李宏波 于勇 胥傳海 任志文

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

關鍵詞：BJ770;多元合金強化;無縫鋼管;起重機臂架用管;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)構的起重臂是起重機的重要裝置，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、塔吊、港口起重機上;目前廣泛應用于超高層建筑、橋梁工程、碼頭裝卸、海上工作平臺等工程中。桁架結(jié)構的起重臂由無縫鋼管做為主弦管與腹管焊接組合而成，對于起重能力在千噸級別的起重機，需要采用新材料、新技術、新工藝來降低臂架自重，減小臂架自重下?lián)?，提高結(jié)構穩(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計要求的前提下壁厚更均勻、強度更高、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上是如何實現(xiàn)壁厚均勻度、高強度、高韌性等指標的合理匹配。

2?高強度臂架管技術要求

黑龍江建龍鋼鐵有限公司根據(jù)用戶需求簽訂的技術協(xié)議主要要求如下：化學成分要求（表1，表2，表3）;力學性能要求（表4）;外徑公差為±0.75%（國標±1%），壁厚公差±10%（國標-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，嚴格控制氧氮氫及非金屬夾雜物（表5），增加碳當量限制，管體和管端應按GB/T 5777超聲波檢驗方法對鋼管進行全長橫縱向內(nèi)外表面缺欠檢驗，驗收水平L2。

2.1化學成份

起重機臂架用管要求具備高的強度、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等元素進行微合金化調(diào)整，同時增加CEV、O、N、H限制，進行化學成分設計如下。

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

與以往不同之處在于設計最少的微合金元素標準，并結(jié)合CEV保證鋼管的組織與強度等級。

2.2力學性能

2.3金相組織及夾雜物

3?工藝方案設計

3.1工藝流程

根據(jù)起重機臂架用無縫鋼管技術協(xié)議，結(jié)合我公司裝備、工藝水平和技術優(yōu)勢，設計出以下生產(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連軋機組→張力減徑機組→冷床→定尺鋸切→取樣/檢驗→調(diào)質(zhì)熱處理→矯直→取樣/檢驗→人工檢查→無損探傷→測長稱重噴標→包裝入庫→產(chǎn)品判定放行。

3.2冶煉工藝

針對臂架管高強韌性鋼的特點，以及技術協(xié)議中對氧氮氫和夾雜物的限制等問題，經(jīng)過系統(tǒng)性分析后制定關鍵管控點;①鐵水P≤0.080%，S含量≤0.05%需重點關注，重點管控;②出鋼前提前更換出鋼口，做到鋼流圓整不散流，出鋼時間≥2.5min，防止出鋼卷渣，重點控制轉(zhuǎn)爐出鋼C、終點P;③保證LF爐合金、輔料干燥，調(diào)整保護渣材料，確認保護渣組成，使用專用保護渣，重點管控LF爐造渣工藝，LF精煉時間不低于35分鐘，白渣保持時間不低于15分鐘，軟吹時間不低于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，水量控制目標為105±3m3/h;⑥冷床步進時間縮短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）上個澆次最后兩爐熱坯，進行暖坑操作;⑦提高入坑溫度達到450℃以上，緩冷時間不低于24小時，出坑溫度不高于200℃;⑧出坑后逐支滾檢坯料表面質(zhì)量，檢驗低倍組織。

3.3軋制工藝

針對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)前對張減機機架、軋輥進行再次確認、同時檢查各環(huán)節(jié)的運輸輥道及冷床裙板，防止鋼管產(chǎn)生外表面缺陷。③連軋機、張減機使用新上線的工模具，張減機軋輥采用車削次數(shù)較少的進行軋制;④使用專用硼砂和石墨，硼砂量按180-200g/m2計算。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安排專人對芯棒潤滑后輥道進行清理;⑥合理調(diào)整軋機和張減機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Ac1、Ac3溫度，在通過實驗室進行熱處理工藝試驗，對不同熱處理工藝對應的力學性能進行比較，選用最優(yōu)的調(diào)質(zhì)工藝制度：930±20℃淬火，690±15℃回火，保溫時間根據(jù)規(guī)格確定。

3.4.2 熱處理工藝控制

針對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，對加熱溫度、步進周期、出爐溫度做出具體要求，嚴格控制;②提前測試電氣信號檢測點并優(yōu)化控制參數(shù)，由自動化系統(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，及時發(fā)現(xiàn)及時處理。

4?性能檢測結(jié)果

4.1?根據(jù)技術協(xié)議要求，對批量生產(chǎn)的BJ770高強度無縫鋼管進行了拉伸性能、沖擊韌性、金相組織及非金屬夾雜物等技術指標的檢驗，共檢驗4個批次，檢驗指標均符合技術協(xié)議和標準規(guī)定。

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

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0.5級，主要為硫化物A類夾雜。

5?產(chǎn)品焊接評定檢測結(jié)果

焊接工藝是起重機械金屬結(jié)構最重要的成型工藝，本次生產(chǎn)的BJ770已經(jīng)委托相關權威機構進行焊接實驗，實驗結(jié)果會在后續(xù)材料中進行補充。

6 結(jié)論

采用低C、低Mn以及控微合金元素下限，是滿足性能設計要求的基礎。

控制碳當量≤0.60%，通過后續(xù)的焊接工藝可以驗證其使用性能，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等級的臂架管，減少了工序制造成本。

積累經(jīng)驗，為后續(xù)的超高強度臂架管開發(fā)做準備，同時填補東北地區(qū)高等級工程機械用管空白。

7?參考文獻

[1]吳虹.易良剛.林發(fā)駒.王西江.田曉凡.陳雨 起重機臂架用高韌性CS-Q890無縫鋼管的研發(fā)。[J]，鋼管?，2014 ，43（2）。

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