、Sb、As的芯棒用鋼制成的芯棒(Φ161.5mm)62、72、82軋管次數(shù)為2450-2700次，達(dá)到良好的使用效果。結(jié)果見表11。
上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，按本實(shí)施例制成的芯棒，降低了芯棒的制用成本，嚴(yán)格控制鋼中微量殘余元素Sn≤0.01％、Sb≤0.005％、As≤0.02％，降低了鋼的回火脆性傾向，提高了芯棒的沖擊韌性和使用壽命。經(jīng)軋鋼穿管使用，壽命是目前所用鋼種(H13)制芯棒的1.3-1.8倍。
表9本發(fā)明試驗(yàn)鋼化學(xué)成分表

表10本發(fā)明試驗(yàn)鋼電渣錠鍛后鍛件中非金屬夾雜物和碳化物帶狀組織檢測

表11本發(fā)明試驗(yàn)鋼晶粒度和室溫沖擊性能檢測(淬火溫度為1020℃，回火到硬度360-370HB)及芯棒一次裝機(jī)到報廢的軋管次數(shù)

注晶粒度按ASTM E112標(biāo)準(zhǔn)評級，AKv按GB/T229-1994標(biāo)準(zhǔn)檢測。
權(quán)利要求
1.一種可用于加工連軋管機(jī)限動芯棒的鋼，其特征在于，主要由下列重量含量的成分組成C 0.30-0.43％、Mn≤0.60％、Si 0.70-1.00％、P≤0.010％、S≤0.007％、Cr 4.50-5.50％、Mo 1.00-1.50％、V 0.7-1.00％、Nb 0-0.25％、Al≤0.015％、Ni 0.10-0.75％、Cu≤0.10％、[O]≤30PPm、[H]≤2PPm，余量為鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于，還含有一種或一種以上下列重量含量的成分RE 0.008-0.10％、W 0.30-1.70％、B≤0.005％、Ca 0.002-0.01％、Mg 0.002-0.012％、Zr 0.01-0.15％、Ti 0.005-0.05％。
3.可用于加工連軋管機(jī)限動芯棒的鋼的生產(chǎn)工藝，包括電渣重熔步驟，其特征在于，電極坯主要由下列重量含量的成分組成C 0.30-0.43％、Mn≤0.60％、Si 0.70-1.00％、P≤0.010％、S≤0.007％、Cr 4.50-5.50％、Mo 1.00-1.50％、V 0.7-1.00％、Nb 0-0.25％、Al≤0.015％、Ni0.10-0.75％、Cu≤0.10％、[O]≤30PPm、[H]≤2PPm，余量為鐵；電渣重熔步驟渣系選自下列重量含量的渣系之一(1)稀土二元渣CaF260-70％、RexOy30-40％；(2)三元渣CaF265-80％、Al2O318-33％、SiO22-5％；(3)四元渣CaF260-70％、Al2O320-35％、CaO＞0-20％、CaC2＞0-2％；(4)稀土多元渣CaF250-60％、CaO＞0-15％、MgO＞0-10％、RexOy15-30％、ZrO2＞0-15％、TiO2＞0-5％；(5)多元渣CaF215-40％、Al2O310-45％、CaO 10-30％、SiO2＞0-15％、MgO＞0-5％、ZrO2＞0-15％、TiO2＞0-5％；(6)酸性渣CaF240-55％、Al2O310-15％、CaO 10-15％、SiO215-25％、MgO＞0-5％；重熔過程中用氮?dú)獗Ｗo(hù)。
4.如權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，電極坯中還含有一種或者一種以上下列重量含量的成分RE 0.008-0.10％、W 0.30-1.70％、B≤0.005％、Ca 0.002-0.01％、Mg 0.002-0.012％、Zr 0.01-0.15％、Ti0.005-0.05％。
5.如權(quán)利要求3或4所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，電渣重熔過程中加入Ca-Si合金、Fe-Si合金、金屬Al、金屬RE、金屬Zr之中至少一種作為脫氧劑，用量為0.3-1.5千克/噸重熔金屬。
6.如權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，電渣重熔時抽錠生產(chǎn)，對電渣錠抽出部分進(jìn)行二次冷卻，冷卻速度2-15℃/分鐘，冷至≥350℃；提模后立即退火。
7.如權(quán)利要求3或4所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，電渣重熔溶化率(千克/小時)＝(1000-500)×結(jié)晶器直徑(米)。
8.如權(quán)利要求5所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，電渣重熔溶化率(千克/小時)＝(1000-500)×結(jié)晶器直徑(米)。
9.如權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，電渣重熔熔化率(千克/小時)＝(1800-800)×結(jié)晶器直徑(米)。
10.如權(quán)利要求6、9所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，抽錠結(jié)晶器的設(shè)計高度為結(jié)晶器直徑的1.2-2倍，錐度為0.2-2％。
全文摘要
一種可用于加工連軋管機(jī)限動芯棒的鋼及其生產(chǎn)工藝，屬于煉鋼技術(shù)領(lǐng)域。主要由下列重量含量的成分組成C 0.30－0.43％、Mn≤0.60％、Si 0.70－1.00％、P≤0.010％、S≤0.007％、Cr 4.50－5.50％、Mo 1.00－1.50％、V 0.7－1.00％、Nb 0－0.25％、Al≤0.015％、Ni 0.10－0.75％、Cu≤0.10％、[O]≤30PPm、[H]≤2PPm，余量為鐵。還含有一種或一種以上下列重量含量的成分RE 0.008－0.10％、W 0.30－1.70％、B≤0.005％、Ca 0.002－0.01％、Mg 0.002－0.012％、Zr 0.01－0.15％、Ti 0.005－0.05％。本發(fā)明鋼生產(chǎn)工藝合理，生產(chǎn)的鋼性能好，制成的芯棒使用壽命長。
文檔編號C22C38/54GK1616700SQ20041007506
公開日2005年5月18日 申請日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者王國宣, 崔曉寧, 熊長聚, 李榮秀, 高宏生, 楊洪 申請人:河南中原特殊鋼廠