一種熱軋無縫鋼管用芯棒的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱軋無縫鋼管用芯棒的制備方法，所述芯棒的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成：C：0.4-0.5，Si：0.2-0.4，Mn：0.8-1.0，Cr：3.2-3.4，Ni：4.5-5.5，W：3.2-3.4，V：0.4-0.6，Co：1.1-1.3，Al：0.1-0.3，Ce：0.15-0.25，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；所述制備方法包括如下步驟：1）配料熔煉；2）澆注：澆注時(shí)，金屬液會(huì)順序進(jìn)入芯棒模具型腔，離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)速200-210rpm；待鋼液全部注入模具型腔，調(diào)整離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)速為310-330rpm；3）熱處理。
【專利說明】一種熱軋無縫鋼管用芯棒的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼鐵冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種熱軋無縫鋼管用芯棒的制備方法。【背景技術(shù)】
[0002]芯棒是熱軋無縫鋼管生產(chǎn)中消耗量最大的關(guān)鍵工具之一。由于芯棒的工作條件惡劣，穿孔時(shí)，芯棒的工作溫度高達(dá)1000°c以上，與此同時(shí)還要承受著巨大的軸向壓力、徑向壓力、旋轉(zhuǎn)摩擦力、急冷急熱的熱應(yīng)力，經(jīng)受著機(jī)械疲勞和熱疲勞的作用。在如此惡劣的工況下，故芯棒常以塌鼻、粘鋼、開裂等失效形式報(bào)廢，芯棒的使用壽命縮短、更換頻率很高，由此影響鋼管生產(chǎn)效率和質(zhì)量，對(duì)組織大規(guī)模無縫鋼管生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量都有重要影響，因此研制高質(zhì)量、長(zhǎng)壽命的芯棒一直以來都是無縫鋼管生產(chǎn)中一個(gè)比較重要的課題。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)普通碳素鋼管應(yīng)用較多的芯棒材料為3Cr2W8V和20Cr2Ni4W鋼。在使用前，芯棒進(jìn)行掛高溫氧化鐵膜處理。這類芯棒在使用中常因出現(xiàn)塌鼻、粘鋼和開裂等缺陷而報(bào)廢。生產(chǎn)不銹鋼管常用鑰基合金芯棒，但其高溫氧化嚴(yán)重，需要不斷地進(jìn)行高溫潤(rùn)滑，生產(chǎn)效率低，而且鑰材價(jià)格一再提高，造成芯棒昂貴。
[0004]一直以來，各無縫鋼管芯棒生產(chǎn)廠家比較關(guān)注芯棒材質(zhì)的改進(jìn)，而對(duì)芯棒制作工藝探索不多，基本局限于普通鑄造和鍛造成型。通過大量的理論研究和實(shí)踐驗(yàn)證，結(jié)合使用要求的不同，芯棒材質(zhì)一般選用合金工具鋼(如H13)或合金結(jié)構(gòu)鋼(如30CrNi3、35CrMo等)，該類材料在高溫強(qiáng)度和韌性方面總是難以合理平衡，造成各種形式的芯棒失效，影響其使用壽命。特別是在高壓鍋爐管、合金鋼管和不銹鋼管的穿孔過程中，有的芯棒很快就失效，平均壽命在4~5支/個(gè)，而在普通鋼管的穿孔中也只有100支/個(gè)左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種熱軋無縫鋼管用芯棒的制備方法，該芯棒通過對(duì)合金化學(xué)成分的調(diào)整，使得其高溫強(qiáng)韌性好、熱疲勞性能優(yōu)異。
[0006]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種熱軋無縫鋼管用芯棒的制備方法，所述芯棒的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成:C:0.4-0.5，Si:0.2-0.4，Mn:0.8-1.0，Cr:3.2-3.4，N1:4.5-5.5，W:3.2-3.4，V:0.4-0.6，Co:1.1-1.3，Al:0.1-0.3，Ce:0.15-0.25，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)；所述制備方法包括如下步驟:
[0008]I)配料熔煉:確保冶煉鋼液成分均勻；
[0009]2)燒注:有兩種方式,其一,在燒注前,將待燒芯棒模具軸向與離心機(jī)主軸相互垂直，芯棒鼻部朝外；其二，生產(chǎn)規(guī)格大的芯棒，將待澆芯棒模具軸向與離心機(jī)主軸相互平行或重合，芯棒鼻部朝下；澆注時(shí)，金屬液會(huì)順序進(jìn)入芯棒模具型腔，離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)速200-2IOrpm ;待鋼液全部注入模具型腔，調(diào)整離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)速為310_330rpm ；
[0010]3)熱處理:將芯棒裝爐，用氮?dú)馀懦鰻t內(nèi)空氣，爐溫升至930-950°C時(shí)，按3-5毫升/分鐘的速度向爐內(nèi)滴入乙醇水溶液，其中乙醇與水體積比為1: 1-2,促使該乙醇水溶液與芯棒表面層發(fā)生氧化反應(yīng)；將爐溫升至約1090-111(TC保溫3-5小時(shí)，保持爐壓
0.7-1.1KPa,隨后停爐降溫至830-870°C芯棒出爐，緩冷至常溫。
[0011]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案后，具有以下積極效果:
[0012](I)本發(fā)明在成分設(shè)計(jì)上遵循節(jié)約合金元素、滿足優(yōu)異性能的原則，利用原有低合金鋼的相關(guān)組織結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)，除調(diào)整了 C、Cr、N1、W、V、Co等元素含量以外，還添加了適量的鋁，來提高抗高溫氧化性能，特別是還添加了稀土 Ce，通過Ce凈化鋼液，去除結(jié)晶組織中晶界富集的有害雜質(zhì)，細(xì)化晶粒，改善鑄件組織，提高綜合性能。
[0013](2)此外，添加的鈷元素能將鎳、鐵合金組成中其它金屬碳化物晶粒結(jié)合在一起，使合金具更高的韌性，并減少對(duì)沖擊的敏感性能，鈷基合金的耐熱性是因?yàn)樾纬闪穗y熔的碳化物，這些碳化物不易固溶，擴(kuò)散活動(dòng)性小，當(dāng)溫度在1038°C以上時(shí)，鈷基合金的優(yōu)越性
更是顯露無遺。
[0014](3)由于成分設(shè)計(jì)合理，離心鑄造工藝先進(jìn)，保證了芯棒的高溫強(qiáng)度、硬度、塑性、耐熱疲勞性能等，在穿制不銹鋼無縫鋼管鋼管、普通鍋爐管時(shí)，芯棒的使用壽命提高至國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的2-2.5倍左右，大幅度地降低了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益可觀。
[0015](4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所述發(fā)明在穿孔試驗(yàn)時(shí)，在國(guó)內(nèi)某知名的大型鋼管廠的直徑140mm機(jī)組上穿制低合金鍋爐管200支。在合金鋼管的試穿中，本發(fā)明的平均使用壽命也達(dá)到10支以上。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例一
`[0017]一種熱軋無縫鋼管用芯棒的制備方法，所述芯棒的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成:C:0.4，Si:0.4，Mn:0.8, Cr:3.4，N1:4.5，W:3.4，V:0.4，Co:1.3，Al:0.1, Ce:
0.25，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；所述制備方法包括如下步驟:
[0018]I)配料熔煉:確保冶煉鋼液成分均勻；
[0019]2)燒注:有兩種方式,其一,在燒注前,將待燒芯棒模具軸向與離心機(jī)主軸相互垂直，芯棒鼻部朝外；其二，生產(chǎn)規(guī)格大的芯棒，將待澆芯棒模具軸向與離心機(jī)主軸相互平行或重合，芯棒鼻部朝下；澆注時(shí)，金屬液會(huì)順序進(jìn)入芯棒模具型腔，離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)速200rpm ;待鋼液全部注入模具型腔，調(diào)整離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)速為330rpm ；
[0020]3)熱處理:將芯棒裝爐，用氮?dú)馀懦鰻t內(nèi)空氣，爐溫升至930°C時(shí)，按5毫升/分鐘的速度向爐內(nèi)滴入乙醇水溶液，其中乙醇與水體積比為1: 1，促使該乙醇水溶液與芯棒表面層發(fā)生氧化反應(yīng)；將爐溫升至約1110°c保溫3小時(shí)，保持爐壓1.1KPa,隨后停爐降溫至830°C芯棒出爐，緩冷至常溫。
[0021]實(shí)施例二
[0022]一種熱軋無縫鋼管用芯棒的制備方法，所述芯棒的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成:C:0.5, S1:0.2，Mn:1.0，Cr:3.2，N1:5.5，W:3.2，V:0.6，Co:1.1, Al:0.3，Ce:
0.15，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；所述制備方法包括如下步驟:
[0023]I)配料熔煉:確保冶煉鋼液成分均勻；
[0024]2)燒注:有兩種方式,其一,在燒注前,將待燒芯棒模具軸向與離心機(jī)主軸相互垂直，芯棒鼻部朝外；其二，生產(chǎn)規(guī)格大的芯棒，將待澆芯棒模具軸向與離心機(jī)主軸相互平行或重合，芯棒鼻部朝下；澆注時(shí)，金屬液會(huì)順序進(jìn)入芯棒模具型腔，離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)速210rpm ;待鋼液全部注入模具型腔，調(diào)整離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)速為310rpm ；
[0025]3)熱處理:將芯棒裝爐，用氮?dú)馀懦鰻t內(nèi)空氣，爐溫升至950°C時(shí)，按3毫升/分鐘的速度向爐內(nèi)滴入乙醇水溶液，其中乙醇與水體積比為1: 2，促使該乙醇水溶液與芯棒表面層發(fā)生氧化反應(yīng)；將爐溫升至約1090°C保溫5小時(shí)，保持爐壓0.7KPa，隨后停爐降溫至870°C芯棒出爐，緩冷至常溫。
[0026]實(shí)施例三
[0027]—種熱軋無縫鋼管用芯棒的制備方法，所述芯棒的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成:C:0.45，Si:0.3，Mn:0.9，Cr:3.3，N1:5.0，W:3.3，V:0.5，Co:1.2，Al:0.2，Ce:0.20，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)；所述制備方法包括如下步驟:
[0028]I)配料熔煉:確保冶煉鋼液成分均勻；
[0029]2)燒注:有兩種方式,其一,在燒注前,將待燒芯棒模具軸向與離心機(jī)主軸相互垂直，芯棒鼻部朝外；其二，生產(chǎn)規(guī)格大的芯棒，將待澆芯棒模具軸向與離心機(jī)主軸相互平行或重合，芯棒鼻部朝下；澆注時(shí)，金屬液會(huì)順序進(jìn)入芯棒模具型腔，離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)速205rpm ;待鋼液全部注入模具型腔，調(diào)整離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)速為320rpm ；
[0030]3)熱處理:將芯棒裝爐，用氮?dú)馀懦鰻t內(nèi)空氣，爐溫升至940°C時(shí)，按4毫升/分鐘的速度向爐內(nèi)滴入乙醇水溶液，其中乙醇與水體積比為1: 1.5，促使該乙醇水溶液與芯棒表面層發(fā)生氧化反應(yīng)；將爐溫升至約1100°C保溫4小時(shí)，保持爐壓0.9KPa，隨后停爐降溫至850°C芯棒出爐，緩冷至常 溫。
【權(quán)利要求】
1.一種熱軋無縫鋼管用芯棒的制備方法，其特征在于，所述芯棒的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)由下列組份組成:c:0.4-0.5，Si:0.2-0.4，Mn:0.8-1.0，Cr:3.2-3.4，N1:4.5-5.5，W:3.2-3.4, V:0.4-0.6, Co:1.1-1.3, Al:0.1-0.3, Ce:0.15-0.25，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)；所述制備方法包括如下步驟: .1)配料熔煉:確保冶煉鋼液成分均勻； .2)澆注:有兩種方式，其一，在澆注前,將待澆芯棒模具軸向與離心機(jī)主軸相互垂直，芯棒鼻部朝外；其二，生產(chǎn)規(guī)格大的芯棒，將待澆芯棒模具軸向與離心機(jī)主軸相互平行或重合，芯棒鼻部朝下；澆注時(shí)，金屬液會(huì)順序進(jìn)入芯棒模具型腔，離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)速200-2IOrpm ;待鋼液全部注入模具型腔，調(diào)整離心鑄造機(jī)轉(zhuǎn)速為310_330rpm ； .3)熱處理:將芯棒裝爐，用氮?dú)馀懦鰻t內(nèi)空氣，爐溫升至930-950°C時(shí)，按3-5毫升/分鐘的速度向爐內(nèi)滴入乙醇水溶液，其中乙醇與水體積比為1: 1-2，促使該乙醇水溶液與芯棒表面層發(fā)生氧化反應(yīng)；將爐溫升至約1090-1110°C保溫3-5小時(shí)，保持爐壓0.7-1.1KPa,隨后停爐降溫至830-870°C芯棒出爐，緩冷至常溫。
【文檔編號(hào)】B22D13/00GK103805885SQ201210444562
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月8日
【發(fā)明者】林永峰 申請(qǐng)人:無錫新三洲特鋼有限公司