起重機(jī)桁架臂用BJ770級(jí)高強(qiáng)度無縫鋼管的工藝研究

李宏波 于勇 胥傳海 任志文

摘要：介紹了起重機(jī)桁架臂用BJ770高強(qiáng)度無縫鋼管的工藝設(shè)計(jì)思路，采用低C，添加Cr、Mo、V、Nb、Ni等多元合金元素的成分設(shè)計(jì)，控制碳當(dāng)量使鋼管獲得優(yōu)異的焊接性能;采用寖?nèi)雰?nèi)噴式淬火+分段式高溫/等溫回火進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理保證了鋼管強(qiáng)度和韌性的良好匹配。

關(guān)鍵詞：BJ770;多元合金強(qiáng)化;無縫鋼管;起重機(jī)臂架用管;分段式高溫/等溫回火

Abstract： The article described the ideas of the process of making BJ770 extra-high strength seamless steel pipes for making the crane jib，by using chemical composition with low C content，and adding multiple ?alloying elements as Cr，Mo，V，Nb，Ni etc.and properly control the carbon equivalent so as to ensure excellent weldability of the pipes;using the method of submerged internal spray quenching+hi-temperature tempering heat treatment process to ensure the good matching of strength and toughness of the pipes.

Keywords： BJ770;multiple alloy steel reinforced; seamless steel pipe;pipe for crane jib?service;sectional high temperature/ constant temperature tempering

1?概述

桁架結(jié)構(gòu)的起重臂是起重機(jī)的重要裝置，用以支持吊裝重物，具有一定的起升高度和寬度，主要用于履帶起重機(jī)、塔吊、港口起重機(jī)上;目前廣泛應(yīng)用于超高層建筑、橋梁工程、碼頭裝卸、海上工作平臺(tái)等工程中。桁架結(jié)構(gòu)的起重臂由無縫鋼管做為主弦管與腹管焊接組合而成，對(duì)于起重能力在千噸級(jí)別的起重機(jī)，需要采用新材料、新技術(shù)、新工藝來降低臂架自重，減小臂架自重下?lián)?，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以提高起重重量，故要求臂架所使用的無縫鋼管在外徑符合設(shè)計(jì)要求的前提下壁厚更均勻、強(qiáng)度更高、韌性更好，而且還要具有良好的焊接性能。本次工藝研究主要解決技術(shù)上是如何實(shí)現(xiàn)壁厚均勻度、高強(qiáng)度、高韌性等指標(biāo)的合理匹配。

2?高強(qiáng)度臂架管技術(shù)要求

黑龍江建龍鋼鐵有限公司根據(jù)用戶需求簽訂的技術(shù)協(xié)議主要要求如下：化學(xué)成分要求（表1，表2，表3）;力學(xué)性能要求（表4）;外徑公差為±0.75%（國標(biāo)±1%），壁厚公差±10%（國標(biāo)-10%～+12.5%），橢圓度和壁厚不均度分別不大于外徑公差的50%（國標(biāo)80%），全長彎曲度不大于全長的0.1%或10mm;內(nèi)外表面不允許有裂紋、結(jié)疤、分層、折疊、軋折等質(zhì)量問題，嚴(yán)格控制氧氮?dú)浼胺墙饘賷A雜物（表5），增加碳當(dāng)量限制，管體和管端應(yīng)按GB/T 5777超聲波檢驗(yàn)方法對(duì)鋼管進(jìn)行全長橫縱向內(nèi)外表面缺欠檢驗(yàn)，驗(yàn)收水平L2。

2.1化學(xué)成份

起重機(jī)臂架用管要求具備高的強(qiáng)度、塑性、韌性，并具有良好的焊接性能。為了改善焊接性能，提高沖擊韌性和耐低溫性能，加入Mo、Cr、V、Nb、Al等元素進(jìn)行微合金化調(diào)整，同時(shí)增加CEV、O、N、H限制，進(jìn)行化學(xué)成分設(shè)計(jì)如下。

常規(guī)五元素中降低C、Si、Mn含量，增加CEV限制，并增加碳當(dāng)量計(jì)算公式，用于指導(dǎo)焊接性能。

與以往不同之處在于設(shè)計(jì)最少的微合金元素標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合CEV保證鋼管的組織與強(qiáng)度等級(jí)。

2.2力學(xué)性能

2.3金相組織及夾雜物

3?工藝方案設(shè)計(jì)

3.1工藝流程

根據(jù)起重機(jī)臂架用無縫鋼管技術(shù)協(xié)議，結(jié)合我公司裝備、工藝水平和技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)計(jì)出以下生產(chǎn)工藝路線：轉(zhuǎn)爐冶煉→精煉（LF+VD）→連鑄圓坯→鑄坯緩冷→精整檢查→管坯鋸切→管坯加熱→穿孔→φ180連軋機(jī)組→張力減徑機(jī)組→冷床→定尺鋸切→取樣/檢驗(yàn)→調(diào)質(zhì)熱處理→矯直→取樣/檢驗(yàn)→人工檢查→無損探傷→測長稱重噴標(biāo)→包裝入庫→產(chǎn)品判定放行。

3.2冶煉工藝

針對(duì)臂架管高強(qiáng)韌性鋼的特點(diǎn)，以及技術(shù)協(xié)議中對(duì)氧氮?dú)浜蛫A雜物的限制等問題，經(jīng)過系統(tǒng)性分析后制定關(guān)鍵管控點(diǎn);①鐵水P≤0.080%，S含量≤0.05%需重點(diǎn)關(guān)注，重點(diǎn)管控;②出鋼前提前更換出鋼口，做到鋼流圓整不散流，出鋼時(shí)間≥2.5min，防止出鋼卷渣，重點(diǎn)控制轉(zhuǎn)爐出鋼C、終點(diǎn)P;③保證LF爐合金、輔料干燥，調(diào)整保護(hù)渣材料，確認(rèn)保護(hù)渣組成，使用專用保護(hù)渣，重點(diǎn)管控LF爐造渣工藝，LF精煉時(shí)間不低于35分鐘，白渣保持時(shí)間不低于15分鐘，軟吹時(shí)間不低于20分鐘;④精煉過程成分調(diào)整到位，過完VD爐后，不允許再加任何調(diào)整成分材料;⑤結(jié)晶器過鋼量不允許超4000噸，水量控制目標(biāo)為105±3m3/h;⑥冷床步進(jìn)時(shí)間縮短5s，減少坯料溫降，跟蹤冷床尾坯料溫度，緩冷前需在坑內(nèi)鋪兩爐（兩層）上個(gè)澆次最后兩爐熱坯，進(jìn)行暖坑操作;⑦提高入坑溫度達(dá)到450℃以上，緩冷時(shí)間不低于24小時(shí)，出坑溫度不高于200℃;⑧出坑后逐支滾檢坯料表面質(zhì)量，檢驗(yàn)低倍組織。

3.3軋制工藝

針對(duì)軋制過程中的鋼管內(nèi)外表面質(zhì)量，制定管控要求如下：①制定合理的工藝參數(shù)，環(huán)爐加熱溫度不超過1260℃，②產(chǎn)前對(duì)張減機(jī)機(jī)架、軋輥進(jìn)行再次確認(rèn)、同時(shí)檢查各環(huán)節(jié)的運(yùn)輸輥道及冷床裙板，防止鋼管產(chǎn)生外表面缺陷。③連軋機(jī)、張減機(jī)使用新上線的工模具，張減機(jī)軋輥采用車削次數(shù)較少的進(jìn)行軋制;④使用專用硼砂和石墨，硼砂量按180-200g/m2計(jì)算。使用新芯棒，調(diào)整石墨潤滑鏈速度1.0-1.1m/s，根據(jù)石墨濃度及芯棒表面覆蓋質(zhì)量調(diào)整;⑤安排專人對(duì)芯棒潤滑后輥道進(jìn)行清理;⑥合理調(diào)整軋機(jī)和張減機(jī)冷卻水大小以及高壓水除磷壓力，有效清除毛管和荒管氧化鐵皮，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3.4熱處理工藝

3.4.1熱處理工藝制度確定

為了更好的確定BJ770無縫鋼管熱處理工藝制度。采用JMatPro軟件測算其臨界點(diǎn)Ac1、Ac3溫度，在通過實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行熱處理工藝試驗(yàn)，對(duì)不同熱處理工藝對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能進(jìn)行比較，選用最優(yōu)的調(diào)質(zhì)工藝制度：930±20℃淬火，690±15℃回火，保溫時(shí)間根據(jù)規(guī)格確定。

3.4.2 熱處理工藝控制

針對(duì)熱處理后鋼管容易產(chǎn)生彎曲的情況，制定管控要求如下：①爐內(nèi)以還原氣氛為主并根據(jù)鋼管規(guī)格，對(duì)加熱溫度、步進(jìn)周期、出爐溫度做出具體要求，嚴(yán)格控制;②提前測試電氣信號(hào)檢測點(diǎn)并優(yōu)化控制參數(shù)，由自動(dòng)化系統(tǒng)控制噴淋壓力、流量等參數(shù)，保證鋼管表面質(zhì)量;③矯直后安排專人查看，及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理。

4?性能檢測結(jié)果

4.1?根據(jù)技術(shù)協(xié)議要求，對(duì)批量生產(chǎn)的BJ770高強(qiáng)度無縫鋼管進(jìn)行了拉伸性能、沖擊韌性、金相組織及非金屬夾雜物等技術(shù)指標(biāo)的檢驗(yàn)，共檢驗(yàn)4個(gè)批次，檢驗(yàn)指標(biāo)均符合技術(shù)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

4.2 下圖為金相檢驗(yàn)500倍圖片，可以看到組織為F+S（回），晶粒度達(dá)到10級(jí)。

4.2 下圖夾雜物電鏡掃描圖片，可以看到夾雜物長度13μm，夾雜物等級(jí)0.5級(jí)，主要為硫化物A類夾雜。

5?產(chǎn)品焊接評(píng)定檢測結(jié)果

焊接工藝是起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)最重要的成型工藝，本次生產(chǎn)的BJ770已經(jīng)委托相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)在后續(xù)材料中進(jìn)行補(bǔ)充。

6 結(jié)論

采用低C、低Mn以及控微合金元素下限，是滿足性能設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)。

控制碳當(dāng)量≤0.60%，通過后續(xù)的焊接工藝可以驗(yàn)證其使用性能，為獲得最優(yōu)的工藝提供參考。

同樣的成分條件下，通過不同的熱處理制度可以調(diào)質(zhì)出BJ770等級(jí)的臂架管，減少了工序制造成本。

積累經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)的超高強(qiáng)度臂架管開發(fā)做準(zhǔn)備，同時(shí)填補(bǔ)東北地區(qū)高等級(jí)工程機(jī)械用管空白。

7?參考文獻(xiàn)

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