微合金高韧性非调质起重机臂架用管及生产方法 【技术领域】
本发明涉及冶金行业无缝钢管的生产，具体涉及一种微合金高韧性非调质起重机臂架用管及生产方法。
背景技术
臂架作为液压履带式起重机一个重要部件的组合，是其承载和输送物体的关键部位。臂架由3m～12m长的无缝钢管焊接好一节节组合而成，最大吊重能力达350～1200t，吊重高度可达226m，最大工作半径为164m。因此对臂架用钢管的要求非常高，需要有高强度及高韧性。
现有的液压履带式起重机臂架用管采用的是传统的微合金非调质钢。其中，铁素体-珠光体型非调质钢是早期发展起来的微合金非调质钢，其强化的方法是在钢中加入微合金化元素，产生沉淀强化并加以晶粒细化，通过控制珠光体的含量来获得所需要的强度和硬度，但是这样得到钢的韧性往往不高，低温冲击韧性更差。为进一步改善非调质钢的韧性，出现了贝氏体型非调质钢、马氏体型非调质钢等，如日本生产的0.25％C，1.50％Mn，0.35％Cr，0.15％V贝氏体型非调质钢，室温V型缺口冲击值达到50J以上，但是这些钢种也都没有保证低温冲击性能。
【发明内容】
本发明的目的是克服传统的非调质钢管韧性较差的问题，提供一种新型的微合金高韧性非调质起重机臂架用管及生产方法，通过微合金化及控冷控轧等工艺手段，使起重机臂架用管具有足够的强度，提高起重机臂架用管的冲击韧性和抗低温性能(-20℃)，使其接近或达到调质钢管的性能。
本发明的技术方案是：微合金高韧性非调质起重机臂架用管，成分以质量％计，具体有：C：0.16～0.22、Si：0.10～0.50、Mn：1.30～1.50、P：0.030≤、S：0.020≤、V：0.08～0.18、Al：0.01～0.06，其余部分为Fe及不可避免的杂质。
微合金高韧性非调质钢化学成分设计：
C：C元素作为钢中最有效的强化元素之一，也是最廉价的元素。C含量的增加，钢的强度增大，塑性减低，冲击韧性变差。C含量过低，钢的强度降低，冲击韧性提高。因此必须有合适的C含量。
Mn：Mn元素在钢中主要起强化作用，是扩大γ区的合金元素。增加Mn含量可以降低A→F+P的相变温度，减缓奥氏体向珠光体的转变速度，细化铁素体晶粒，减小珠光体团尺寸，缩小珠光体中的片间距，还使珠光体中渗碳体片的厚度减薄，这些均可有效地提高钢的韧性。但Mn含量升高会增加珠光体的体积分数而降低钢的韧性，当Mn超过一定的含量时，会促进钢的A-B相变发生，这样也会降低P+F类非调质钢管的韧性。因此在本发明中通过增加钢中Mn的含量，降低钢中C的含量，达到提高钢管韧性的目的。
Si：Si元素是常用的脱氧元素，有固溶强化作用。Si是促进铁素体生成的元素，能增加铁素体的体积分数并使其晶粒变细，对室温冲击值没有多大影响，但恶化低温冲击性能，因此在非调质钢中有一定的Si含量。
V：V元素对室温冲击值没有多大影响，但对低温冲击性能存在不良影响，比Si尤甚。但V和其他微合金化元素搭配，可以显著提高非调质钢管的强度，起弥散强化作用。
Al：Al元素作为合金化元素引入，在钢中有3种不同的结合状态，即Al2O3、AlN和固溶Al，其中对细化晶粒起主要作用的是难熔的六方点阵结构的AlN，由于其在晶界上弥散析出而阻碍了晶界移动，防止了晶粒的长大。
本发明还提供了一种微合金高韧性非调质起重机臂架用管生产工艺，它包括钢坯冶炼和制管，具体生产方法如下：
A、钢坯冶炼工艺流程：
电炉冶炼+炉外精炼+真空脱气+水平或者弧形连铸。
钢坯冶炼采用60～75％优质铁水+15～30％管切头+10％优质废钢，在冶炼过程添加铝丝和碳粉以去钢水中杂质，并进行真空脱气，在浇注时吹氩保护，提高钢的纯净度。
优质铁水的添加量为630～750kg/t钢、铝丝的添加量为2.00～3.00kg/t钢、V的添加量为2.00～3.30kg/t钢、碳粉的添加量为0～1.0kg/t钢。
B、制管工艺流程：
坯料检验修磨→管坯锯断→环形炉加热→二辊锥形穿孔→三辊轧管→脱棒→步进炉再加热→微张力减径→矫直→取样检测理化性能→人工检验→涡流探伤→复检→喷印→称重→包装入库。
钢坯在环形炉内进行加热，分预热、加热、均热三个过程，总加热时间控制在80～100min，并合理分配各段的时间，以防止加热不均及出现加热缺陷。其中：随炉温预热20～30min、1280±20℃加热40～50min、1260±20℃均热20～30min。
轧管采用锥形辊穿孔、多机架纵轧方式，小径管增加冷拔工序，各工序根据不同规格合理分配变形量，有效地避免了裂纹等缺陷。
本发明与现有技术相比具有如下特点：
1、化学成分中碳含量较低，合金含量低，易轧制，不额外增加设备。
2、生产容易，钢管不需进行调质便具有足够的强度和高的低温韧性。
3、在生产过程中减少了调质工艺，即减少了一次再加热过程，为企业降低生产成本、节约能源、减少污染提供了最有利可行的技术手段。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述。
【具体实施方式】
实施例、微合金高韧性非调质起重机臂架用管，成分以质量％计，具体有：C：0.16～0.22、Si：0.10～0.50、Mn：1.30～1.50、P：0.030≤、S：0.020≤、V：0.08～0.18、Al：0.01～0.06，其余部分为Fe及不可避免的杂质。
微合金高韧性非调质起重机臂架用管生产工艺，它包括钢坯冶炼和制管，具体生产方法如下：
A、钢坯冶炼工艺流程：
电炉冶炼+炉外精炼+真空脱气+水平或者弧形连铸。
钢坯冶炼采用60～75％优质铁水+15～30％管切头+10％优质废钢，在冶炼过程添加铝丝和碳粉以去钢水中杂质，并进行真空脱气，在浇注时吹氩保护，提高钢地纯净度。
优质铁水的添加量为630～750kg/t钢、铝丝的添加量为2.00～3.00kg/t钢、V的添加量为2.00～3.30kg/t钢、碳粉的添加量为0～1.0kg/t钢。
B、制管工艺流程：
坯料检验修磨→管坯锯断→环形炉加热→二辊锥形穿孔→三辊轧管→脱棒→步进炉再加热→微张力减径→矫直→取样检测理化性能→人工检验→涡流探伤→复检→喷印→称重→包装入库。
钢坯在环形炉内进行加热，分预热、加热、均热三个过程，总加热时间控制在80～100min，并合理分配各段的时间，以防止加热不均及出现加热缺陷。其中：随炉温预热20～30min、1280±20℃加热40～50min、1260±20℃均热20～30min。
轧管采用锥形辊穿孔、多机架纵轧方式，小径管增加冷拔工序，各工序根据不同规格合理分配变形量，有效地避免了裂纹等缺陷。
根据本发明所设计的化学成分在衡阳华菱钢管有限公司炼钢分厂30T电炉生产微合金高韧性非调质钢，并在衡阳华菱钢管有限公司∮219分厂进行了轧制，随机取样进行分析，结果如下：
1.化学成分
表1实物化学成分
2.尺寸及力学性能
表2实物尺寸及力学性能