專利名稱：一種高硬度耐磨鋼管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐磨鋼管，特別是涉及一種高硬度耐磨鋼管及其制造方法，其典型洛氏硬度為HRC62 66。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，隨著國(guó)內(nèi)工程機(jī)械的快速發(fā)展，對(duì)材料的需求量越來越大，對(duì)材料質(zhì)量要求也越來越高。混凝土泵車中的輸送管道用耐磨管國(guó)內(nèi)需求量就達(dá)數(shù)十萬噸，是高硬度高強(qiáng)度耐磨管的主要應(yīng)用途徑。我國(guó)臂架式混凝土泵車近年來有了快速發(fā)展，但產(chǎn)品的精細(xì)化設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量的控制能力、產(chǎn)品的穩(wěn)定性和工藝方面與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)還有一定差距，存在著規(guī)格系列不規(guī)范，零部件國(guó) 產(chǎn)化不足等問題。特別值得關(guān)注的是國(guó)產(chǎn)臂架管的耐磨性問題。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的臂架管耐磨度低，更換頻繁，給混凝土現(xiàn)場(chǎng)搗注造成很大麻煩。國(guó)產(chǎn)臂架管無法超越國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品已經(jīng)成了制約臂架式泵車向高精尖發(fā)展、領(lǐng)跑世界的瓶頸。國(guó)外生產(chǎn)的臂架高耐磨管，德國(guó)走在前列，其使用壽命可達(dá)8萬立方米以上。Putzmeister公司布料桿上配置了超耐磨損的雙層輸送管，根據(jù)實(shí)踐，其壽命是普通輸送管的10倍以上。中國(guó)專利CN200910012360.2公布了一種用熱軋卷板制造耐磨鋼管的方法、其成分范圍為 0.10 0.22%C、0.15 0.70%S1、0.70 1.70%Mn、0.05 0.40%Cr、0.010 0.075%A1、0.01 0.40%N1、0.10 0.40%Mo、0 0.35%Cu、0 0.050%Nb、0 0.030%T1、0 0.050%V、0.0005 0.0040%B、〈0.0080%N、0 0.0005%Zr、〈0.010%S、〈0.020%P，其余為Fe。由于該專利目的是提供一種硬度為HBW360-HBW450 (約HRC39 47)耐磨鋼管，其成分設(shè)計(jì)思路為低碳低合金成分體系，通過低碳保證鋼具有一定的淬硬性，通過錳、鑰、硼合金保證鋼的淬透性，通過鎳、鈦、鋯等微量元素保證鋼的晶粒細(xì)化，從而保證鋼的韌性和焊接性。其主要用途是用于石油行業(yè)和煤礦液壓支架缸體上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高硬度耐磨鋼管及其制造方法，具有高硬度，高耐磨及焊接性能優(yōu)異，其典型洛氏硬度為HRC62 66，用于工程機(jī)械中極易磨損設(shè)備，如混凝土泵車輸送管等有益于在工程上廣泛應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種高硬度耐磨鋼管，其化學(xué)成分重量百分比含量為:C:0.60-0.75%、Si:0.10-0.40%,Mn:0.60-1.30%,P:彡 0.020%,S:彡 0.010%,Cu:0.10-0.50%,N1:0.10-0.50%、N:0.0030-0.0100%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，C:0.60-0.73%、S1:0.10-0.35%、Mn:0.60-1.20%、P: ^ 0.010%、S:(0.005%、Cu:0.10-0.50%、N1:0.10-0.50%、N:0.0030-0.0080%，其余為 Fe 和不可避免的
雜質(zhì)；
優(yōu)選地，Cu:0.15-0.50% ；優(yōu)選地，N1:0.15-0.50%o以下詳述本發(fā)明所涉及的耐磨鋼管的化學(xué)成分作用。碳:含量控制在0.60-0.75wt.%范圍內(nèi)。碳是耐磨鋼中最基本、最重要的元素，可以提高鋼的強(qiáng)度和硬度，進(jìn)而提高鋼的耐磨性，但其對(duì)鋼的韌性和焊接性能不利，因此，應(yīng)合理控制鋼中的碳含量為0.60-0.75wt.%，優(yōu)選為0.60-0.73wt.%。硅:含量控制在0.10-0.40wt.%范圍內(nèi)。硅固溶在鐵素體和奧氏體中提高它們的硬度和強(qiáng)度，然而硅含量過高會(huì)導(dǎo)致鋼的韌性急 劇下降。同時(shí)考慮到硅與氧的親和力比鐵強(qiáng)，焊接時(shí)容易產(chǎn)生低熔點(diǎn)的硅酸鹽，增加熔渣和熔化金屬的流動(dòng)性，影響焊縫質(zhì)量，因此含量不易過多，本發(fā)明中控制硅為0.10-0.40wt.%，優(yōu)選地為0.10-0.35wt.%。錳:含量控制在0.60-1.30wt.%范圍內(nèi)。錳強(qiáng)烈增加鋼的淬透性，降低耐磨鋼轉(zhuǎn)變溫度和鋼的臨界冷卻速度。但錳含量較高時(shí)，有使晶粒粗化的傾向，并增加鋼的回火脆敏感性，而且容易導(dǎo)致鑄坯中出現(xiàn)偏析和裂紋，降低鋼板的性能，本發(fā)明中控制錳含量為0.60-1.30wt.%，優(yōu)選地 0.60-1.20wt.%。銅:含量控制在0.10-0.50wt.%范圍內(nèi)。在鋼中加入銅可以提高鋼的耐蝕性、強(qiáng)度，改善焊接性、成形性和機(jī)械加工性能等，本發(fā)明中控制銅含量為0.10-0.50wt.%，優(yōu)選地0.15-0.50wt.%。鎳:含量控制在0.10-0.50wt.%范圍內(nèi)。鎳在鋼中不但能夠很好的起到固溶強(qiáng)化的作用，還可以改善韌性，另外還可以提高鋼的耐蝕性能，以及減輕銅的偏聚，本發(fā)明中控制鎳含量為 0.10-0.50wt.%，優(yōu)選地 0.15-0.50wt.%。磷與硫:在耐磨鋼中，硫與磷均為有害元素，它們的含量要嚴(yán)格控制，本發(fā)明所涉及鋼種中控制磷含量小于0.020wt.%，優(yōu)選彡0.0lOwt.% ;硫含量小于0.0lOwt.%，優(yōu)選^ 0.005wt.%。氮:鋼中過多的氮對(duì)鋼的性能尤其是焊接性能是十分不利的，但控制過嚴(yán)會(huì)大幅增加生產(chǎn)成本，因此，含氮量一般控制在0.0030-0.0100%,優(yōu)選0.0030-0.0080%。本發(fā)明的耐磨鋼管的制造方法，包括冶煉、鑄造、加熱、熱軋、退火、制管、焊接、淬火和回火；其中加熱步驟中，加熱溫度為1000-1300°C ;在軋制步驟中，軋后空冷；在退火步驟中，退火溫度為600-800°C，保溫時(shí)間為10-20h;制管成型4 100 4 150mm、采用高頻ERff方式，焊后去毛刺并矯直。焊接工藝參數(shù)控制:焊接功率220 300KW、焊接頻率280 31OKHZ,生產(chǎn)線速度18 28米。淬火步驟中，淬火溫度為(Ac3 - 50) V (Ac3 + 100) °CM呆持時(shí)間為10_30min ；回火步驟中，回火溫度為120-300°C，保持時(shí)間為10-40min。優(yōu)選地，在所述加熱過程中，加熱溫度為1000-1200 °C，更優(yōu)選加熱溫度為1050-1200°C，為提高生產(chǎn)效率并防奧氏體晶粒過分長(zhǎng)大及鋼坯表面嚴(yán)重氧化，最優(yōu)選加熱溫度為 1080-1200°C。優(yōu)選地，退火溫度為650_800°C。優(yōu)選地，淬火溫度為(Ac3 - 20) V (Ac3 + 80) °C，出爐后水冷，更優(yōu)選淬火溫度小于(Ac3 — 10) °C (Ac3 + 70) °C，有利于細(xì)化組織，提高力學(xué)性能。最優(yōu)選淬火溫度為(Ac3— 10) °C (Ac3 + 50) °C。
優(yōu)選地，回火溫度為120_250°C，出爐后空冷。更優(yōu)選回火溫度120_230°C，有利于提高鋼板力學(xué)性能。最優(yōu)選回火溫度為130-230°C。本發(fā)明的耐磨鋼管與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特點(diǎn):1.從化學(xué)成分上看，本發(fā)明的耐磨鋼管的合金成分以中高碳低合金為主，不含有Cr、Mo及Nb、V、Ti等合金元素，通過高碳(0.60-0.75%)來提高強(qiáng)硬度及耐磨性，通過Ni和Cu等元素改善韌性，進(jìn)而保證鋼管具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐磨鋼性能等。2.在本發(fā)明中，由于碳含量較高進(jìn)而導(dǎo)致軋態(tài)鋼板組織均勻性差、且強(qiáng)硬度較高，不利于制管，因此本發(fā)明在制管前對(duì)鋼板進(jìn)行退火處理。本發(fā)明通過科學(xué)設(shè)計(jì)退火溫度(600-8000C )和退火時(shí)間(10-20h)保證將鋼板退火后具有均勻的組織和性能，利于卷曲鋼管。3.從產(chǎn)品性能上看，本發(fā)明的耐磨鋼管硬度極高，可達(dá)HRC62 66，這主要是在較高的碳含量下通過淬火+回火工藝，可以得到細(xì)化的馬氏體組織，進(jìn)而得到高硬度鋼管。另夕卜，回火可以消除淬火態(tài)鋼管的內(nèi)應(yīng)力，使得鋼管有較佳的韌性，提高耐磨管的使用性能。4.由于成分和工藝設(shè)計(jì)合理，從實(shí)施效果來看，本發(fā)明耐磨鋼管的工藝制度比較寬松，可以穩(wěn)定地進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一鋼板軋態(tài)組織照片。圖2為本發(fā)明鋼板退火態(tài)組織照片。圖3為本發(fā)明鋼管淬火+回火態(tài)組織照片。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。這些實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。實(shí)施例1本發(fā)明的耐磨鋼管及對(duì)比例I (見專利CN101602079)的化學(xué)成分如表I所示。按表I所示的化學(xué)成分冶煉后將連鑄坯或鋼錠加熱至1250°C，軋后緩冷。鋼卷料退火后制管成型尺寸4 150mm,高頻ERW的焊接功率280KW、焊接頻率290KHZ，生產(chǎn)線速度23米/分。焊管淬火溫度為850°C，保溫時(shí)間為15min，回火溫度為180°C，保溫時(shí)間為25min，回火后空冷，硬度HRC62.1參見圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例一鋼板軋態(tài)組織，為鐵素體+珠光體，組織均勻性差。圖2為本發(fā)明鋼板退火態(tài)組織，由圖可知退火后組織均勻性顯著提高。圖3為本發(fā)明鋼管淬火+回火態(tài)組織，由圖可知，熱處理后鋼管顯微組織為細(xì)的馬氏體，這保證了鋼管具有較高的硬度和優(yōu)異的耐磨性能。實(shí)施例2實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1200°C，軋后緩冷。鋼卷料退火后制管成型尺寸4 130mm,高頻ERW的焊接功率250KW、焊接頻率290KHZ，生產(chǎn)線速度20米/分。焊管淬火溫度為830°C，保溫時(shí)間為18min，回火溫度為220°C，保溫時(shí)間為20min，回火后空冷，硬度HRC62.8。實(shí)施例3實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1140°C，軋后緩冷。鋼卷料退火后制管成型尺寸4 139.5mm,高頻ERW的焊接功率270KW、焊接頻率300KHZ，生產(chǎn)線速度25米/分。焊管淬火溫度為830°C，保溫時(shí)間為28min，回火溫度為270°C，保溫時(shí)間為46min，回火后空冷，硬度HRC63.6。實(shí)施例4實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1185°C，軋后緩冷。鋼卷料退火后制管成型尺寸4 125mm，高頻ERW的焊接功率250KW、焊接頻率275KHZ，生產(chǎn)線速度26米/分。焊管淬火溫度為815°C，保溫時(shí)間為40min，回火溫度為280°C，保溫時(shí)間為31min，回火后空冷，硬度HRC63.7。實(shí)施例5實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中 連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1000°C，軋后緩冷。鋼卷料退火后制管成型尺寸4 100mm，高頻ERW的焊接功率220KW、焊接頻率250KHZ，生產(chǎn)線速度28米/分。焊管淬火溫度為826°C，保溫時(shí)間為33min，回火溫度為210°C，保溫時(shí)間為60min，回火后空冷，硬度HRC64.5。實(shí)施例6實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1090°C，軋后緩冷。鋼卷料退火后制管成型尺寸4 120mm，高頻ERW的焊接功率300KW、焊接頻率31OKHZ,生產(chǎn)線速度18米/分。焊管淬火加熱溫度為865°C，保溫時(shí)間為22min，回火溫度為160°C，保溫時(shí)間為26min，回火后空冷，硬度HRC65.1。實(shí)施例7實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1160°C，軋后緩冷。鋼卷料退火后制管成型尺寸4 139.3mm,高頻ERW的焊接功率275KW、焊接頻率300KHZ，生產(chǎn)線速度25米/分。焊管淬火加熱溫度為836°C，保溫時(shí)間為22min，回火溫度為200°C，保溫時(shí)間為26min,回火空冷，硬度HRC65.8。實(shí)施例8實(shí)施方式同實(shí)施例1，其中連鑄坯或鋼錠加熱溫度為1145°C，軋后緩冷。鋼卷料退火后制管成型尺寸4 115mm，高頻ERW的焊接功率230KW、焊接頻率285KHZ，生產(chǎn)線速度25米/分。焊管淬火加熱溫度為817°C，保溫時(shí)間為35min，回火溫度為190°C，保溫時(shí)間為35min，回火后空冷，硬度HRC66.2。表I單位:重量百分比
權(quán)利要求
1.一種高硬度耐磨鋼管，其化學(xué)成分的重量百分比為:C:0.60-0.75%、Si:0.10-0.40%,Mn:0.60-1.30%,P S 0.020%,S S 0.010%,Cu:0.10-0.50%,N1:0.10-0.50%、N:0.0030-0.0100%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；其典型洛氏硬度為HRC62 66。
2.如權(quán)利要求1所述的高硬度耐磨鋼管，其特征是，其化學(xué)成分的重量百分比為:C:0.60-0.73%,Si:0.10-0.35%,Mn:0.60-1.20%,P:彡 0.010%,S:彡 0.005%,Cu:0.10-0.50%、N1:0.10-0.50%、N:0.0030-0.0080%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高硬度耐磨鋼管，其特征是，所述的Cu含量為:0.15-0.50%, N1:0.15-0.50%,以重量百分比計(jì)。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的高硬度耐磨鋼管的制造方法，按上述成分冶煉、鑄造、力口熱、軋制、退火、制管、焊接、淬火和回火，獲得所述高硬度耐磨鋼管；其中， 在加熱步驟中，加熱溫度為1000-1300°C ； 在軋制步驟中，軋后空冷； 在退火步驟中，退火溫度為600-800°C，保溫時(shí)間為10-20h ； 在焊接步驟中，采用ERW方式，焊后去毛刺并矯直；焊機(jī)采用高頻焊接，感應(yīng)加熱模式； 在淬火步驟中，淬火溫度為(Ac3 - 50) V (Ac3 + 100) V ;保持時(shí)間為10-30min，冷卻速度≥TC /s ； 在回火步驟中，回火溫度為100-300°C，保持時(shí)間為10-40min，空冷；最終獲得的耐磨鋼管典型洛氏硬度為HRC62 66。
5.如權(quán)利要求4所述的耐磨鋼管的制造方法，其特征是，所述的加熱溫度為1000-1200。。。
6.如權(quán)利要求4或5所述的高硬度耐磨鋼管的制造方法，其特征是，所述淬火溫度為(Ac3 - 20) °C (Ac3 + 80) °C。
7.如權(quán)利要求6所述的高硬度耐磨鋼管的制造方法，其特征是，所述淬火溫度為(Ac3 - 20) °C (Ac3 + 80) °C。
8.如權(quán)利要求4或5所述的高硬度耐磨鋼管的制造方法，其特征是，所述回火溫度為120-250°C。
9.如權(quán)利要求6所述的高硬度耐磨鋼管的制造方法，其特征是，所述回火溫度為120-250°C。
10.如權(quán)利要求7所述的高硬度耐磨鋼管的制造方法，其特征是，所述回火溫度為120-250°C。
全文摘要
一種高硬度耐磨鋼管及其制造方法，其化學(xué)成分(重量%)為C0.60-0.75%、Si0.10-0.40%、Mn0.60-1.30%、P≤0.020%、S≤0.010%、Cu0.10-0.50%、Ni0.10-0.50%、N0.0030-0.0100%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其制造方法包括冶煉、鑄造、熱軋、退火、制管、焊接、淬火和回火等步驟。本發(fā)明通過以上成分及工藝得到的高硬度、高耐磨性耐磨鋼管，典型洛氏硬度為HRC62～66，適用于工程機(jī)械中極易磨損設(shè)備，如混凝土泵車輸送管等。
文檔編號(hào)C22C38/16GK103205643SQ20131010518
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者華蔚, 李紅斌, 楊曉臻, 張濤, 徐鼎華, 姚連登 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司