專利名稱：高強韌連軋管機芯棒用鋼及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型高強韌連軋管機芯棒材料。目前市場上的用鋼為H13和Hll 等高合金熱作模具鋼，而本發明涉及的鋼種為一種中低合金鋼。
背景技術：
世界上第一套大口徑MPM連軋管機于1978年在意大利達爾明鋼管廠建成投產。 MPM的出現將連軋管工藝技術發展到了一個全新的水平，由于MPM在技術、產品質量和生產效率等方面的諸多優勢，一經問世便在全世界得到迅速推廣和應用。尤其是上世紀八十年代以來，受石油產業對油井管需求旺盛的影響，促使了 MPM技術的飛速發展。近年來我國引進多條MPM生產線，其主要耗材芯棒基本依賴進口，大直徑芯棒技術含量高、制造難度大，目前只有法國、意大利、德國等少數幾個國家具有生產能力。我國目前的芯棒制造能力與國外差距很大，尤其是大直徑芯棒，尺寸在O^SOmm規格以上的芯棒制造還是空白，全部依賴進口，進口芯棒不僅價格昂貴，而且供貨周期長，供需矛盾十分突出ο大口徑連軋管機芯棒制造技術難點存在兩個方面一是缺乏高質量大直徑芯棒坯的制造技術和設備；二是缺乏芯棒熱處理的組織控制、長桿件機械加工的精度控制以及表面鍍硬鉻的相關技術和裝備。首先，大直徑芯棒坯的制造需要高質量的大型熱作模具鋼鋼錠，由于尺寸效應，鋼錠越大，其冶金質量、碳化物、偏析控制難度將大幅度提高。優質芯棒坯的制造，不僅需要真空精煉、電渣重熔等先進的冶金質量控制設備作為基本條件，還需要高溫均質、多向鍛造、 組織超細化等最先進的技術和裝備作保證。其次，根據國外經驗，對于芯棒這類細長類的大型模具鋼產品需要專業的帶雙操作機的大噸位快鍛機進行生產，國內幾乎沒有這類專業設備。而且，只有系統地掌握從大型鋼錠冶金質量與組織控制、鍛后組織控制、芯棒坯組織控制，到芯棒的淬火熱處理、回火熱處理系列成套微觀組織控制技術，才能充分發揮模具鋼中合金元素的強韌化作用，制造出兼有優良高溫強度又有優良高溫高韌性的大直徑芯棒，滿足實際使用的需求。
發明內容
發明目的本發明針對芯棒用鋼的成分優化、冶金質量控制、鍛、軋工藝控制、應用性技術等研究工作，開發出新型連軋管機高高強韌芯棒用鋼材料，以期替代進口的昂貴的芯棒。本發明的特征在于
1、成分設計在H13的基礎上降低了 C含量，更好形成單相均質組織，能保證芯棒在在使用過程中由于冷熱交替而引起的相變在芯棒表層引起的體積變化最小。合金含量比較低，使得鋼的韌性大幅上升，同時加入微量的Nb，使得鋼的強韌配比達到一個比較理想的狀態。
2、合金成分該新型高強韌連軋管機芯棒用鋼的主要合金元素為(質量百分比)
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%
其余為1 和不可避免的雜質元素，雜質元素中S ^ 0. 005% ；P 0. 01 ；0 30ppm。高強韌連軋管機芯棒用鋼的制備工藝，該制備工藝采用如下步驟進行
A.熔煉將合金按權利要求1的配方配料后放置于電爐中，在1500°C以上的溫度進行熔煉，澆注Φ 200mm-Φ 800mm電極棒；
B.電渣重熔電渣重熔的參數為化渣電壓50-65V，電流3000-5000A、電制度電壓 57-59V,電流 11000-12000A、封頂電壓 57-59V，填充比為 0. 8 ；
C.電渣重熔后退火于700°C退火8小時，隨后隨爐冷卻；
D.鍛造鋼錠加熱至1150 1250°C，進行粗鍛，終鍛溫度彡850°C，鍛造比應不小于6；
E.鍛后退火于700°C退火8小時，隨后隨爐冷卻；
F.熱處理工藝920-940°C淬火，600-630°C回火兩小時。該鋼種含有較低含量的合金元素，使得鋼的韌性較傳統芯棒用鋼得到大幅提升， 同時加入微量的Nb，使得鋼的強韌配比達到一個比較理想的狀態。在推薦熱處理工藝條件下，硬度為344-370HB，平均沖擊值為70J左右。
圖1為發明鋼在推薦熱處理條件下與成品H13實心芯棒的硬度，沖擊韌性比較。
具體實施例方式1.本實施例生產了一種鋼，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.制備工藝及熱處理工藝
A.熔煉合金按上述成分設計后，進行電爐熔煉，將上述配方中的配合料放置于電爐中，在1500°C以上的溫度進行熔煉，澆注Φ400mm-Φ450mm電極棒；
B.電渣重熔電渣重熔后可降低氣體和夾雜物的含量，并獲得成份均勻、組織致密、質量高的鋼錠，化渣電壓58V，電流3000-5000A、電制度電壓57V，電流11500A、封頂電壓58V， 填充比為0.8;
C.渣重熔后退火于700°C退火8小時，隨后隨爐冷卻；
D.鍛造鋼錠加熱至1150 1250°C，進行粗鍛，終鍛溫度彡850°C，鍛造比應不小于6；E.鍛后退火于700°C退火8小時，隨后隨爐冷卻；
F.熱處理工藝920°C淬火，620°C回火兩小時1次；
G.硬度及沖擊韌性在推薦的熱處理工藝條件下，硬度值為344-371HB，沖擊韌性值為 70 J左右。 優點及效果
經合金優化設計以及推薦熱處理工藝，該新型高強韌連軋管機芯棒用鋼的韌性得到很大的提升，開V2缺口的沖擊試樣測試結果為70J左右，而同樣硬度的H13開V2缺口試樣的沖擊韌性為17J左右。
權利要求
1.高強韌連軋管機芯棒用鋼，其特征在于該鋼的成分以質量百分含量計為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% ；其余為 Fe。
2.高強韌連軋管機芯棒用鋼的制備工藝，其特征在于該制備工藝采用如下步驟進行A.熔煉將合金按權利要求1的配方配料后放置于電爐中，在1500°C以上的溫度進行熔煉，澆注Φ 200mm-Φ 800mm電極棒；B.電渣重熔電渣重熔的參數為化渣電壓50-65V，電流3000-5000A、電制度電壓 57-59V,電流 11000-12000A、封頂電壓 57-59V，填充比為 0. 8 ；C.電渣重熔后退火于700°C退火8小時，隨后隨爐冷卻；D.鍛造鋼錠加熱至1150 1250°C，進行粗鍛，終鍛溫度彡850°C，鍛造比應不小于6；E.鍛后退火于700°C退火8小時，隨后隨爐冷卻；F.熱處理工藝920-940°C淬火，600-630°C回火兩小時。全文摘要
本發明涉及一種高強韌連軋管機芯棒用鋼材料。該鋼的成分以質量百分含量計為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%；其余為Fe。該材料的制備工藝是電爐熔煉→電渣重熔→退火→鍛造→退火后，具有良好的機加工性能；再經過熱處理(淬火→高溫回火)。在同樣為成品條件下，新鋼種的沖擊韌性較H13有大幅的提升，在對芯棒沖擊性能要求苛刻的條件下，能夠替代H13鋼，從而提高生產效率，降低生產成本。
文檔編號C22C38/26GK102337464SQ20111025717
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月2日 優先權日2011年9月2日
發明者吳曉春, 李豐, 許珞萍, 閔永安 申請人:上海大學