专利名称：高强韧连轧管机芯棒用钢及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型高强韧连轧管机芯棒材料。目前市场上的用钢为H13和Hll 等高合金热作模具钢，而本发明涉及的钢种为一种中低合金钢。
背景技术：
世界上第一套大口径MPM连轧管机于1978年在意大利达尔明钢管厂建成投产。 MPM的出现将连轧管工艺技术发展到了一个全新的水平，由于MPM在技术、产品质量和生产效率等方面的诸多优势，一经问世便在全世界得到迅速推广和应用。尤其是上世纪八十年代以来，受石油产业对油井管需求旺盛的影响，促使了 MPM技术的飞速发展。近年来我国引进多条MPM生产线，其主要耗材芯棒基本依赖进口，大直径芯棒技术含量高、制造难度大，目前只有法国、意大利、德国等少数几个国家具有生产能力。我国目前的芯棒制造能力与国外差距很大，尤其是大直径芯棒，尺寸在O^SOmm规格以上的芯棒制造还是空白，全部依赖进口，进口芯棒不仅价格昂贵，而且供货周期长，供需矛盾十分突出ο大口径连轧管机芯棒制造技术难点存在两个方面一是缺乏高质量大直径芯棒坯的制造技术和设备；二是缺乏芯棒热处理的组织控制、长杆件机械加工的精度控制以及表面镀硬铬的相关技术和装备。首先，大直径芯棒坯的制造需要高质量的大型热作模具钢钢锭，由于尺寸效应，钢锭越大，其冶金质量、碳化物、偏析控制难度将大幅度提高。优质芯棒坯的制造，不仅需要真空精炼、电渣重熔等先进的冶金质量控制设备作为基本条件，还需要高温均质、多向锻造、 组织超细化等最先进的技术和装备作保证。其次，根据国外经验，对于芯棒这类细长类的大型模具钢产品需要专业的带双操作机的大吨位快锻机进行生产，国内几乎没有这类专业设备。而且，只有系统地掌握从大型钢锭冶金质量与组织控制、锻后组织控制、芯棒坯组织控制，到芯棒的淬火热处理、回火热处理系列成套微观组织控制技术，才能充分发挥模具钢中合金元素的强韧化作用，制造出兼有优良高温强度又有优良高温高韧性的大直径芯棒，满足实际使用的需求。
发明内容
发明目的本发明针对芯棒用钢的成分优化、冶金质量控制、锻、轧工艺控制、应用性技术等研究工作，开发出新型连轧管机高高强韧芯棒用钢材料，以期替代进口的昂贵的芯棒。本发明的特征在于
1、成分设计在H13的基础上降低了 C含量，更好形成单相均质组织，能保证芯棒在在使用过程中由于冷热交替而引起的相变在芯棒表层引起的体积变化最小。合金含量比较低，使得钢的韧性大幅上升，同时加入微量的Nb，使得钢的强韧配比达到一个比较理想的状态。
2、合金成分该新型高强韧连轧管机芯棒用钢的主要合金元素为(质量百分比)
C0. 20-0. 35%
Si0. 6-1. 0 %
Mn0. 9-1. 5%
Cr3. 0-6. 0 %
Mo0. 40-0. 75%
V0. 30-0. 70%
Nb彡 0. 04%
其余为1 和不可避免的杂质元素，杂质元素中S ^ 0. 005% ；P 0. 01 ；0 30ppm。高强韧连轧管机芯棒用钢的制备工艺，该制备工艺采用如下步骤进行
A.熔炼将合金按权利要求1的配方配料后放置于电炉中，在1500°C以上的温度进行熔炼，浇注Φ 200mm-Φ 800mm电极棒；
B.电渣重熔电渣重熔的参数为化渣电压50-65V，电流3000-5000A、电制度电压 57-59V,电流 11000-12000A、封顶电压 57-59V，填充比为 0. 8 ；
C.电渣重熔后退火于700°C退火8小时，随后随炉冷却；
D.锻造钢锭加热至1150 1250°C，进行粗锻，终锻温度彡850°C，锻造比应不小于6；
E.锻后退火于700°C退火8小时，随后随炉冷却；
F.热处理工艺920-940°C淬火，600-630°C回火两小时。该钢种含有较低含量的合金元素，使得钢的韧性较传统芯棒用钢得到大幅提升， 同时加入微量的Nb，使得钢的强韧配比达到一个比较理想的状态。在推荐热处理工艺条件下，硬度为344-370HB，平均冲击值为70J左右。
图1为发明钢在推荐热处理条件下与成品H13实心芯棒的硬度，冲击韧性比较。
具体实施例方式1.本实施例生产了一种钢，其主要成分如下
C0.33%Si0. 9%Mn1.2%Cr4. 34%Mo0.52%V0. 52%Nb0.03%Fe余量
2.制备工艺及热处理工艺
A.熔炼合金按上述成分设计后，进行电炉熔炼，将上述配方中的配合料放置于电炉中，在1500°C以上的温度进行熔炼，浇注Φ400mm-Φ450mm电极棒；
B.电渣重熔电渣重熔后可降低气体和夹杂物的含量，并获得成份均勻、组织致密、质量高的钢锭，化渣电压58V，电流3000-5000A、电制度电压57V，电流11500A、封顶电压58V， 填充比为0.8;
C.渣重熔后退火于700°C退火8小时，随后随炉冷却；
D.锻造钢锭加热至1150 1250°C，进行粗锻，终锻温度彡850°C，锻造比应不小于6；E.锻后退火于700°C退火8小时，随后随炉冷却；
F.热处理工艺920°C淬火，620°C回火两小时1次；
G.硬度及冲击韧性在推荐的热处理工艺条件下，硬度值为344-371HB，冲击韧性值为 70 J左右。 优点及效果
经合金优化设计以及推荐热处理工艺，该新型高强韧连轧管机芯棒用钢的韧性得到很大的提升，开V2缺口的冲击试样测试结果为70J左右，而同样硬度的H13开V2缺口试样的冲击韧性为17J左右。
权利要求
1.高强韧连轧管机芯棒用钢，其特征在于该钢的成分以质量百分含量计为C: 0. 20-0. 35% ；Si :0. 6-1. 0% ；Mn :0. 9-1. 5% ；Cr :3. 0-6. 0% ；Mo :0. 40-0. 75% ；V :0. 30-0. 70% ； Nb ^ 0. 04% ；其余为 Fe。
2.高强韧连轧管机芯棒用钢的制备工艺，其特征在于该制备工艺采用如下步骤进行A.熔炼将合金按权利要求1的配方配料后放置于电炉中，在1500°C以上的温度进行熔炼，浇注Φ 200mm-Φ 800mm电极棒；B.电渣重熔电渣重熔的参数为化渣电压50-65V，电流3000-5000A、电制度电压 57-59V,电流 11000-12000A、封顶电压 57-59V，填充比为 0. 8 ；C.电渣重熔后退火于700°C退火8小时，随后随炉冷却；D.锻造钢锭加热至1150 1250°C，进行粗锻，终锻温度彡850°C，锻造比应不小于6；E.锻后退火于700°C退火8小时，随后随炉冷却；F.热处理工艺920-940°C淬火，600-630°C回火两小时。全文摘要
本发明涉及一种高强韧连轧管机芯棒用钢材料。该钢的成分以质量百分含量计为C0.20-0.35%；Si:0.6-1.0%；Mn0.9-1.5%；Cr3.0-6.0%；Mo0.40-0.75%；V0.30-0.70%；Nb≤0.04%；其余为Fe。该材料的制备工艺是电炉熔炼→电渣重熔→退火→锻造→退火后，具有良好的机加工性能；再经过热处理(淬火→高温回火)。在同样为成品条件下，新钢种的冲击韧性较H13有大幅的提升，在对芯棒冲击性能要求苛刻的条件下，能够替代H13钢，从而提高生产效率，降低生产成本。
文档编号C22C38/26GK102337464SQ20111025717
公开日2012年2月1日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者吴晓春, 李丰, 许珞萍, 闵永安 申请人:上海大学