一种限动芯棒的制备方法
【专利摘要】本发明属于芯棒生产【技术领域】，具体涉及一种限动芯棒的制备方法，经选料-精炼-锻造-粗加工-热处理-精加工而成，所述精炼时选用H13钢和Ni钢作为原料，采用电弧炉冶炼+钢包精炼/真空脱气方式精炼，所加Ni的重量百分比为0.30~0.40%，精炼后浇注成钢锭，钢锭脱模后热送锻造。本发明公开了一种在保证材料具有高强度的同时、大幅提升限动芯棒的冲击韧性进而提高限动芯棒的使用寿命的限动芯棒的制备方法。
【专利说明】-种限动芯棒的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于芯棒生产【技术领域】，具体涉及一种限动芯棒的制备方法。
【背景技术】
[0002] 限动芯棒是生产热轧无缝钢管所必需的最重要的工模具，该产品在无缝钢管轧制 过程中表面温度在较短时间内达600°C?800°C，用后在冷却平台喷水激冷至100±20°C， 并迅速再次上线循环使用。轧制过程中限动芯棒受限动力作用，始终以设定速度前进，承 受较大而复杂的交变载荷，主要失效特征为表面龟裂、环裂及沿轴线划伤。随着对限动芯棒 产品研究的持续深入，结合各热轧无缝管厂使用情况，发现通过提高材料的强度和冲击韧 性可有效提高限动芯棒使用寿命，其核心是合金元素的优化配比、锻造及热处理技术。现国 内外最常用的一种芯棒材料是H13(4Cr5M 〇SiVl)钢，因限动芯棒长径比多在40以上，锻造 时轴向变型量大增加了材料的各项异性，再加上材料合金元素设计等原因导致其横向冲击 功不易保证。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足提供一种在保证材料具有高 强度的同时、大幅提升限动芯棒的冲击韧性进而提高限动芯棒的使用寿命的限动芯棒的制 备方法。
[0004] 本发明的技术方案是这样实现的：一种限动芯棒的制备方法，经选料-精炼-锻 造-粗加工-热处理-精加工而成，其特征在于：所述精炼时选用H13钢和Ni钢作为原料， 采用EAF+LF/VD方式精炼，所加 Ni的重量百分比为0. 30?0. 40%，精炼后浇注成钢锭，钢 锭脱模后热送锻造。
[0005] 所述精炼过程控制钢锭中部分化学成分的重量百分比如下：C为0. 30?0. 36%， Si 为 L 05 ?L 20%，Mn 为 0· 35 ?0· 45%，Cr 为 5. 10 ?5. 50%，Mo 为 L 30 ?L 45%，V 为 0· 85 ?1. 00%，Ni 为 0· 30 ?0· 40%，S 彡 0· 005%，P 彡 0· 008%。
[0006] 所述锻造前控制加热温度为1230?1240°C，终锻温度为900°C，锻造时采用油压 机进行镦粗，变形量为28?30%。
[0007] 所述热处理时采用正火+调质工艺方式，正火温度为970?980°C，保温时间 为0.8?lh/100mm，正火雾冷至室温，然后淬火，淬火温度为1010?1020°C，保温时间为 0. 8?lh/100mm，淬火后放入28?32°C的水基液中冷却，冷却系数15s/mm，而后回火。
[0008] 本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明选用H13加 Ni钢作为原料，适量 Ni的加入可细化晶粒，提高冲击韧性；采用电弧炉冶炼+钢包精炼/真空脱气方式精炼，用 精炼钢锭代替电渣锭，精炼后浇注成钢锭，钢锭脱模后热送锻造，可降低生产成本，同时避 免电渣时气体含量增加和渣料中P的带入，利于控制氮化物水平，降低回火脆性，从而提高 材料冲击韧性；锻造时采用油压机进行镦粗，变形量28?30%，精锻机成型，较大变形量 可增加压实效果，使组织更加致密，提高横向冲击韧性；热处理工艺采用正火+调质方式进 行，通过高温正火可细化晶粒及均匀组织和成分，为淬火做好准备；同时淬火时采用水基液 冷却，提高了冷却速度和淬透深度，使得奥氏体组织充分转变成马氏体组织，从而获得较高 的横向冲击性能。
[0009] 本发明在保证材料具有高强度的同时，大幅提升限动芯棒的冲击韧性进而提高限 动芯棒的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1为本发明生产限动芯棒的热处理工艺流程图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合本发明的方法与现有技术中生产限动芯棒的工艺得到的产品的性能进 行对比来进一步对本发明进行描述。
[0012] 本发明的实施例
[0013] 一种限动芯棒的制备方法，选用芯棒钢种H13加 Ni钢，经选料-精炼-锻造-粗 加工-热处理-精加工-镀铬而成，选料后采用EAF+LF/VD精炼方式，炉料由二级或二级以 上废钢、返回料头、海绵铁等组成，EAF氧化后出钢，包中预脱氧及部分合金化，进行LF/VD 吹氩精炼，出钢前弱搅拌时间> 20min，出钢镇静后采用氩气保护浇注成钢锭，钢锭脱模后 热送锻造。
[0014] 精炼过程中控制钢锭中部分化学成分的重量百分比为：C为0. 30?0. 36%，Si为 L 05 ?L 20 %，Mn 为 0· 35 ?0· 45 %，Cr 为 5. 10 ?5. 50 %，Mo 为 L 30 ?L 45 %，V 为 0· 85 ?1. 00%，Ni 为 0· 30 ?0· 40%，S 彡 0· 005%，P 彡 0· 008%。
[0015] 在车底式燃气炉中加热，加热炉温度为1230?1240°C，坯料温度允许比炉温低 30°C，终锻温度为900°C，在锻造时采用油压机进行镦粗，变形量28?30%，精锻机成型。
[0016] 粗加工后进行热处理，采用高温正火+调质工艺方式进行，如图1所示，先进行正 火，正火温度970?980°C，保温时间为0. 9h/100mm，雾冷至室温，正火后采用调质处理工 艺，淬火温度为1010?1020°C，保温时间为lh/100mm，使工件心部达到规定温度、完成奥氏 体转变并使其均匀化，然后放入28?32°C的水基液中连续冷却，冷却系数15s/mm，获得马 氏体组织，再进行回火进行马氏体分解及残余奥氏体的继续转变，获得细小均匀的回火索 氏体组织，出炉空冷至KKTC以下，力学性能满足使用的高冲击韧性要求，然后进行精加工 和镀铬。
[0017] 对照组实施例
[0018] 该对照例是现有技术中生产限动芯棒的工艺，该工艺如下：选用芯棒钢种为H13， 经选料-精炼-锻造-粗加工-热处理-精加工-镀铬而成，选料后采用EAF+LF/VD精 炼方式，炉料由二级或二级以上废钢、返回料头、海绵铁等组成，出钢前弱搅拌，搅拌时间 > 15min，出钢镇静后采用氩气保护浇注成钢锭，钢锭脱模后热送锻造，精炼过程控制钢锭 化学成分为：C 为 0· 32 ?0· 42 %，Si 为 0· 70 ?L 20 %，Mn 彡 0· 60 %，Cr 为 4. 50 ?5. 50 %， Mo为1. 00?1. 50%，V为0. 78?1. 20%，P+S彡0. 020% ;在车底式燃气炉中加热，坯料 温度允许比炉温低40°C，锻造时采用油压机进行镦粗，精锻机成型；粗加工后进行热处理， 采用温正火+调质工艺方式进行，然后进行精加工和镀铬。
[0019] 将以上本发明的实施例及对照例的产品按GB/T228和GB/T229现有测试标准进行 测试，为更好地说明对比结果，本发明的实施例与对照例各取4个工件进行对比，结果如下 表1所示。对照例采用常规工艺生产的产品，晶粒较为粗大，造成冲击功偏低；而本发明工 艺生产的产品，晶粒能够很好地细化，同时淬火时采用水基液冷却，提高了冷却系数，使得 奥氏体组织充分转变成马氏体组织，从而获得较高的横向冲击性能。
[0020] 表1本发明实施例与对照例产品的测试数据
[0021]
【权利要求】
1. 一种限动芯棒的制备方法，经选料-精炼-锻造-粗加工 -热处理-精加工而成，其 特征在于：所述精炼时选用H13钢和Ni钢作为原料，，采用电弧炉冶炼+钢包精炼/真空脱 气方式精炼，所加 Ni的重量百分比为0. 3(Γ〇. 40%，精炼后浇注成钢锭，钢锭脱模后热送锻 造。
2. 如权利要求1所述的一种限动芯棒的制备方法，其特征在于：所述精炼过程控 制钢锭中部分化学成分的重量百分比如下：C为0.3(H). 36%，Si为1.05?1.20%，Μη为 0· 35?0· 45%，Cr 为 5. 10?5· 50%，Mo 为 1. 30?1· 45%，V 为 0· 85?1. 00%，Ni 为 0· 30?0· 40%， S 彡 0· 005%，P 彡 0· 008%。
3. 如权利要求1至2任一项所述的一种限动芯棒的制备方法，其特征在于：所述锻造 前控制加热温度为123(T1240°C，终锻温度为900°C，锻造时采用油压机进行镦粗，变形量 为28?30%。
4. 如权利要求1至3任一项所述的一种限动芯棒的制备方法，其特征在于：所述热处 理时采用正火+调质工艺方式，正火温度为97(T980°C，保温时间为0. 8?lh/100mm，正火 雾冷至室温，然后淬火，淬火温度为l〇KTl〇2(TC，保温时间为0. 8?lh/100mm，淬火后放入 28~32°C的水基液中冷却，冷却系数15s/mm，而后回火。
【文档编号】C21D8/06GK104227350SQ201410441490
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】孟令贤, 徐宁, 高全德, 王子君 申请人:中原特钢股份有限公司