一种大口径高强度BJ890起重机臂架用无缝钢管及其生产方法与流程

本发明涉及一种大口径高强度bj890起重机臂架用无缝钢管及其生产方法，属于钢管生产技术领域。

背景技术：

近年来,我国履带式起重机发展迅速,尤其是大吨位履带式起重机的崛起,对材料的性能提出更高的要求。起重机臂架是履带式起重机承载和移送、起吊重物的关键部件,不仅要具有高强度、高塑性和良好的韧性,还必须具有良好的焊接性能,并且规格多,质量要求高。目前,国内对该系列产品研发还处于起步阶段,这类高强度无缝钢管属于低碳高强度钢,是通过添加微合金化元素,再经过合理的调质处理得到回火索氏体组织,有效地发挥微合金化元素的细化晶粒及回火过程中析出强化作用,从而提高材料的强度和韧性,使钢具有较高的综合力学性能。

技术实现要素：

本发明针对上述缺陷，目的在于提供一种大口径高强度bj890起重机臂架用无缝钢管及其生产方法，具体是采用低碳高强度钢,添加微合金化元素，采用皮尔格轧管以及中频热处理工艺生产的高强度大口径中薄壁钢管的生产方法。

为此本发明采用的技术方案是：一种大口径高强度bj890起重机臂架用无缝钢管，其组分和质量百分比为：c：0.15～0.18%，si:0.20～0.50%,mn:1.0～1.5%,p≤0.020%,s≤0.015%,v:0.05～0.12%,nb+ti:0.065～0.09%,ni≤1.50%,cu≤0.15%,mo:≤0.80%,cr≤1.0%,al:0.015～0.060%,al/n≥2，其余为fe和微量杂质元素。

一种大口径高强度bj890起重机臂架用无缝钢管的生产方法，按照以下步骤进行：

①按上述钢种组成元素重量成分配料冶炼，电炉或转炉炼钢，经lf精炼完后的钢水经过vd真空除气，喂入钙丝控制夹杂物形态，随后喂入钛丝，后上连铸平台进行连铸，连铸过程中采用电磁搅拌和气体保护；并控制a、b、c、d和ds类夹杂不大于1.5级，且单系和不大于6.0级，气体含量[0]≤38ppm，[n]≤80ppm，[h]≤2.5ppm；

②轧制：

1）检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1200～1240°c，穿孔温度控制为1180～1220°c，变形量≥30%；

2）穿孔后内外除鳞，进行皮尔格轧制，轧制温度1000～1050°c，变形量≥50%；

3）皮尔格轧制后，进行回转定径，变形量≤5%，终轧温度820～850℃；

4）定径后冷却至室温；

5）成品热处理采用中频热处理，淬火温度930±10℃，接着水淬，回火温度580°c～630°c，空冷至室温。

本发明的优点是：本发明通过对低碳高强度钢,添加微合金化元素,经过皮尔格锻轧，以及成品中频淬火，及回火得到回火索氏体组织,有效地发挥微合金化元素的细化晶粒、中频快速加热的细化晶粒及回火过程中析出强化作用,从而提高材料的强度和韧性,使钢具有较高的综合力学性能，达到bj890起重机臂架用无缝钢管的要求。

附图说明

图1为本发明中频淬火工艺坐标图。

图2为本发明回火工艺坐标图。

具体实施方式

实施例一：

一种大口径高强度bj890起重机臂架用无缝钢管，其组分和质量百分比为：c：0.18%，si:0.30%,mn:1.5%,p≤0.020%,s≤0.015%,v:0.05～0.12%,nb+ti:0.065～0.09%,ni≤1.50%,cu≤0.15%,mo:≤0.80%,cr≤1.0%,al:0.015～0.060%,al/n≥2，其余为fe和微量杂质元素。

一种大口径高强度bj890起重机臂架用无缝钢管的生产方法，按照以下步骤进行：

①按上述钢种组成元素重量成分配料冶炼，电炉或转炉炼钢，经lf精炼完后的钢水经过vd真空除气，喂入钙丝控制夹杂物形态，随后喂入钛丝，后上连铸平台进行连铸，连铸过程中采用电磁搅拌和气体保护；并控制a、b、c、d和ds类夹杂不大于1.5级，且单系和不大于6.0级，气体含量[0]≤38ppm，[n]≤80ppm，[h]≤2.5ppm；

②轧制：

1）检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1220°c，穿孔温度控制为1220°c，变形量≥30%；

2）穿孔后内外除鳞，进行皮尔格轧制，轧制温度1020°c，变形量≥50%；

3）皮尔格轧制后，进行回转定径，变形量≤5%，终轧温度820～850℃；

4）定径后冷却至室温；

5）成品热处理采用中频热处理，淬火温度930℃，接着水淬，回火温度620°c，空冷至室温。

实施例二：

一种大口径高强度bj890起重机臂架用无缝钢管，其组分和质量百分比为：c：0.18%，si:0.40%,mn:1.3%,p≤0.020%,s≤0.015%,v:0.05～0.12%,nb+ti:0.065～0.09%,ni≤1.50%,cu≤0.15%,mo:≤0.80%,cr≤1.0%,al:0.015～0.060%,al/n≥2，其余为fe和微量杂质元素。

一种大口径高强度bj890起重机臂架用无缝钢管的生产方法，按照以下步骤进行：

①按上述钢种组成元素重量成分配料冶炼，电炉或转炉炼钢，经lf精炼完后的钢水经过vd真空除气，喂入钙丝控制夹杂物形态，随后喂入钛丝，后上连铸平台进行连铸，连铸过程中采用电磁搅拌和气体保护；并控制a、b、c、d和ds类夹杂不大于1.5级，且单系和不大于6.0级，气体含量[0]≤38ppm，[n]≤80ppm，[h]≤2.5ppm；

②轧制：

1）检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1240°c，穿孔温度控制为1180°c，变形量≥30%；

2）穿孔后内外除鳞，进行皮尔格轧制，轧制温度1050°c，变形量≥50%；

3）皮尔格轧制后，进行回转定径，变形量≤5%，终轧温度840℃；

4）定径后冷却至室温；

5）成品热处理采用中频热处理，淬火温度930℃，接着水淬，回火温度620°c，空冷至室温。

实施例三：

一种大口径高强度bj890起重机臂架用无缝钢管，其组分和质量百分比为：c：0.17%，si:0.2%,mn:1.5%,p≤0.020%,s≤0.015%,v:0.05～0.12%,nb+ti:0.065～0.09%,ni≤1.50%,cu≤0.15%,mo:≤0.80%,cr≤1.0%,al:0.015～0.060%,al/n≥2，其余为fe和微量杂质元素。

一种大口径高强度bj890起重机臂架用无缝钢管的生产方法，按照以下步骤进行：

①按上述钢种组成元素重量成分配料冶炼，电炉或转炉炼钢，经lf精炼完后的钢水经过vd真空除气，喂入钙丝控制夹杂物形态，随后喂入钛丝，后上连铸平台进行连铸，连铸过程中采用电磁搅拌和气体保护；并控制a、b、c、d和ds类夹杂不大于1.5级，且单系和不大于6.0级，气体含量[0]≤38ppm，[n]≤80ppm，[h]≤2.5ppm；

②轧制：

1）检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1240°c，穿孔温度控制为1210°c，变形量≥30%；

2）穿孔后内外除鳞，进行皮尔格轧制，轧制温度1030°c，变形量≥50%；

3）皮尔格轧制后，进行回转定径，变形量≤5%，终轧温度840℃；

4）定径后冷却至室温；

5）成品热处理采用中频热处理，淬火温度920℃，接着水淬，回火温度580°c，空冷至室温。

下面对本发明做出进一步说明，以更好的了解本发明：

本发明中各元素、轧制工艺以及中频热处理的作用及机理：

①c，mn是最有效的固溶强化元素，随着钢中的c，mn含量的增加，其成品的屈服强度和抗拉强度也相应增大，特别是屈服强度上升较为明显。钢中加入mn能防止在热加工时因硫引起钢的脆化。碳低于0.05%钢的强度达不到目标要求；锰高于1.90%同样会明显降低焊接性能，且大幅降低延伸率和冲击韧性。因此c,mn含量控制范围分别为：c：0.15～0.18%，mn:1.0～1.5%。

②钢中s，p是有害杂质元素，钢中p，s含量越低越好。当钢中s含量较多时，热轧时容易产生热脆等问题；而钢中p含量较多时，钢容易发生冷脆，此外，磷还容易发生偏析。

③钢中al的加入则会形成酸溶铝(als)和酸不溶铝，而als包括固溶铝和aln，弥散的aln粒子能阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒，囚此al最低含量控制在0.015%。但对于铝镇静钢来说，随着al的增加，钢的夹杂物数量增多，夹杂物尺寸也将变大，将导致钢的内部质量下降，因此al的最高含量控制在0.045%，且al/n≥2。

④钒在轧制过程中应变诱导析出的v（c、n）可阻止形变奥氏体的再结晶，并可阻止再结晶奥氏体晶粒的粗化。钒最重要的作用是在铁素体中大量沉淀析出而产生强烈的沉淀强化效果，即使在正火钢材中这一作用也十分明显。为此本钢种设计v的含量为0.05一0.12%。

⑤在钢中加入nb，可以通过nb（c、n）未溶质点及应变诱导析出抑制高温变形过程的再结晶，扩大未再结晶区范围，以便tmcp工艺的施行，从而达到细化晶粒的目的；ti的添加，可起到抑制加热过程中奥氏体晶粒的长大作用，同时，微合金低温区析出物也能起到析出强化的作用。因此nb,ti的最低含量控制在0.065%，nb、ti含量过高可能会导致析出相过分长大，析出强化作用将减弱，因此控制nb、ti的最高含量控制在0.09%。

⑥钼是本钢的重要的合金元素，扩大奥氏体相区，推迟奥氏体向铁素体相变时析出铁素体形成，促进贝氏体的形成的主要元素，对控制相变组织起到重要作用，在向钢中加入0.20-0.40%的mo后，即使在较慢的冷却速度下也一可以获得明显的贝氏体组织，同时由于相变向低温方向转变，所以使得组织进一步细化。

⑦此外，为了控制钢种的夹杂物，还进行了钙处理，为了提高钢工艺性能，控制s≤0.015%,p≤0.020%，成品氮小于80ppm，成品氧小于38ppm，成品氢小于2.5ppm。

皮尔格轧制：由于皮尔格锻轧效果，轧后钢管致密度好，晶粒细小；

中频热处理：成品热处理采用中频淬火+回火工艺，在轧制钢管晶粒细小的基础上，通过中频加热，进一步细化晶粒，实现钢管细化晶粒强化的效果。

经检测：所述高强度无缝管的力学性能达到的指标如下:

屈服强度:≥960mpa；

抗拉强度:≥1070mpa；

夏比v型冲击韧性:-20⁰c横向全尺寸夏比冲击功≥52j；

延伸率:≥16%；

晶粒度:≥10.0。

以φ273x20mm，bj890为例：

1炼钢、连铸

实际控制化学成分如下：

化学成分%；

序号c、si、mn、p、s、v、cr、mo、ni、al、tnb+ti1；

1）0.16、0.35、1.2、0.015、0.011、0.07、0.28、0.32、0.04、0.032、0.0062；

2）0.165、0.37、1.25、0.016、0.009、0.07、0.19、0.34、0.13、0.031、0.075。其中气体含量1#：[0]:0.0035%,[h]:0.0002%,[n]0.0075%。

2#：[0]:0.0030%,[h]:0.0002%,[n]0.0072%。

2、轧制

1）检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温设定值序号1为1230°c、序号2为1240°c，穿孔温度序号1为1210°c、序号2为1220°c，变形量63.1%。

2）穿孔后毛管内外除鳞，进行皮尔格轧制，轧制温度序号1为1050°c、序号2为1020°c，变形量68.9%。

3）皮尔格轧制后，进行回转定径，变形量2.5%，终轧温度序号1为820°c、序号2为800°c。

4）定径后冷却至室温。

5）成品热处理，中频淬火，淬火温度930±10℃，回火温度序号1为620°c、序号2为610°c，保温60-70分钟出来后空冷至室温。