輸送砂漿用耐磨無(wú)縫鋼管的研發(fā)
摘要：院鞍鋼股份有限公司無(wú)縫鋼管廠(chǎng)采用野轉爐煉鋼+LF+VD冤精煉+熱軋管+在線(xiàn)探傷+內壁熱處理冶工藝，成功研發(fā)了NM50、NM55、NM62輸送砂漿用耐磨無(wú)縫鋼管。檢驗結果表明，研發(fā)的耐磨鋼管具有高強韌、高耐磨性，滿(mǎn)足砂漿輸送使用要求。
我國經(jīng)過(guò)近十年對耐磨管件的生產(chǎn)研制，目前應用于建筑、礦山行業(yè)的混凝土、砂漿輸送用耐磨無(wú)縫鋼管品種主要有兩種，一種是單層淬硬耐磨管，另一種是雙金屬復合耐磨管即雙層淬硬管冤。雙金屬復合耐磨管廣泛應用在泵送混凝土三、四十米或更好的超高層建筑施工泵車(chē)上及礦山礦漿運輸管道上咱1暫，工作壓力15～30MPa，泵管服役于硬物料、大顆粒介質(zhì)的高壓、高速沖擊磨損工況中，其磨損程度大，更換頻繁。隨著(zhù)我國野一帶一路冶基礎設施建設的新發(fā)展，對高強韌、抗沖擊、高耐磨鋼管的市場(chǎng)需求迅速增加，鞍鋼為滿(mǎn)足輸送砂漿用耐磨鋼管市場(chǎng)的需求，滿(mǎn)足泵送管道的使用壽命要求，進(jìn)行了輸送砂漿用耐磨鋼管產(chǎn)品的研發(fā)，該產(chǎn)品既可用于單層淬硬耐磨管，又可用于雙金屬復合耐磨管內層管。
1 技術(shù)要求
1.1 產(chǎn)品特點(diǎn)及核心技術(shù)為保證砂漿輸送管道的輸送任務(wù)、正確抵抗砂石骨料的強烈沖擊和磨損，滿(mǎn)足管道在高壓頻繁振動(dòng)工況下的運行，高強韌耐壓防爆和耐磨性、抗沖擊性能是該產(chǎn)品的特點(diǎn)咱2暫。耐磨鋼管應具有外壁基層的良好強韌性和內壁適宜的淬硬層。防止爆管，滿(mǎn)足砂漿輸送性能要求。其技術(shù)核心在于院耐磨鋼管合理的鋼種成分和穩定的力學(xué)性能曰鋼管內壁熱處理工藝合理，淬硬層厚度及硬度值穩定。
1.2牌號和化學(xué)成分設計
耐磨管件在不同泵送高度、管路位置所承受的壓力和磨損不同，不同的設計輸送方量，均對耐磨鋼管提出不同等級的選材要求，因此在鋼種的設計思路上，采用適當的碳錳含量可以保證產(chǎn)品的耐磨性，同時(shí)考慮添加Cr、V、Ti合金元素，細化晶粒，在增加淬透性的同時(shí)提高了韌性。在耐磨鋼管等級牌號上，設計了NM50、NM55、NM62三個(gè)級別。NM要要代表耐磨，50、55、62代表產(chǎn)品洛氏硬度。各牌號設計化學(xué)成分見(jiàn)表1。
表1 耐磨鋼管設計化學(xué)成分淵質(zhì)量分數
1.3 性能要求及組織狀態(tài)
1.3.1 熱軋狀態(tài)耐磨鋼管力學(xué)性能
熱軋狀態(tài)耐磨鋼管的力學(xué)性能應保證耐磨鋼管的高強抗壓要求，各牌號耐磨鋼管熱軋力學(xué)性能要求見(jiàn)表2。
表2 耐磨鋼管熱軋力學(xué)性能
1.3.2 熱處理后顯微組織及硬度
淬硬是輸送耐磨管加工的關(guān)鍵工藝，也是核心技術(shù)。在鋼管內壁淬火，獲得一定厚度的硬度層，要求其組織為回火馬氏體，硬度值應達到表2的要求。
1.4 表面缺陷、無(wú)損檢測要求
連軋管機的直道深度對管體內壁淬火工藝、產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，要求熱軋鋼管內表面直道深度不大于壁厚的5%,深度不超過(guò)0.5mm。同時(shí)鋼管應進(jìn)行全長(cháng)無(wú)損檢測，采用GB/T 5777要2008 標準，驗收等級L4。
2 工藝方案
2.1 工藝路線(xiàn)
采用野鐵水預處理→轉爐冶煉→爐外精煉（LF+VD）-管坯連鑄連軋-熱軋管-在線(xiàn)探傷-鋼管內壁熱處理冶工藝生產(chǎn)耐磨鋼管。
2.2 煉鋼工藝
煉鋼應做到目標值控制，提高鋼質(zhì)純凈度，控制S、P等有害元素。操作要點(diǎn)如下：
（1）煉鋼過(guò)程加強脫氧脫硫操作，防止鐵水回硫，影響轉爐脫硫，LF爐做到白渣出鋼，合理出鋼合金化時(shí)間節點(diǎn)，使合金快速熔化曰，VD精煉對合金進(jìn)行微調，做到準確目標，鈦鐵必須在精煉結束前5-8min，添加，做好終點(diǎn)碳的控制，所有原輔材料必須清潔、干燥。
（2）機前做好保護澆注，恒拉速控制，采用結晶器電磁攪拌技術(shù)及二冷水弱冷工藝，保證鑄坯內部及表面質(zhì)量。
2.3 軋管工藝
鋼管的壁厚均勻和內表面質(zhì)量決定了鋼管后續內壁熱處理的淬硬厚度均勻性和硬度的穩定性，因此必須保證熱軋鋼管的壁厚均勻及內表面質(zhì)量。
2.3.1 加熱爐操作要點(diǎn)
（1）加熱爐均熱段溫度控制（1255±20）℃。保證管坯在環(huán)形加熱爐內加熱均勻，避免出現加熱不透、加熱陰陽(yáng)面，保證管坯加熱均勻。
（2）遇事故停軋時(shí)，采取降溫措施院停車(chē)時(shí)間較短（30 min 以?xún)龋r(shí)，將均熱段爐溫降15-20℃停車(chē)時(shí)間較長(cháng)（30 min以上）時(shí)，均熱段降80-120℃。停料時(shí)間超過(guò)3-5min時(shí)，爐底反轉，將待出爐的管坯退到隔墻后面，避免管坯高溫區域長(cháng)時(shí)間停留。
2.3.2 穿孔機組操作要點(diǎn)
（1）穿孔機調整軋制線(xiàn)、軋輥距離、導板、頂桿位置，保證穿后鋼管壁厚均勻，穿孔毛管外徑偏差為0～+1mm；長(cháng)度偏差0～+100mm。
（2）檢查軋輥、頂頭表面質(zhì)量，如有老化、磨損，及時(shí)更換，確保鋼管內表面質(zhì)量。
（3）穿孔后抱瓦冷卻冷卻水不能濺入管內，保證硼砂噴吹量200 g/mm2，根據毛管的外徑及長(cháng)度來(lái)設定氮氣的噴射壓力和時(shí)間，觀(guān)察鋼管尾部硼砂燃燒產(chǎn)生的火焰，使毛管尾部噴出的未燃燒硼砂殘余粉末保持較小，確保鋼管內表面抗氧化效果。
2.3.3 連軋機組操作要點(diǎn)
（1）連軋機控制好脫管后的鋼管長(cháng)度，對鋼管進(jìn)行取樣測量壁厚，通過(guò)測量鋼管壁厚值，調整MPM輥縫及軋輥轉速曰通過(guò)計算機畫(huà)面觀(guān)察MPM電流、軋制力曲線(xiàn)，調整軋制參數達到無(wú)明顯堆拉鋼狀態(tài)。
（2）連軋開(kāi)啟高壓水除鱗系統，檢查噴嘴，保證水壓18MPa以上。
（3）檢查芯棒表面狀態(tài)，控制好芯棒噴涂石墨的潤滑效果。
2.4 鋼管內壁熱處理工藝
鋼管內壁淬硬，需在耐磨管件加工廠(chǎng)完成，其工藝為院鋼管定尺切斷→兩端焊接鋼制法蘭→數控感應淬火→低溫回火處理→外表面噴砂、噴漆處理→檢查→成品包裝。應調整好感應加熱電壓、電流，準確控制淬硬層深度，并調整適量冷卻水，使鋼管內壁淬硬層深度控制在壁厚的30%～45%。根據試驗結果確定較佳熱處理制度院淬火溫度（820±20）益，回火溫度（180±50）益，保溫時(shí)間40～60 min。
3 產(chǎn)品評價(jià)
3.1 熱軋管力學(xué)性能
鞍鋼經(jīng)過(guò)多次耐磨鋼管新品試制，在大量、系統的試驗數據基礎上，不斷優(yōu)化成分和工藝，先后開(kāi)發(fā)了NM50、NM55、NM62 系列耐磨鋼管產(chǎn)品。對各牌號的熱軋鋼管進(jìn)行力學(xué)性能檢測，結果全部合格，具體見(jiàn)表3。
表3 熱軋鋼管力學(xué)性能
3.2 試樣熱處理后金相組織和硬度
鋼管試樣熱處理后得到理想的板條狀回火馬氏體組織，見(jiàn)圖1。該組織鋼具有高硬度和高耐磨性，而脆性較小，可抵抗砂石骨料的強烈沖擊和磨損，硬度值見(jiàn)表4，試樣熱處理后硬度全部滿(mǎn)足標準要求。
圖1 各牌號耐磨鋼管金相組織
表4 鋼管熱處理后硬度值(HRC)
3.3 用戶(hù)評價(jià)
（1）鞍鋼提供的133*4.5mm、133*4.8mm、133*5.1mm、133*5.3mm、95*9mm 規格，牌號為NM50、NM55、NM62 鋼管給耐磨管件加工廠(chǎng)進(jìn)行試驗和檢驗，順利通過(guò)磨耗、硬度、沖擊、水壓、拉伸等多項試驗，得到用戶(hù)認可。
（2）用戶(hù)采用MLS-225 型濕砂式橡膠輪磨粒磨損試驗機進(jìn)行NM50 和NM62 磨損對比試驗，從磨損失重數值結果顯示NM62 的耐磨性是NM50的1.31倍。
（3）在用戶(hù)使用過(guò)程中，在裝車(chē)實(shí)際運營(yíng)中考察耐磨性能，結果表明NM50 鋼管可輸送砂漿水泥2.0～3.5 萬(wàn)m3，NM55 可輸送砂漿水泥3.0～4.0萬(wàn)m3,NM62 可輸送砂漿水泥6.0～8.0 萬(wàn)m3，是普通鋼管輸送方量（一般為6 000 m3～8 000 m3）的
4～7倍。
4 結論
（1）鞍鋼無(wú)縫廠(chǎng)研發(fā)的輸送砂漿用耐磨無(wú)縫鋼管，采用野轉爐煉鋼+（LF+VD）精煉+熱軋管+在線(xiàn)探傷+內壁熱處理冶工藝，煉鋼工藝合理、成分控制，制管工藝較好，鋼管內外表面質(zhì)量好、幾何尺寸精度高，性能穩定。
（2）鞍鋼研發(fā)的NM50、NM55、NM62 系列輸送砂漿耐磨泵管，具有高硬度和高耐磨性，能夠滿(mǎn)足混凝土泵送管路的設計、選材要求。
3 結論
（1）本文應用有限元大型仿真軟件研究得到了方坯重壓下時(shí)的變形特征，結果認為，施加不同壓下量，鑄坯的寬展變形會(huì )隨著(zhù)壓下量的增加而增加,鑄坯寬展變形將產(chǎn)生鑄坯缺陷。
（2）合理控制壓下量對鑄坯質(zhì)量重要，壓下量過(guò)小對中心偏析和疏松改善不明顯曰壓下量過(guò)大會(huì )使鑄坯內部產(chǎn)生裂紋，并使重壓下拉矯機等設備受力過(guò)大。壓下量的臨界值為12～14mm，超過(guò)該值后，鑄坯的應變位置出現在鑄坯中心。