[发明专利]一种热轧无缝钢管用芯棒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种热轧无缝钢管用芯棒的制备方法。

背景技术

芯棒是热轧无缝钢管生产中消耗量最大的关键工具之一。由于芯棒的工作条件恶劣，穿孔时，芯棒的工作温度高达1000℃以上，与此同时还要承受着巨大的轴向压力、径向压力、旋转摩擦力、急冷急热的热应力，经受着机械疲劳和热疲劳的作用。在如此恶劣的工况下，故芯棒常以塌鼻、粘钢、开裂等失效形式报废，芯棒的使用寿命缩短、更换频率很高，由此影响钢管生产效率和质量，对组织大规模无缝钢管生产和产品质量都有重要影响，因此研制高质量、长寿命的芯棒一直以来都是无缝钢管生产中一个比较重要的课题。

目前，国内生产普通碳素钢管应用较多的芯棒材料为3Cr2W8V和20Cr2Ni4W钢。在使用前，芯棒进行挂高温氧化铁膜处理。这类芯棒在使用中常因出现塌鼻、粘钢和开裂等缺陷而报废。生产不锈钢管常用钼基合金芯棒，但其高温氧化严重，需要不断地进行高温润滑，生产效率低，而且钼材价格一再提高，造成芯棒昂贵。

一直以来，各无缝钢管芯棒生产厂家比较关注芯棒材质的改进，而对芯棒制作工艺探索不多，基本局限于普通铸造和锻造成型。通过大量的理论研究和实践验证，结合使用要求的不同，芯棒材质一般选用合金工具钢(如H13)或合金结构钢(如30CrNi3、35CrMo等)，该类材料在高温强度和韧性方面总是难以合理平衡，造成各种形式的芯棒失效，影响其使用寿命。特别是在高压锅炉管、合金钢管和不锈钢管的穿孔过程中，有的芯棒很快就失效，平均寿命在4～5支/个，而在普通钢管的穿孔中也只有100支/个左右。

发明内容

本发明的目的在于提出一种热轧无缝钢管用芯棒的制备方法，该芯棒通过对合金化学成分的调整，使得其高温强韧性好、热疲劳性能优异。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种热轧无缝钢管用芯棒的制备方法，所述芯棒的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.4-0.5，Si：0.2-0.4，Mn：0.8-1.0，Cr：3.2-3.4，Ni：4.5-5.5，W：3.2-3.4，V：0.4-0.6，Co：1.1-1.3，Al：0.1-0.3，Ce：0.15-0.25，余量为Fe及不可避免的杂质；所述制备方法包括如下步骤：

1）配料熔炼：确保冶炼钢液成分均匀；

2）浇注：有两种方式，其一，在浇注前，将待浇芯棒模具轴向与离心机主轴相互垂直，芯棒鼻部朝外；其二，生产规格大的芯棒，将待浇芯棒模具轴向与离心机主轴相互平行或重合，芯棒鼻部朝下；浇注时，金属液会顺序进入芯棒模具型腔，离心铸造机转速200-210rpm；待钢液全部注入模具型腔，调整离心铸造机转速为310-330rpm；

3）热处理：将芯棒装炉，用氮气排出炉内空气，炉温升至930-950℃时，按3-5毫升/分钟的速度向炉内滴入乙醇水溶液，其中乙醇与水体积比为1∶1-2，促使该乙醇水溶液与芯棒表面层发生氧化反应；将炉温升至约1090-1110℃保温3-5小时，保持炉压0.7-1.1KPa，随后停炉降温至830-870℃芯棒出炉，缓冷至常温。

本发明采用以上技术方案后，具有以下积极效果：

(1)本发明在成分设计上遵循节约合金元素、满足优异性能的原则，利用原有低合金钢的相关组织结构、性能指标，除调整了C、Cr、Ni、W、V、Co等元素含量以外，还添加了适量的铝，来提高抗高温氧化性能，特别是还添加了稀土Ce，通过Ce净化钢液，去除结晶组织中晶界富集的有害杂质，细化晶粒，改善铸件组织，提高综合性能。

(2)此外，添加的钴元素能将镍、铁合金组成中其它金属碳化物晶粒结合在一起，使合金具更高的韧性，并减少对冲击的敏感性能，钴基合金的耐热性是因为形成了难熔的碳化物，这些碳化物不易固溶，扩散活动性小，当温度在1038℃以上时，钴基合金的优越性更是显露无遗。

(3)由于成分设计合理，离心铸造工艺先进，保证了芯棒的高温强度、硬度、塑性、耐热疲劳性能等，在穿制不锈钢无缝钢管钢管、普通锅炉管时，芯棒的使用寿命提高至国内外同类产品的2-2.5倍左右，大幅度地降低了生产成本，经济效益可观。

(4)实验结果表明，所述发明在穿孔试验时，在国内某知名的大型钢管厂的直径140mm机组上穿制低合金锅炉管200支。在合金钢管的试穿中，本发明的平均使用寿命也达到10支以上。

具体实施方式

实施例一