专利名称：一种连轧管机限动芯棒的制造方法
技术领域：
本发明属于铁基合金钢产品的制造方法，涉及一种连轧管机限动芯棒的制造方 法，特别涉及4Cr5MoSiVl连轧管机限动芯棒的制造方法。生产的产品适用作无缝钢管连轧 机组用限动芯棒。
背景技术：
限动芯棒是无缝钢管连轧机组的重要热变形工具。当连轧管机组轧制钢管时，实 心管坯经过穿孔机加工成空心管坯后，进入连轧管机组轧制钢管。在连轧机组轧制过程中， 轧辊挤压管坯的外壁，限动芯棒挤压管坯的内壁，使管坯金属产生挤压变形。限动芯棒常用钢种为X35CrMoV05KU (意)，相当于国家标准GB1299中的 4Cr5MoSiVl，或美国ASTM A681标准中的H13。芯棒的制造、检测、验收通常执行意大利的 INNSE标准，化学成份、机械性能要求和非金属夹杂物规定值如下 表1、化学成份(％)
元素CMnSiS+PSCrMoV
0. 30-0.70-4. 50-1. 30-0. 70-规格0. 380. 601. 200.0200. 0085. 501. 701.20表2、室温机械性能
σb (MPa)σ 0.2 (MPa)δ 5 (%)Ψ (%)Akr (J)硬度(HB)1127-1274彡931彡8彡25^lO350-390芯棒淬火和回火后的奥氏体晶粒度应不低于8级。芯棒淬火和回火后的整体硬 度为350-390HB，并且同一支芯棒上的最大硬度值与最小硬度值的硬度值之差最大不超过 30HB。表3、非金属夹杂物(按ASTM E45标准)
项目ABCD细系粗系细系粗系细系粗系细系粗系规定值彡2.0彡2.0彡2.0彡2.0彡2.0彡2. 0彡1.0彡1. 0 4Cr5MoSiVl (H13)钢是一种通用热作模具钢，该钢含有Cr、Si、Mn、Mo、V等合金元 素，具有很高的淬透性；并且，由于Mo、V等合金元素阻碍晶粒长大，经过1050°C以下高温加
3热淬火仍能保持较细的晶粒尺寸；高温回火后析出Mo2C和V4C3型碳化物，具有二次硬化特 性。经过适当的淬火、回火热处理后，该钢可获得较高的硬度、强度、韧性和耐热疲劳性，并 具有良好的高温强度和较好的抗回火软化性能。同时，由于该钢含有较高的Cr和Si，热处 理后具有较好的抗氧化性和抗蚀性。由于4Cr5MoSiVl(H13)钢具有上述优良的综合性能， 所以被广泛应用于限动芯棒材料。但是，由于该钢含有较大量的Cr、Mo、V等强碳化物形成元素，在凝固中因为选分 结晶的作用，高熔点的碳化物首先形核结晶，形成碳与合金元素富集区域。铸锭中的粗大枝 晶经过锻造、轧制等热加工后沿变形方向被拉长，形成碳与合金元素富集区与贫化区交替 分布的带状组织，从而造成力学性能的各向异性。带状组织中碳与合金元素富集区与贫化 区经过退火及最终淬回火热处理后显微组织不同，并且由于存在与基体组织性质相差悬殊 的一次碳化物，导致基体连续性被破坏，容易造成局部应力集中，在外来应力作用下成为裂 纹源，明显降低钢的韧性。尤其是大截面的钢材，其心部的横向冲击韧性往往只有表面纵向 韧性的30% 40%。现有技术中，限动芯棒的生产工艺采用炉外精炼常规铸造钢锭，缩孔、疏松、粗大 的中心等轴晶区、A型和V型偏析以及尾部沉积锥等组织结构缺陷在大钢锭中仍然存在，并 且，由于常规铸造钢锭冷却速度缓慢，二次枝晶间距大，宏观偏析和微观偏析严重。尤其H13 钢属于含CO. 4%的5% Cr型合金工具钢，液固相线温差大，钢锭中柱状晶发达，枝晶间的内 缩孔造成致密性降低，中心等轴晶区碳与合金元素偏析严重。
发明内容
本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种能够全面满足限动芯棒 性能要求、特别是横向冲击韧性的连轧管机限动芯棒的制造方法。本发明采用偏心炉底出钢电炉、钢包精炼和真空去气(EBT+LF+VD)冶炼，初轧机 轧制电极，双极串联电渣重熔，锻造开坯后轧制芯棒毛坯，经过退火、粗车以及预备热处理 后，进行淬火+高温回火成品调质热处理，最后精车、镀铬，制得4Cr5MoSiVl限动芯棒，具体 内容如下。本发明的内容是一种连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是包括下列步骤a、冶炼采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气 工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例为C 0. 30 0. 38%、Mn≤0. 60%, Si 0. 70 1. 20%, S+P ≤ 0. 020%, S ≤0. 008%, Cr 4. 50 5. 50%, Mo 1. 30 1. 70%, V 0. 70 1. 20%、余量为铁；出钢后浇注成2. 8 3. 5t方锭；b、轧制电渣重熔电极将2. 8 3. 5t方锭在彡500°C温度下红送至轧机初轧开坯 成规格为厚250X宽470 500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；C、电渣重熔采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50 55V，工作电流为 11500士500A ；电渣渣系采用质量比例为CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 电渣重熔后的钢锭退火；d、锻造坯料将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温 度1150 1290°C、时间5 25h ；然后采用1180 1250°C加热温度进行锻造加工，采用快 锻压机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400 450mm的方坯料；
e、轧制芯棒毛坯采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ 180 250Χ 长11000 14500mm的芯棒毛坯，然后退火；f、组织预处理轧制芯棒毛坯经过980 IlOiTC加热保温5 25h后油冷淬火、 以及850 890°C退火的组织预处理，然后进行粗车；g、成品热处理将粗车后芯棒毛坯采用1000 1050°C保温1 6h的油冷淬火， 然后在550 650°C保温5 IOh油冷回火2 3次。本发明的内容中步骤a所述冶炼中，出钢温度较好的是控制在1550 1560°C。本发明的内容中步骤b所述轧机可以是Φ825mm轧机。本发明的内容中步骤c所述电渣重熔后钢锭锭重较好的是3500 5000Kg。本发明的内容中步骤d所述快锻压机可以是2000t快锻压机。本发明的内容中步骤e所述轧机可以是Φ825mm轧机。本发明的内容中步骤c所述电渣重熔中，重熔时可以采用不交换电极的方式，并 采用递减功率重熔工艺，以避免交换电极引起的一系列问题。本发明所述连轧管机限动芯棒的制造方法中，加工过程总的热加工变形量较好的 是彡15。与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果(1)本发明采用mT+LF+VD炉外精炼工艺，以保证S彡0. 008%, S+P彡0. 020%的 残余元素控制，并通过真空处理和Al、Ca脱氧使钢中氧含量降到尽可能低的水平，同时经 过VD真空处理使钢中H含量尽可能降低；LF+VD炉外精炼后轧制电极并去除头尾后进一步 采用电渣重熔，去除钢中夹杂物，利用电渣重熔有利的凝固条件、并且选用双极串联电渣重 熔的方式尽可能减轻偏析；电渣重熔后采用锻造开坯、轧制成材的热加工工艺生产限动芯 棒毛坯，避免由于压机、汽锤锻造成材时动作频率不足导致超细长件停锻温度过低产生热 加工裂纹缺陷，并防止锻造成材时表面局部变形不均勻的特点导致冷却应力裂纹；对退火 后的芯棒毛坯经过(980 1100) °C X (5 25)h油冷淬火、以及850 890°C退火的组织 预处理(例如可以是采用1080°C 乂101!淬火+8701退火的组织预处理)，消除了沿晶分 布的大块碳化物，以提高横向冲击韧性；然后采用(1000 1050) °C保温(1 6)h的油冷 淬火、然后在550 650°C保温(5 10)h油冷回火(例如可以是采用1030°C X3h油冷 淬火+580°C X8h+620°C X8h+620°C X8h油冷回火)的芯棒成品热处理工艺；通过采用上 述合理的工艺方法，制得的4Cr5MoSiVl限动芯棒满足了限动芯棒的技术要求；(2)采用本发明，电渣重熔工艺由于冷却速度快，可以获得组织致密、成分均勻、显 微纯净度非常高的高质量钢锭，钢锭中的疏松、缩孔、夹渣、偏析、发纹等低倍缺陷都得到消 除，冶金质量改善非常显著；(3)本发明通过偏心炉底出钢电炉、钢包精炼和真空去气冶炼并轧制电极，然后电 渣重熔，锻造开坯后轧制芯棒毛坯，可保证材料具有满足限动芯棒材料所要求横向冲击韧 性等性能的能力；(4)本发明采用轧制电极，然后双极串联电渣重熔满足非金属夹杂物要求；采用 锻造开坯后轧制芯棒材料的热变形方式，保证芯棒材料得到充分变形，和全长度的变形均 勻性；(5)本发明产品制备工艺简单，实用性强。
具体实施例方式下面给出的实施例拟以对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范 围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和 调整，仍属于本发明的保护范围。实施例1 一种连轧管机限动芯棒的制造方法，包括下列步骤a、冶炼采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去 气工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例为C 0. 30%, Mn ^ 0. 60%, Si 0. 70%, S+P ^ 0. 020%, S ^ 0. 008%, Cr 4. 50%, Mo 1. 30%, V 0. 70%、余量为铁；出钢后浇注成
2.8t (吨)方锭；b、轧制电渣重熔电极将2. 8t方锭在> 500°C温度下红送至轧机初轧开坯成规格 为厚250X宽470 500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；C、电渣重熔采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50 55V，工作电流为 11500士500A ；电渣渣系采用质量比例为CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 电渣重熔后的钢锭退火；d、锻造坯料将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温 度1150 1290°C、时间5h ；然后采用1180 1250°C加热温度进行锻造加工，采用快锻压 机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400 450mm的方坯料；e、轧制芯棒毛坯采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ 180 250Χ 长11000 14500mm的芯棒毛坯，然后退火；f、组织预处理轧制芯棒毛坯经过980 1100°C加热保温5h后油冷淬火、以及 850 890°C退火的组织预处理，然后进行粗车；g、成品热处理将粗车后芯棒毛坯采用1000 1050°C保温Ih的油冷淬火，然后 在550 650°C保温5h油冷回火3次，即制得连轧管机限动芯棒产品。实施例2 一种连轧管机限动芯棒的制造方法，包括下列步骤a、冶炼采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去 气工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例为C 0. 34%, Mn ^ 0. 60%, Si 0. 90%, S+P ^ 0. 020%, S ^ 0. 008%, Cr 5. 00%, Mo 1. 50%, V 0. 90%、余量为铁；出钢后浇注成
3.2t方锭；b、轧制电渣重熔电极将3. 2t方锭在> 500°C温度下红送至轧机初轧开坯成规格 为厚250X宽470 500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；C、电渣重熔采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50 55V，工作电流为 11500士500A ；电渣渣系采用质量比例为CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 电渣重熔后的钢锭退火；d、锻造坯料将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温 度1150 1290°C、时间15h ；然后采用1180 1250°C加热温度进行锻造加工，采用快锻压 机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400 450mm的方坯料；
e、轧制芯棒毛坯采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ 180 250Χ 长11000 14500mm的芯棒毛坯，然后退火；f、组织预处理轧制芯棒毛坯经过980 1100°C加热保温15h后油冷淬火、以及 850 890°C退火的组织预处理，然后进行粗车；g、成品热处理将粗车后芯棒毛坯采用1000 1050°C保温3h的油冷淬火，然后 在550 650°C保温5 IOh油冷回火3次，即制得连轧管机限动芯棒产品。实施例3 一种连轧管机限动芯棒的制造方法，包括下列步骤a、冶炼采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去 气工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例为C 0. 38%, Mn ^ 0. 60%, Si 1.20%, S+P ^ 0. 020%, S ^ 0. 008%, Cr 5. 50%, Mo 1. 70%, V 1. 20%、余量为铁；出钢后浇注成 3. 5t方锭；b、轧制电渣重熔电极将3. 5t方锭在> 500°C温度下红送至轧机初轧开坯成规格 为厚250X宽470 500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；C、电渣重熔采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50 55V，工作电流为 11500士500A ；电渣渣系采用质量比例为CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 电渣重熔后的钢锭退火；d、锻造坯料将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温 度1150 1290°C、时间25h ；然后采用1180 1250°C加热温度进行锻造加工，采用快锻压 机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400 450mm的方坯料；e、轧制芯棒毛坯采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ 180 250Χ 长11000 14500mm的芯棒毛坯，然后退火；f、组织预处理轧制芯棒毛坯经过980 1100°C加热保温25h后油冷淬火、以及 850 890°C退火的组织预处理，然后进行粗车；g、成品热处理将粗车后芯棒毛坯采用1000 1050°C保温6h的油冷淬火，然后 在550 650°C保温5 IOh油冷回火2次，即制得连轧管机限动芯棒产品。实施例4 一种连轧管机限动芯棒的制造方法，包括下列步骤a、冶炼采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去 气工艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例为C 0. 30%, Mn ^ 0. 60%, Si 0. 70%, S+P 彡 0. 020%, S 彡 0. 008%, Cr5. 50%, Mol. 70%, V 0. 70 %、余量为铁；出钢后浇注成 2. 8 3. 5t方锭；b、轧制电渣重熔电极将2. 8 3. 5t方锭在彡500°C温度下红送至轧机初轧开坯 成规格为厚250X宽470 500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；C、电渣重熔采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50 55V，工作电流为 11500士500A ；电渣渣系采用质量比例为CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 电渣重熔后的钢锭退火；d、锻造坯料将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温 度1150 1290°C、时间8h ；然后采用1180 1250°C加热温度进行锻造加工，采用快锻压
7机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400 450mm的方坯料；e、轧制芯棒毛坯采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ 180 250Χ 长11000 14500mm的芯棒毛坯，然后退火；f、组织预处理轧制芯棒毛坯经过980 1100°C加热保温8h后油冷淬火、以及 850 890°C退火的组织预处理，然后进行粗车；g、成品热处理将粗车后芯棒毛坯采用1000 1050°C保温4h的油冷淬火，然后 在550 650°C保温5 IOh油冷回火2次，即制得连轧管机限动芯棒产品。实施例5-11:一种连轧管机限动芯棒的制造方法，包括下列步骤a、冶炼采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工 艺冶炼，获得的钢的组成和质量百分比例见表1，出钢后浇注成2. 8 3. 5t方锭；b、轧制电渣重熔电极将2. 8 3. 5t方锭在彡500°C温度下红送至轧机初轧开坯 成规格为厚250X宽470 500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；C、电渣重熔采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50 55V，工作电流为 11500士500A ；电渣渣系采用质量比例为CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 电渣重熔后的钢锭退火；d、锻造坯料将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温 度1150 1290°C、时间5 25h ；然后采用1180 1250°C加热温度进行锻造加工，采用快 锻压机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400 450mm的方坯料；e、轧制芯棒毛坯采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ 180 250Χ 长11000 14500mm的芯棒毛坯，然后退火；f、组织预处理轧制芯棒毛坯经过980 IlOiTC加热保温5 25h后油冷淬火、 以及850 890°C退火的组织预处理，然后进行粗车；g、成品热处理将粗车后芯棒毛坯采用1000 1050°C保温1 6h的油冷淬火， 然后在550 650°C保温5 IOh油冷回火2 3次。表1 钢的组成和质量百分比例
权利要求
1.一种连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是包括下列步骤a、冶炼采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶 炼，获得的钢的组成和质量百分比例为C 0. 30 0. 38%,Mn^O. 60%,Si 0. 70 1. 20%、 S+P ≤0. 020%, S ≤ 0. 008%, Cr 4. 50 5. 50%, Mo 1. 30 1. 70%, V 0. 70 1. 20%, 余量为铁；出钢后浇注成2. 8 3. 5t方锭；b、轧制电渣重熔电极将2.8 3. 5t方锭在> 500°C温度下红送至轧机初轧开坯成规 格为厚250X宽470 500mm，经退火、研磨、切除头尾后即制得电渣重熔用电极；c、电渣重熔采用双极串联电渣炉重熔，炉口工作电压为50 55V，工作电流为 11500士500A ；电渣渣系采用质量比例为CaF2 Al2O3 MgO = 60 35 5的三元渣系； 电渣重熔后的钢锭退火；d、锻造坯料将电渣重熔并退火后的钢锭经过均质化处理，处理的工艺参数为温度 1150 1290°C、时间5 25h ；然后采用1180 1250°C加热温度进行锻造加工，采用快锻 压机把电渣重熔后的钢锭锻造成规格为边长400 450mm的方坯料；e、轧制芯棒毛坯采用轧机将锻造后的方坯料轧制成规格为直径Φ180 250Χ长 11000 14500mm的芯棒毛坯，然后退火；f、组织预处理轧制芯棒毛坯经过980 1100°C加热保温5 25h后油冷淬火、以及 850 890°C退火的组织预处理，然后进行粗车；g、成品热处理将粗车后芯棒毛坯采用1000 1050°C保温1 6h的油冷淬火，然后 在550 650°C保温5 IOh油冷回火2 3次。
2.按权利要求1所述的连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是步骤a所述冶炼中， 出钢温度控制在1550 1560 0C ο
3.按权利要求1或2所述的连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是步骤b所述轧 机是Φ 825mm轧机。
4.按权利要求1或2所述的连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是步骤c所述电 渣重熔后钢锭锭重3500 5000Kg。
5.按权利要求1或2所述的连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是步骤d所述快 锻压机是2000t快锻压机。
6.按权利要求1或2所述的连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是步骤e所述轧 机是Φ 825mm轧机。
7.按权利要求1或2所述的连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是步骤c所述电 渣重熔中，重熔时采用不交换电极的方式，并采用递减功率重熔工艺。
全文摘要
一种连轧管机限动芯棒的制造方法，其特征是包括采用偏心炉底出钢电炉初次冶炼、LF加热炉钢包精炼和VD炉真空去气工艺冶炼，获得4Cr5MoSiV1钢；出钢后浇注成方锭；将方锭红送至轧机初轧开坯成电渣重熔电极；采用双极串联电渣炉重熔，电渣渣系采用质量比例为CaF2∶Al2O3∶MgO＝60∶35∶5的三元渣系；锻造坯料，轧制芯棒毛坯，组织预处理；再经成品热处理，即将粗车后芯棒毛坯采用1000～1050℃保温1～6h的油冷淬火、然后在550～650℃保温5～10h油冷回火2～3次，制得连轧管机限动芯棒产品。采用本发明，制得的限动芯棒能够全面满足限动芯棒性能要求、特别是横向冲击韧性等性能的要求。
文档编号B23P15/00GK102000954SQ20101055694
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者余志川, 屈小科, 欧阳明, 罗通伟, 胡峰荣, 谢珍勇, 黎强 申请人:攀钢集团江油长城特殊钢有限公司, 攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司