[发明专利]一种钒氮微合金高强相变诱发塑性钢无缝管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁技术领域，具体地，本发明涉及一种钒氮微合金高强相变诱发塑性钢无缝管及其制备方法。

背景技术

随着全球环境和能源危机的日益加剧，节能、减排已成为汽车制造业面临的首要问题，在保证整车性能的前提下实现轻量化技术依然是汽车行业的发展潮流，其中通过使用空心部件代替实心部件的应用是目前实现汽车轻量化的最为有效途径之一。随着管材内高压生产技术的成熟，高强度空心构件的工业生产已经成为可能，而实现该方案需要有高强度和高塑性的空心件作为载体。相变诱发塑性钢以其良好的强度和延伸率配合的优点，可解决普通碳素钢无缝管由于存在强度与塑性之间的矛盾，而在内高压成形领域的实际应用中一直受到限制的问题。

目前，内高压加工领域使用较为成熟的材料仍然以低强度钢管、钛管、铝管以及镁管等为主，这些材料可用于制备T型三通管、Y型三通管、方管、波纹管等具有复杂截面形状的零件，但是这些材料的强度普遍较低。近年来，不锈钢被试用为内高压加工的材料，得到满意的试验结果，但是由于不锈钢较高的成本，生产仍然受到限制。

并且，对于钢管的热处理方式仍以燃气加热和电阻加热为主，这样所加工的钢管的规格和长度受到限制；此外，采用这种装置在加热过程中升温较慢，钢管表面的氧化层严重，且工作效率也不高；再者，炉体内的托辊道无法保证钢管在加热炉内的匀速转动，其加热不均，导致钢管的弯曲。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的诸多问题，提供一种新型钒氮微合金化高强相变诱发塑性钢无缝管及其生产方法。本发明采用中频感应热处理装置，通过合理的成分设计及工艺控制，成功地将相变诱发塑性钢所具有的高强度高塑性的双重优点应用到钢管的制备领域，实现高强度、高成形性能的相变诱发塑性钢无缝管的在线连续制造。

为实现以上目的，本发明的技术方案是：

本发明的钒氮微合金化高强相变诱发塑性钢无缝管，其化学成分按重量百分比计包含：C：0.18％～0.24％，Si：1.0％～1.6％，Mn：1.2％～1.6％，V：0.17％～0.22％，N：0.01％～0.03％，P≤0.06％，S≤0.005％，其余为铁和不可避免的杂质。

本发明所述钒氮微合金化高强相变诱发塑性钢无缝管的微观组织包括贝氏体铁素体和13.0wt％～28.5wt％的薄膜状残余奥氏体，其基体中弥散地分布着直径为2～8nm的细小V(C，N)析出粒子。

本发明所述的钒氮微合金化高强相变诱发塑性钢无缝管的抗拉强度≥1050MPa，屈强比≤0.70，延伸率≥22.0％，加工硬化指数≥0.22。进一步优选地，所述钒氮微合金化高强相变诱发塑性钢无缝管的抗拉强度1050～1380MPa，屈强比0.58～0.70，延伸率22.0％～28.5％，加工硬化指数0.22～0.28。

本发明提供的上述钒氮微合金化高强相变诱发塑性钢无缝管的制备方法，包括以下步骤：

1)依次经冶炼、锻棒、车削、加热、穿孔和冷拔处理制得无缝冷拔管；

2)热处理：a)将无缝冷拔钢管采用中频加热感应线圈以25～35℃/s的加热速率加热至奥氏体化温度区910～950℃，退火处理30～90s；

b)退火处理后以50～80℃/s的速率冷却到贝氏体区470～500℃，等温处理30～100s；

c)冷却至室温，得到相变诱发塑性钢无缝管；所述冷却可以通过空冷、水冷，也可以自然冷却。

上述制备方法中，所述锻棒、车削、加热、穿孔以及冷拔步骤具体为：

所述锻棒步骤为：将冶炼后得到的铸锭锻造成棒材；

所述车削步骤为：车削锻棒制得的棒材，除去外表面褶皱和缺陷后形成管坯；

所述加热步骤为：将车削后管坯加热到1200～1250℃，并保温2～3小时；

所述穿孔步骤为：将加热后的管坯加热处理后进行穿孔，然后冷却至室温；

所述冷拔步骤为：冷拔穿孔后管坯，制得无缝冷拔管；其中，冷拔处理的道次为3～7道次。

上述制备过程中，所制得的无缝冷拔管的壁厚≤20mm，外径≤1000mm。

与现有技术相比较，本发明的特点和有益效果是：