本發(fā)明涉及管材技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低合金超高強(qiáng)度鋼及其制備無縫鋼管的方法。

背景技術(shù)：

室溫條件下抗拉強(qiáng)度大于1400MPa、屈服強(qiáng)度于大1200MPa的鋼被稱為超高強(qiáng)度鋼，通常還要求具有良好的塑、韌性、優(yōu)異的疲勞性能、斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能。超高強(qiáng)度鋼管大量應(yīng)用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、飛機(jī)起落架等性能有特殊要求的領(lǐng)域，而且其使用范圍正在不斷地?cái)U(kuò)大到建筑、機(jī)械制造、車輛和其他軍用及民用裝備上。

AISI 4340是最早出現(xiàn)的低合金超高強(qiáng)度鋼，也是低合金超高強(qiáng)度鋼的典型代表，通過淬火和低溫回火處理，AISI 4130、4140、4330或4340鋼的抗拉強(qiáng)度均可超過1500MPa，而且缺口沖擊韌性較高。

為了抑制低合金超高強(qiáng)度鋼回火脆性，美國國際鎳公司開發(fā)了300M鋼。該鋼通過添加了1～2％的硅來提高回火溫度(260～315℃)，并可抑制回火脆性。300M鋼在1966年后成為美國軍機(jī)和主要民航飛機(jī)的起落架材，已經(jīng)成為世界上強(qiáng)度最高、綜合性能最好、應(yīng)用最廣泛和聲譽(yù)最好的起落架用鋼。是美國低合金超高強(qiáng)度鋼的成功代表。

由于300M鋼中的碳、硅及合金含量較高，管坯在進(jìn)行斜軋穿孔時(shí)的變形抗力較大，荒管易形成圈裂及其他內(nèi)、外表面缺陷，因此，該類無縫鋼管通常采用熱擠壓工藝進(jìn)行生產(chǎn)。熱擠壓技術(shù)雖然較好解決了荒管內(nèi)、外表面缺陷的問題，但生產(chǎn)成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低合金超高強(qiáng)度鋼及其制備無縫鋼管的方法，

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種低合金超高強(qiáng)度鋼，包括以下原料以重量百分比計(jì)：0.39～0.43％的C，1.4～1.8％的Si，1～1.2％的Mn，0～0.015％的P，0～0.008％的S，0.85～1.05％的Cr，1.4～1.8％的Ni，0.1～0.2％的Ti，0.04～0.06％的Rb，0.3～0.4％的Mo，0.1～0.2％的V，≤0.25％的Cu，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，包括以下原料以重量百分比計(jì)：0.41％的C，1.6％的Si，1.1％的Mn，0.006％的P，0.002％的S，0.95％的Cr，1.6％的Ni，0.15％的Ti，0.05％的Rb，0.35％的Mo，0.15％的V，0.05％的Cu，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

上述低合金超高強(qiáng)度鋼制備無縫鋼管的方法，包括以下步驟：

S1.將原料電渣錠在1220～1240℃下保溫2～3h，穿孔，軋管，制得荒管；

S2.將荒管冷卻至500℃以下，然后加熱到860～880℃，油淬，然后在280～300℃下進(jìn)行一次回火，冷卻至室溫，在280～300℃下進(jìn)行二次回火，冷卻至室溫。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中穿孔是采用二輥斜軋桶形輥穿孔機(jī)進(jìn)行穿孔。

進(jìn)一步地，所述二輥斜軋桶形輥穿孔機(jī)的工藝參數(shù)包括：喂入角為4.5°～6.5°，碾軋角為-3°～3°，頂伸量為160～280毫米，輥距為220～680毫米，軋輥轉(zhuǎn)速為15～30r/min。

進(jìn)一步地，所述軋管的具體操作為：采用周期軋管機(jī)軋制，采用二輥定徑機(jī)來進(jìn)行定徑，控制終軋溫度為900～950℃。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中回火的冷卻方法為空冷。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的低合金超高強(qiáng)度鋼具有高強(qiáng)度、高斷裂韌性、良好的塑韌性、優(yōu)秀的抗應(yīng)力腐蝕性能及優(yōu)良的抗疲勞性能，同時(shí)采用“斜軋穿孔+周期軋管”工藝生產(chǎn)的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管不僅內(nèi)、外表面質(zhì)量好，達(dá)到了熱擠壓工藝軋制的水平，而且還具有生產(chǎn)成本低、成材率較高的優(yōu)勢(shì)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的金相組織圖；

圖2為本發(fā)明低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的晶粒度圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

實(shí)施例

一種低合金超高強(qiáng)度鋼，包括以下原料以重量百分比計(jì)：0.39～0.43％的C，1.4～1.8％的Si，1～1.2％的Mn，0～0.015％的P，0～0.008％的S，0.85～1.05％的Cr，1.4～1.8％的Ni，0.1～0.2％的Ti，0.04～0.06％的Rb，0.3～0.4％的Mo，0.1～0.2％的V，≤0.25％的Cu，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

在上述實(shí)施例中，本發(fā)明設(shè)計(jì)的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管是在300M鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，與300M鋼的化學(xué)成分相比，本發(fā)明采用的低合金超高強(qiáng)度鋼中添加了鈦元素和稀土銣元素，降低了碳含量，增加了錳含量與鉻含量。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的化學(xué)成分中含1.40-1.80％的Si能阻礙鋼中碳化物向滲碳體轉(zhuǎn)變，這對(duì)消除應(yīng)力和除氫都十分有利，Si還能顯著改善應(yīng)力腐蝕特性，尤其是在介質(zhì)中的裂紋擴(kuò)展特性。但Si含量較高，進(jìn)行斜軋穿孔時(shí)荒管易形成圈裂及其他內(nèi)表面缺陷。

為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)的的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管中加入了Ti元素和稀土Rb元素，降低了碳含量，其目的在于減小或消除鋼中高含量Si的影響，防止鋼管形成圈裂及其他內(nèi)表面缺陷。其中，Ti在電渣錠凝固過程中與鋼中的N結(jié)合形成TiN，可細(xì)化電渣錠的凝固組織及晶粒，從而提高鋼管在穿孔溫度下的高溫加工塑性；稀土銣元素不僅能夠改善鋼的鑄態(tài)組織、細(xì)化晶粒，提高鋼管在穿孔溫度下的高溫加工塑性，而且能夠凈化鋼液、變質(zhì)非金屬夾雜物，改善其形態(tài)及分布規(guī)律，提高材料的斷裂韌性；較低的碳含量也有利于提高其穿孔溫度下的高溫塑性，從而減少鋼管內(nèi)裂的發(fā)生。

鋼中的碳含量降低后，將導(dǎo)致成品鋼管的強(qiáng)度下降，為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管在降低碳含量的同時(shí)，增加了鋼中的Mn含量與Cr含量，添加了Ti元素，從而保證其強(qiáng)度指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，低合金超高強(qiáng)度鋼包括以下原料以重量百分比計(jì)：0.41％的C，1.6％的Si，1.1％的Mn，0.006％的P，0.002％的S，0.95％的Cr，1.6％的Ni，0.15％的Ti，0.05％的Rb，0.35％的Mo，0.15％的V，0.05％的Cu，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

在本發(fā)明方法生產(chǎn)低合金超高強(qiáng)度用無縫鋼管的一個(gè)示例中，生產(chǎn)工藝流程包括：電弧爐冶煉、LF爐精煉、真空脫氣、電渣重熔、電渣錠、斜軋穿孔、軋管、熱處理、精整、探傷、檢查、鋼管成品；具體低合金超高強(qiáng)度鋼制備無縫鋼管的方法，包括以下步驟：

S1.將原料電渣錠在1220～1240℃下保溫2～3h，穿孔，軋管，制得荒管；

S2.軋制后的荒管空冷至500℃以下后，再將其加熱到860-880℃，保溫后出爐進(jìn)行油淬，油淬后進(jìn)行二次回火，第一次回火的回火溫度為280-300℃，保溫出爐后冷卻至室溫，再進(jìn)行第二次回火，回火溫度為280-300℃，保溫出爐后冷卻至室溫。

具體地，所述步驟S1中穿孔是采用二輥斜軋桶形輥穿孔機(jī)進(jìn)行穿孔；所述二輥斜軋桶形輥穿孔機(jī)的工藝參數(shù)包括：喂入角為4.5°～6.5°，碾軋角為-3°～3°，頂伸量為160～280毫米，輥距為220～680毫米，軋輥轉(zhuǎn)速為15-30r/min；所述軋管的具體操作為：采用周期軋管機(jī)軋制，采用二輥定徑機(jī)來進(jìn)行定徑，控制終軋溫度為900～950℃；所述步驟S2中回火的冷卻方式為空冷。

最后再經(jīng)過精整、探傷、檢驗(yàn)、包裝工序，即得到成品鋼管。

在本發(fā)明方法生產(chǎn)低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的一個(gè)示例中，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的內(nèi)外表面無缺陷，壁厚公差控制在±10％，其主要物理性能指標(biāo)如下：

1.非金屬夾雜物

采用上述實(shí)施例中低合金超高強(qiáng)度鋼制備的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管中非金屬夾雜物情況如表1所示。

表1非金屬夾雜物評(píng)級(jí)表

注：非金屬夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 10561-2005。

2.拉伸性能

采用上述實(shí)施例中低合金超高強(qiáng)度鋼制備的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的拉伸性能如表2所示。

表2低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的拉伸性能表

注：1、拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)采用GB/T 228.1-2010；

2、沖擊試驗(yàn)采用GB/T 229-2007。

結(jié)果顯示其強(qiáng)度、沖擊韌性均優(yōu)于普通300M鋼。

3.金相組織

采用上述實(shí)施例中低合金超高強(qiáng)度鋼制備的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的金相組織為回火馬氏體，其在500倍顯微鏡下、經(jīng)4％的硝酸酒精溶液腐蝕后的金相組織圖片如圖1所示

4.晶粒度

采用上述實(shí)施例中低合金超高強(qiáng)度鋼制備的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的晶粒度為8.5級(jí)，測(cè)定依照ASTM E112標(biāo)準(zhǔn)，其在100倍顯微鏡下、飽和苦味酸水溶液腐蝕后的晶粒度圖片如圖2所示。

5.斷裂韌性

采用上述實(shí)施例中低合金超高強(qiáng)度鋼制備的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的斷裂韌性檢測(cè)試驗(yàn)采用GB/T 4161-2007《金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌度KIC試驗(yàn)方法》，檢測(cè)結(jié)果為：跨距S為4W，實(shí)際S為112毫米，KIC為88.56MPa.m^0.5，而普通300M鋼的斷裂韌性為79.32MPa.m^0.5，說明其斷裂韌性優(yōu)于普通300M鋼。

6.疲勞性能

采用上述實(shí)施例中低合金超高強(qiáng)度鋼制備的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的疲勞性能按照GB/T24176-2009中推薦方法計(jì)算得到的在指定壽命10⁷下中值，其疲勞強(qiáng)度及變異系數(shù)見下表3所示。

表3低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的疲勞強(qiáng)度及變異系數(shù)表

由表3可以看出，本發(fā)明低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管的疲勞性能優(yōu)于普通300M鋼。

7.抗應(yīng)力腐蝕性能

試驗(yàn)采用WOL試樣，厚度、寬度和長度分別為26、63、82毫米，取向T-L，試驗(yàn)介質(zhì)為35℃、3.5％的NaCl水溶液(不除氧氣)、PH＝7.0。

結(jié)果顯示K_ISCC/K_IC為0.32，而普通300M鋼的K_ISCC/K_IC為0.24。說明其抗應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于普通300M鋼。

綜上所述，采用本發(fā)明的生產(chǎn)方法制備的低合金超高強(qiáng)度無縫鋼管不僅生產(chǎn)成本低、成材率較高、內(nèi)外表面質(zhì)量好，壁厚精度高，而且其強(qiáng)度、沖擊韌性、斷裂韌性、抗應(yīng)力腐蝕性能及疲勞性能均優(yōu)于普通300M鋼。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。