阅读说明：本技术 防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯、制造方法及应用 (Pipe blank for preventing internal cracks of steel pipe blank of gas cylinder, manufacturing method and application ) 是由 扈立 侯强 于泳 王丰产 陈燕 魏刚 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯,所述管坯包括重量百分比如下的组分：C：0.35％～0.45％；Si：0.10％～0.35％；Mn：1.20％～1.70％；P：≤0.020％；S：≤0.015％；Ni：≤0.25％；Cr：0.05％～0.20％；Mo：0.03％～0.10％；Cu：≤0.20％；Al：0.020％～0.045％；N：0.0030％～0.0060％；其余为Fe；制造方法为：融化废钢原料；向钢液中添加合金元素至目标成分；真空脱气；钢液进行连续浇注；管坯凝固缓冷、锯切,制成钢坯。本发明通过调整钢中微量合金元素含量以及生产工艺,避免连铸坯内部裂纹的形成。(The invention provides a pipe blank for preventing internal cracks of a steel pipe blank of a gas cylinder, which comprises the following components in percentage by weight: c: 0.35 to 0.45 percent; si: 0.10 to 0.35 percent; mn: 1.20 to 1.70 percent; p: less than or equal to 0.020%; s: less than or equal to 0.015 percent; ni: less than or equal to 0.25 percent; cr: 0.05 percent to 0.20 percent; mo: 0.03 to 0.10 percent; cu: less than or equal to 0.20 percent; al: 0.020% -0.045%; n: 0.0030 to 0.0060 percent; the balance of Fe; the manufacturing method comprises the following steps: melting a scrap steel raw material; adding alloy elements into molten steel to obtain target components; vacuum degassing; continuously pouring molten steel; solidifying the tube blank, slowly cooling, sawing and cutting to obtain the steel blank. The invention avoids the formation of cracks in the continuous casting billet by adjusting the content of trace alloy elements in the steel and the production process.)

防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯、制造方法及应用

技术领域

本发明属于钢管制造技术领域，特别涉及防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯、制造方法及应用。

背景技术

气瓶管制造通常使用37Mn系列钢种，该钢种铝元素含量常规控制范围为0.005～0.015％，经过长时间摸索优化，已逐渐形成了产品质量稳定的制造工艺。但是基于改进产品机械性能的特殊需求，需要将铝元素含量增加至0.020～0.045％，这一成分调整显著改变了37Mn系列钢种的冶金性能，在生产直径为连铸管坯过程中出现大量由于内部裂纹导致的铸坯开裂事故，影响产品交付周期，同时造成大量经济损失。

图1为180℃/h冷速连续冷却过程“伸长量—温度”曲线，可以看出，低铝钢“奥氏体—珠光体”冷却相变过程中试样长度平稳收缩，而高铝钢相变过程伴随“收缩—膨胀—收缩”的显著长度变化，导致相变结束后组织应力较大，相界面处形成微裂纹的倾向增加。由于铁素体和珠光体冷却时的热膨胀系数不同，且相变组织应力较高，柱状晶发达且晶间结合力弱，在连铸坯承受矫直、震动等外力作用时将使铁素体/珠光体界面处的微裂纹发生扩展(图2)，从而形成内部裂纹缺陷。

由于钢中铝元素含量已指定，无法通过降低铝含量减少钢坯组织中铁素体百分数及降低相变应力，只能通过调整炼钢及连铸生产工艺达到降低组织应力，避免形成连铸坯内部裂纹。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种防止直径为气瓶钢管坯内部裂纹的管坯及其制造方法，通过在精炼工序降低钢中N元素含量，添加微量Cr、Mo合金元素，推迟奥氏体向珠光体转变过程，减小相变组织应力；在连铸坯凝固过程750～500℃温度区间内，降低铸坯冷却速度，减小相变热应力，避免内部微裂纹形成。

为了解决上述技术问题，本发明的目的是通过调整钢中微量合金元素含量以及生产工艺，避免连铸坯内部裂纹的形成。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯，所述管坯包括重量百分比如下的组分：C：0.35％～0.45％；Si：0.10％～0.35％；Mn：1.20％～1.70％；P：≤0.020％；S：≤0.015％；Ni：≤0.25％；Cr：0.05％～0.20％；Mo：0.03％～0.10％；Cu：≤0.20％；Al：0.020％～0.045％；N：0.0030％～0.0060％；其余为Fe。

上述的防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯的制造方法，该方法包括以下步骤：

S1、电弧炉融化已知化学元素组成的废钢原料，调整P、N元素含量至目标成分，控制出钢C含量；

S2、精炼工序，根据实时成分检验结果，向步骤S1中得到的调整后的钢液中添加合金元素，去除S元素，达到权利要求1所述钢坯目标成分；

S3、将步骤S2得到的钢液经真空脱气处理，去除钢中气体，使夹杂物充分上浮；

S4、钢液转中间包进行连续浇注；

S5、钢坯凝固后在冷床上缓慢冷却，锯切，得到管坯；其中，所述钢坯在冷却时：750℃～500℃温度区间内冷却速度为60～100℃/h。

进一步的，步骤S1完成后钢液中组分按重量百分比：出钢C含量≤0.026％。

进一步的，步骤S3真空脱气时间不少于15分钟。

进一步的，所述步骤S1中N的控制方法为埋弧电离方式，使电极与空气隔离，实现控制N含量。

上述的防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯应用于制备直径为连铸管坯。

本发明的有益效果是：通过在降低钢中N元素含量、添加微量Cr、Mo合金元素，推迟奥氏体向珠光体转变过程，减小相变组织应力；在连铸坯凝固过程750～500℃温度区间内，降低铸坯冷却速度，减小相变热应力，避免内部微裂纹形成。

附图说明

图1是冷速为180℃/h时两钢种“相变伸长量—温度”曲线；

图2为铁素体/珠光体界面处形成的微孔洞；

图3为添加铬、钼元素前后管坯相变“相变伸长量—时间”曲线；

图4是冷速为180℃/h和70℃/h钢的冷却相变“相变伸长量—时间”曲线。

具体实施方式

结合附图3-4和实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明提供防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯，所述管坯包括重量百分比如下的组分：

C：0.35％～0.45％；Si：0.10％～0.35％；Mn：1.20％～1.70％；P：≤0.020％；S：≤0.015％；Ni：≤0.25％；Cr：0.05％～0.20％；Mo：0.03％～0.10％；Cu：≤0.20％；Al：0.020％～0.045％；N：0.0030％～0.0060％；其余为Fe。

上述的防止气瓶钢管坯内部裂纹的管坯的制造方法，该方法包括以下步骤：

S1、电弧炉融化废钢原料，调整钢液中P、N元素含量至目标成分，控制出钢C含量；调整后钢液中组分按重量百分比：出钢C含量≤0.026％；

在电弧炉工序中，通过石墨电极高压电弧产生的热量融化原料，电弧与空气接触时可以将空气中的氮气电离，进而导致钢中N含量升高，因此，控制N含量的话，一般采用埋弧电离方式，使电极与空气隔离，达到控制N含量的目的，电炉炼钢工艺中N含量的控制方法属于常规操作。

关于P元素的控制：废钢原料融化为钢液后，通过加入氧化性保护渣，与钢中的P元素发生氧化反应生成磷酸盐废渣，氧化反应完成后，含P废渣在钢液中上浮至表面，可实现脱P目的；

S2、向步骤S1中得到的调整后的钢液中添加合金元素，去除S元素，达到权利要求1所述钢坯目标成分；

关于S元素的控制：S的去除是通过加入还原性保护渣实现，生成含S废渣并上浮，由于S1工序中的含P废渣在钢液转移过程中已经去除，因此不会在S2工序中造成P含量的变化；

S3、将步骤S2得到的钢液经真空脱气处理，去除钢中气体，使夹杂物充分上浮；其中，真空脱气时间不少于15分钟；

S4、钢液转中间包进行连续浇注；

S5、钢坯凝固后在冷床上缓慢冷却，锯切，得到管坯；其中，所述钢坯在冷却时：750～500℃温度区间内冷却速度为60～100℃/h。

S 1中废钢的各组分含量为已知，废钢的选择一般会参照最终目标成分，如果目标成分合金含量较少，则会选取生铁及低合金含量废钢，以保证合金元素的调整空间。

作为举例，具体的，在本实施例中，使用生铁及废钢原料制成37Mn钢种管坯，管坯化学成分见表1。

表1：本实施例37Mn钢种管坯实际化学成分(质量百分比/％)

C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	Cu	Al	N
											0.37	0.28	1.55	0.012	0.005	0.10	0.08	0.04	0.07	0.034	0.0055

具体的制备方法为：

用电弧炉融化生铁及废钢原料，调整C、P、N元素含量，随后向钢液中添加Si、Mn、Cr、Mo、Al等合金元素，去除S元素；

钢液真空脱气处理15分钟后进行连续浇注，钢坯凝固后在冷床上缓慢冷却，其中750～500℃温度区间内采用70℃/h较慢冷速，冷却过程完成后进行管坯锯切，管坯制备完成。

作为对比，可采用上述方法制备不含铬、钼合金元素的管坯，采用膨胀法对本实施例制备的含铬、钼合金元素的管坯及不含铬、钼合金元素的对比管坯进行“相变伸长量—时间”关系测试，结果如图3所示，通过添加微量铬、钼合金元素，使管坯“奥氏体—珠光体”相变过程延长，缓解了组织应力，连铸坯冷却后室温组织均匀，未出现微裂纹缺陷；由此可证实通过降低钢中氮元素含量，添加微量铬、钼合金元素，可有效减小相变组织应力；

作为对比，通过对本实施例制备的含铬、钼合金元素的管坯在连铸坯凝固过程750～500℃温度区间内，采用180℃/h冷却速度，结果如图4所示，在连铸坯凝固过程750～500℃温度区间内，采用70℃/h较慢冷却速度，减小热应力，可以避免形成裂纹缺陷。