專利名稱：：高強韌性液壓支柱無縫鋼管的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用于煤炭、機械等綜合機械化領域的液壓支柱無縫鋼管，具體涉及一種經濟的高強度高韌性并且具有優良焊接性能的液壓支柱無縫鋼管
背景技術：
：液壓支柱管是煤炭、機械等綜合機械化開采的單體液壓支柱和礦用支架主要部件(缸體或柱塞)所用的重要材料。液壓支柱管的使用，要求具有良好的安全性及可靠性、焊接性、機加工性等。①安全性及可靠性液壓支柱的工作壓力高，當缸體或柱塞一旦受壓而遭到破壞時不得裂成碎塊，以防傷人。為了保證使用的安全和可靠，液壓支柱管必須具有高強度和韌性良好。②良好的焊接性液壓支柱、液壓支架支柱缸體、柱塞和其他部件均用焊接法連接，因此要求使用的鋼管必須具有良好的焊接性。③良好的機加工性制作液壓支柱時，鋼管內、外表面均需要精加工，因此要求鋼管必須具有良好的切削和研磨性。液壓支柱管用鋼除少數為碳素鋼外，大多數為高強度合金鋼。國外同類產品多用CrMo系鋼制造，如德國(DIN1629/DIN17200中25CrMo4鋼)、日本(JISG3441中的STKSI鋼，相當于我國30CrMo鋼)、美國等國家采用CrMo鋼，俄羅斯、波蘭等國家采用Cr鋼(40Cr)、CrMnSi鋼(30CrMnSi)等。如日本住友金屬工業株式會社發明一種采用UOE制管法，保持軋制狀態不進行熱處理來制造低屈服比的圓型支柱用鋼管的方(%)C:01——0.18,Si:0.05——0.55，P:<0.030，S:<0.015，Mn:1.00—1.60(CN1924060);日本SUMITOMOMETALIND發明了一種高抗拉強度、焊接性優良且抗應力消除裂紋的鋼種用于制造壓力容器和液壓鋼管，成分(％)C:0,03—0.20，Si:Sl.O，Mn:0.3—2.0，P:^0.02，S:$0.001，Cr:0.3—3.0，Mo:0.2—2.0，V:$0.5，Al:0.003—0.10，B:0.0003—0.006及余量Fe，除此之外，還有Cu:^2.0或Ni:蘭5.0，抗拉強度為270kg/mm2(JP5051696);日本SUMITOMOMETALIND發明了一種機加工性能優良的電焊鋼管可用于液壓缸，成分。/。)C:$0.25，Mn:$1.60，Nb:0.010—0.050，余量為Fe(JP3028322);意大利AGAZZIGIANMARIO等發明了一種精密鋼管用于低溫使用的液壓缸，成分(％)C:0.06—0.15，Mn:0.30—2.5，Si:0.10_0.60(WO2008000300);Manton.RB發明了一種含鈮的高強度低合金可焊無縫鋼管，成分(％)C:0.24—0.28，Mn:1.30—1.50，Si:0.15—0.35，S:才O.Ol，P:>0.03，Cu>0.20，Cr:0.13—0.20，Mo:0.15—0.60，Al:0.007—0.005，N>0.02，Ti:0.02—0.04，B:0.0007—0.0025;Nb:0.02—0.10，余量為Fe(US4784704)。國內液壓支柱用管的主要鋼種是27SiMn鋼，煤炭科學研究總院研制了一種用于單體液壓支柱新管材一準貝氏體鋼管，其BZ—11G型準貝氏體鋼，主加元素為極普通的合金元素，屬低合金鋼，抗拉強度〉1090MPa，屈服限大于850MPa;首鋼發明了一種強韌性低合金結構鋼及其生產方法，其可用于煤礦液壓支架等領域，成分(％)C:0.05—0.60，Si:0.05—0.70，Mn:0.5—2.5，P:$0.04，S:$0.04，Cr:0—0.70，Ni:0—0.70，Mo:0—0.60，Cm0—0.20，V:0.01—0.30，Al:0—0.1，Nb:0.001—0.10，N:0.004_0.02，鐵余量。綜上所述，目前液壓支柱無縫鋼管鋼為SiMn鋼和CrMo鋼，SiMn雖生產成本低，但不具有高強度和高韌性，難以滿足煤炭、機械等綜合機械化領域生產安全性的更高要求；CrMo雖具有高強度和高韌性，但生產成本高。
發明內容本發明的目的是提供一種經濟的(和CrMo相比較)、高強度(屈服強度750-800N/mm2)、高韌性(夏比沖擊功一2(TC5060J)和具有優良焊接性能的液壓支柱無縫鋼管鋼。可廣泛地應用于煤炭、機械等綜合機械化生產安全性要求高的領域。本發明是這樣實現的本發明一種高強韌性液壓支柱無縫鋼管，按重量％，含有C:0.15%—0.35%、Si:0.10%—0.60%、Mn:1.0096—2.00%、Nb:0.02%—0.07%、Al:0.01%—0.06%、Ti:0.02%—0.12%、P:0.025%以下、S:0.025%以下、0:0.0035%以下。按重量％由下列成分組成C:0.20%—0.28%、Si:0.25%0.45%、Mn:1.55%—丄.70%、Nb:0.03%—0.05%、Al:0.01—0.05%、Ti:G.02%一0.06%、P:0.02%以下、S:0.02%以下、0:0.0035%以下，余量由Fe及雜質構成。將部分Fe按重量％置換成B:0.0005%—0.002%。將部分Fe按重量％置換成N:0.0050%—0.01%。將Fe的一部分按重量。/。用從B:0.0008%—0.0015%、N:0.0060%—0.0080%中選擇的.1種或2種取代。該鋼的碳當量Ceq.(%)為0.32%0.68%，Ceq.=C+Mn/6。碳量Ceg:(%)為0.44%—0.56%、Ceq二C+Mn/6。制管工序中精軋溫度為122(TC—126(TC，無縫鋼管經過熱處理，其熱處理工藝為920。C保溫90min，水淬，530。C保溫120min，水冷。本發明為了獲得一種高強韌性液壓支柱無縫鋼管，以下措施是有效的。①C和Mn是鋼成分設計中最基本的元素。C是傳統的最經濟的強化元素，鋼的強度幾乎是隨CM的增加呈直線增加，但它對鋼的塑性、韌性十分有害，因此，對鋼中的C含量要加以適量控制，既滿足屈服強度的要求，又滿足沖擊韌性的要求。減少鋼中C導致的屈服強度降低可以采用增加Mn予以補償。Mn是弱碳化物形成元素，室溫下固溶于鐵素體之中，Mn起固溶強化作用，同時還能擴大鐵的Y區域的合金元素；增加鋼中Mn的含量，使其珠光體團變得細小，可有效改善鋼的韌性。從確保最佳強度和韌性匹配角度考慮，優選c含量控制在0.20%0.28%的范圍；優選Mn含量控制在1.45%~1.70%的范圍。②Si具有熔煉時脫氧同時提高強度的作用。從確保最佳強度和韌性匹配角度考慮，優選Si含量控制在0.25%0.45%的范圍。③Nb、Ti是目前應用最廣泛的微合金化元素，它們在鋼中能夠影響的顯微組織參數是晶粒尺寸和形狀；各種尺寸的析出物；位錯密度；非金屬夾雜物的尺寸和形狀等。在鋼中的作用阻止晶粒長大；阻止奧氏體形變再結晶；沉淀強化；改變鋼的顯微組織。從確保最佳強度和韌性匹配角度考慮，優選Nb含量控制在0.03%0.05%的范圍；優選11含量控制在0.02%0.06%的范圍。N是很強的形成和穩定奧氏體的元素。N與Ti、Nb有很強的親合力，可形成極穩定的間隙相。氮化物之間也可以互相溶解，形成復合氮化物，并以細小質點存在，產生彌散強化效果，提高鋼的強度。N和鋼中的Al化合物形成A1N。A1N以及TiN、NbN等都可有效地阻止奧氏體晶粒粗化，得到細小的鐵素體晶粒，有利于提高鋼的韌性。從確保最佳強度和韌性匹配角度考慮，優選N含量控制在O.0060%0.0080%的范圍。⑤B是確保淬火性的有效元素，但添加過多時會使韌性下降。從確保最佳淬火性和韌性匹配角度考慮，優選B含量控制在0.0008%0.0015%的范圍。⑥P、S幾乎一致被認為是有害元素，它們具有很強的偏析傾向，易在晶界上聚集。因此，優選盡可能地降低其含量。優選在0.02%以下。由于采用以上措施，本發明具有經濟性和安全性高的綜合性能，可廣泛用于煤礦液壓支架等生產安全性要求高的機械領域。本發明液壓支柱無縫鋼管鋼與現有的27SiMn液壓支柱無縫鋼管鋼相比具有下述優點'①本發明液壓支柱無縫鋼管鋼具有高強度和高的沖擊韌性，同時還具有良好的淬火性。②本發明液壓支柱無縫鋼管鋼的綜合性能屈服強度Os:750800N/mm2，抗拉強度Ob:8701000N/mm2，延伸率S:1520%，斷面收縮率V:5065%，夏比沖擊功A,:—20°C5060J本發明與已有的含Cr、Mo非調質無縫鋼管相比，具有如下優點①無需價格昂貴的Mo、V、Cr合金生產，降低成本，而保持高強度和高韌性。②將N、Ti、Nb控制在更小的范圍內，卻達到很好的經濟和安全綜合性能。具體實施例方式熔煉表l所示的化學成分的鋼，澆鑄成鋼錠后，將上述鋼錠加熱到122(TC126(TC，軋制成無縫鋼管。具體工藝路線為優質廢鋼+生鐵一電爐冶煉一LF爐精煉(VD真空精煉)，精煉時調整Nb、B、Ti、C、Si、Mn成份一模鑄一508軋管。該無縫鋼管經過熱處理，其熱處理工藝為92(TC保溫90miri，水淬，53(TC保溫120min，水冷。獲得表2的綜合機械性能。.表1中，試樣序號15是本發明實施例的化學成分，試樣序號68是比較例化學成分。該無縫鋼管經過熱處理，其熱處理工藝為92(TC保溫90min，水淬，530'C保溫120min，水冷。獲得表2的綜合機械性能。表l實施例和比較例化學成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>農3實施例和比較例焊接性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1中，試樣序號17是本發明實施例的化學成分。試樣序號8IO是比較例化學成分。表2中。試樣序號17是本發明例綜合機械性能，屈服強度最低也超過750N/mm2，最高達到825N/mm2，抗拉強度最低也超過870N/mm2，最高達到1025N/mm2,如此，即使是高強度，以沖擊值評價的韌性也能確保在55J以上。試樣序號810是比較例綜合機械性能，最高屈服強度590N/mm2，最高抗拉強度790N/mm2，以沖擊值評價的韌性最高33J,不能滿足高強度和高韌性的要求。表3中。試樣序號17是本發明例的焊接性能表面裂紋率、根部裂紋率均為0%、斷面裂紋率均值為9.04%。試樣序號810是比較例的焊接性能表面裂紋率均值為0.87%、根部裂紋率均值為1.23%,斷面裂紋率均值為22.48%。發明例的焊接性能明顯優于比較例的焊接性能。如上所述，采用本發明，可經濟的獲得高強度和高的沖擊韌性液壓支柱無縫鋼管，同時還具有良好的淬火性。權利要求1.一種高強韌性液壓支柱無縫鋼管，其特征在于按重量％，含有C0.15％-0.35％、Si0.10％-0.60％、Mn1.00％-2.00％、Nb0.02％-0.07％、Al0.01％-0.06％、Ti0.02％-0.12％、P0.025％以下、S0.025％以下、00.0035％以下。2、如權利要求1所述的高強韌性液壓支柱無縫鋼管，其特征在于按重量％由下列成分組成C:0.20%—0.28%、Si:0.25%0.45%、Mn:1.55%—1.70%、Nb:0.03%—0.05%、Al:0.01—0,05%、Ti:0.02%—0.06%、P:0.02%以下、S:0.02%以下、0:0.0035%以下，余量由Fe及雜質構成。3、如權利要求2所述的高強韌性液壓支柱無縫鋼管，其特征在于將部分Fe按重量％置換成B:0.0005%—0.0020/0。4、如權利要求2所述的高強韌性液壓支柱無縫鋼管，其特征在于將部分Fe按重量％置換成N:0.0050%--0.0100%。5、如權利要求2所述的高強韌性液壓支柱無縫鋼管，其特征在于將Fe的一部分按重量％用從B:0.0008%—0.0015%、N:0.0060%—0.0080%中選擇的l種或2種取代。6、如權利要求2所述的高強韌性液壓支柱無縫鋼管，其特征在于該鋼的碳當量Ceq.(%)為0.32%0.68%，Ceq.=C+Mn/6。7、如權利要求6所述的高強韌性液壓支柱無縫鋼管，其特征在于碳當量Ceg:(%)為0.44%—0.56%、Ceq=C+Mn/6。8、如權利要求1所述的高強韌性液壓支柱無縫鋼管的制造方法，其特征在于制管工序中精軋溫度為122(TC—126(TC，無縫鋼管經過熱處理，其熱處理工藝為92(TC保溫90min，水淬，530。C保溫120min，水冷。全文摘要本發明為一種高強韌性液壓支柱無縫鋼管，解決已有的液壓支柱無縫鋼管不是成本高，就是強度和韌性低，不具備經濟和安全綜合性能的問題。按重量％，含有C0.15％-0.35％、Si0.10％-0.60％、Mn1.00％-2.00％、Nb0.02％-0.07％、Al0.01％-0.06％、Ti0.02％-0.12％、P0.025％以下、S0.025％以下、O0.0035％以下。文檔編號C21D9/08GK101280391SQ20081004438公開日2008年10月8日申請日期2008年5月8日優先權日2008年5月8日發明者尹人潔,徐宗林,易良剛,滕建明,胡晶平,邊華川,坤陳申請人:攀鋼集團成都鋼鐵有限責任公司;鄭州煤礦機械集團有限責任公司