CN108251747B - 起重机臂架用钢管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种起重机臂架用钢管及其制造方法。按重量百分比计，钢管包括0.10～0.20％的C元素、0.10～0.90％的Si元素、0.008～0.070％的Al元素、0.80～3.60％的Cr元素、0.40～1.80％的Mo元素、0.03～0.16％的V元素、0.03～0.35％的Nb元素、0.10～1.50％的W元素及0～0.005％的N元素，且余量为Fe元素和不可避免的杂质。本发明在严格控制容易使钢管表面产生致密氧化铁皮和水淬过程弯曲的合金元素的前提下，通过微合金元素的碳化物和氮化物的弥散析出使钢管达到960钢级强度和韧性要求，使钢管具有良好的表面质量、直线度、优异的低温韧性和可焊接性。

Description

起重机臂架用钢管及其制造方法

技术领域

本发明涉及起重机臂架用管技术领域，具体而言，涉及一种起重机臂架用钢管及其制造方法。

背景技术

履带式起重机是将起重作业装置安装在履带底盘上、依靠履带装置行走的流动式起重机，可以进行物料起重、运输、装卸和安装等作业，具有起重能力大、接地比压小、转弯半径小、可吊重行走、对环境要求低、臂架有多种组合等优点。起重机臂架由3～12m的无缝钢管一节节焊接组合而成，是履带式起重机承载和移送、起吊重物的关键部件，因此起重机臂架用管不仅要具有高的强度、高韧性，同时还必须有良好的焊接性能。

近年来，随着国家基础设施建设中大型、超大型施工项目数量的增加，履带起重机的开发逐渐向着大吨位、超大吨位和适用极寒地区的超低温等恶劣环境方向发展。在整机重量中，臂架占据了较大的比重，而过大的臂架自重将严重限制整机的起重能力，这就对大吨位、超大吨位起重机主弦杆用管提出了更高的要求。采用高强度、高韧性、高超低温冲击韧性和良好焊接性能的钢管不仅可以大幅降低臂架自重，提高起重重量，而且能保证在极寒地区的超低温恶劣环境中压力作用下的作业安全。因此开发屈服强度达到960MPa级别的高强高韧臂架管对大吨位、超大吨位履带起重机有着积极的作用。

国内外多采用具有足够强度和良好焊接性能的C-Mn-W-V系列低碳高强钢生产起重机臂架用管。目前，臂架管材料强度级别最高的为屈服强度达到890MPa级别的臂架管，并且一般钢管材料随着强度的提高，韧性会有一定程度的削弱，随着屈服强度超过960MPa，钢种的韧性指标往往更加难以达到，同时960钢级臂架管的合金化程度更高导致氧化铁皮更致密和难以去除。而且，钢管强度更高，矫直机更难矫直。所以，保证良好的直线度也是960钢级臂架管的生产难题之一。因此，良好的强韧性匹配、优异的表面质量和直线度是960MPa以上钢级起重机臂架用管的技术和生产难题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种起重机臂架用钢管及其制造方法，以解决现有技术中的起重机臂架用钢管在屈服强度超过960MPa后韧性过差，且钢管表面质量和直线度较差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种起重机臂架用钢管，按重量百分比计，起重机臂架用钢管包括0.10～0.20％的C元素、0.10～0.90％的Si元素、0.008～0.070％的Al元素、0.80～3.60％的Cr元素、0.40～1.80％的Mo元素、0.03～0.16％的V元素、0.03～0.35％的Nb元素、0.10～1.50％的W元素及0～0.005％的N元素，且余量为Fe元素和不可避免的杂质。

进一步地，按重量百分比计，起重机臂架用钢管还包括0.2～1.50％的Ni元素。

进一步地，按重量百分比计，起重机臂架用钢管包括0.11～0.15％的C元素、0.28～0.76％的Si元素、0.023～0.060％的Al元素、0.90～1.20％的Cr元素、0.50～0.60％的Mo元素、0.056～0.12％的V元素、0.039～0.12％的Nb元素、0.565～1.23％的W元素、0.34～1.32％的Ni元素及0～0.005％的N元素，且余量为Fe元素和不可避免的杂质；优选地，W元素、Nb元素、V元素及Al元素之间的重量比为20～24:1.8～2:2～2.2:1。

进一步地，按重量百分比计，起重机臂架用钢管还包括1.00～2.50％的Mn元素，优选包括1.10～1.41％的Mn元素。

进一步地，起重机臂架用钢管还包括P元素、S元素、O元素、H元素及As元素，且按起重机臂架用钢管的重量百分比计，P元素的含量≤0.020％，S元素的含量≤0.010％，O元素的含量≤0.003％，H元素的含量≤0.0002％，且As元素的含量≤0.025％。

进一步地，起重机臂架用钢管还包括Sn元素、Pb元素、Sb元素及Bi元素，且Sn元素、Pb元素、Sb元素、Bi元素及As元素在起重机臂架用钢管中的重量百分比之和≤0.05％。

进一步地，起重机臂架用钢管的碳当量Ceq≤0.75％，将C元素的重量含量记为a，将Mn元素的重量含量记为b，将Cr元素的重量含量记为c，将Mo元素的重量含量记为d，将V元素的重量含量记为e，将Ni元素的重量含量记为f，其中Ceq＝a+b/6+(c+d+e)/5+f/15。

根据本发明的另一方面，还提供了一种上述起重机臂架用钢管的制造方法，其包括以下步骤：根据起重机臂架用钢管的化学成分进行配料，得到混合原料；将混合原料进行冶炼、铸造，得到坯料；将坯料进行轧制，得到热轧管；将热轧管进行调质热处理，得到热处理管；以及将热处理管进行矫直，得到起重机臂架用钢管。

进一步地，将坯料进行轧制的过程包括：将坯料在环形炉中加热至1230～1280℃，得到热坯；对热坯进行穿孔，得到毛管；将毛管轧制成荒管，然后将荒管定径，得到热轧管。

进一步地，将坯料加热的过程包括：依次将坯料进行预热、升温加热和均热，得到热坯，且将坯料加热的总时间≥190min；优选地，预热的过程包括：将坯料随炉温进行预热；升温的过程依次包括加热一段、加热二段、加热三段、加热四段及加热五段，其中加热一段的温度为1024±10℃，加热时间≥30min；加热二段的温度为1138±10℃，加热时间≥40min；加热三段的温度为1250±10℃，加热时间≥20min；加热四段的温度为1267±10℃，加热时间≥20min；加热五段的温度为1263±10℃，加热时间≥20min；均热的过程中，均热温度为1260±10℃，加热时间≥40min。

进一步地，将热轧管进行调质热处理的步骤包括：在900～1100℃温度下，将热轧管进行保温，然后对保温后的热轧管依次进行淬火、第一次除鳞、表面喷水冷却，得到第一处理钢管；优选地，第一次除鳞的除鳞水压力≥25MPa；在500～600℃温度下，对第一处理钢管进行第一次回火，然后进行第二次除鳞、空气冷却，得到第二处理钢管；优选地，第二次除鳞的除鳞水压力≥20MPa；以及在600～730℃温度下，对第二处理钢管进行第二次回火，然后进行第三次除鳞、空气冷却，得到热处理管；优选地，第三次除鳞的除鳞水压力≥20MPa。

进一步地，冶炼的步骤包括：将混合原料依次进行电炉冶炼和炉外精炼；优选地，铸造的步骤包括：将冶炼后的混合原料进行弧形连铸，得到坯料；更优选地，弧形连铸之前，制造方法还包括对冶炼后的混合原料进行真空脱气的步骤。

进一步地，炉外精炼的过程中采用全程吹氩精炼工艺，并在精炼体系中加入碳化钙、铝粒和碳粉进行脱氧；优选地，真空脱气的步骤包括：将冶炼后的混合原料在真空条件下保持20min或以上；优选地，弧形连铸的步骤中，拉坯速度为0.8～1.0m/min，过热度为35～44℃。

进一步地，将热处理管进行矫直的过程中，矫直温度为600～700℃。

本发明提供了一种起重机臂架用钢管，按重量百分比计，起重机臂架用钢管包括0.10～0.20％的C元素、0.10～0.90％的Si元素、0.008～0.070％的Al元素、0.80～3.60％的Cr元素、0.40～1.80％的Mo元素、0.03～0.16％的V元素、0.03～0.35％的Nb元素、0.10～1.50％的W元素及0～0.005％的N元素，且余量为Fe元素和不可避免的杂质。

本发明提供的起重机臂架用钢管，其屈服强度达到了960MPa以上的级别。并且，通过适当地添加Cr、Mo、W等合金元素以及Nb、V、Al等微合金元素，并通过Cr、Mo、W、Nb、V、Al、C和N元素间的协同作用，在严格控制容易使钢管表面产生致密氧化铁皮和水淬过程弯曲的合金元素的前提下，通过微合金元素的碳化物和氮化物的弥散析出使钢管达到960钢级强度和韧性要求，不仅使钢管在生产过程中不易产生致密氧化铁皮和弯曲，具有良好的表面质量和直线度，而且使钢管在具备超高强度的同时还具有优异的低温韧性和可焊接性。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

正如背景技术部分所描述的，现有技术中的起重机臂架用钢管在屈服强度超过960MPa后韧性过差，且钢管表面质量和直线度较差。

为了解决上述问题，本发明提供了一种起重机臂架用钢管，按重量百分比计，其包括0.10～0.20％的C元素、0.10～0.90％的Si元素、0.008～0.070％的Al元素、0.80～3.60％的Cr元素、0.40～1.80％的Mo元素、0.03～0.16％的V元素、0.03～0.35％的Nb元素、0.10～1.50％的W元素及0～0.005％的N元素，且余量为Fe元素和不可避免的杂质。

本发明提供的起重机臂架用钢管，其屈服强度达到了960MPa以上的级别。并且，通过适当地添加Cr、Mo、W等合金元素以及Nb、V、Al等微合金元素，并通过Cr、Mo、W、Nb、V、Al、C和N元素间的协同作用，在严格控制容易使钢管表面产生致密氧化铁皮和水淬过程弯曲的合金元素的前提下，通过微合金元素的碳化物和氮化物的弥散析出使钢管达到960钢级强度和韧性要求，不仅使钢管在生产过程中不易产生致密氧化铁皮和弯曲，具有良好的表面质量和直线度，而且使钢管在具备超高强度的同时还具有优异的低温韧性和可焊接性。

C为碳化物形成元素，能有效提高钢的强度和淬透性，钢的强度随碳含量的增加而提高，但冲击韧性和延伸率则明显下降，尤其对焊接性能不利，因此，C含量控制在0.10～0.20，既可以保持钢的强度和韧性，又不会对焊接性能产生不利的影响。Si为钢中脱氧的有效元素，又能抑制δ铁素体结晶，可以提高无缝钢管的韧性。同时，硅会以固溶体的形式存在于铁素体或奥氏体中，提高了固溶体的强度，故可以提高钢的强度。但硅含量过高，会显著降低钢的韧性、塑性和延展性。因此，本发明将Si的含量控制在0.10～0.90％，有利于平衡钢管的强韧性能。

Al是钢中良好的脱氧剂，能够与Si配合脱除原料中的氧，并能够生成高度细碎的、超显微的氧化物，能够有效阻止钢加热时晶粒的长大，能够细化晶粒。由于Al的脱氧效果饱和以及避免夹杂物以团状形式出现，同时在含Cr钢中加入过量的Al会使钢管表面形成一层更为致密的氧化铁皮，在高压水下不容易去除。因此，本发明将Al含量的控制在0.008～0.070％，有利于在保持良好表面质量的基础上尽量细化晶粒，提高钢管的强韧平衡。

Cr为碳化物形成元素，可以提高钢管的强度和淬透性，同时Cr和Fe形成的复杂碳化物细小且难溶解，能够细化晶粒和提高回火稳定性，但Cr过量会显著提高钢的脆性转变温度和降低钢的低温冲击韧性。Mo可以提高钢的淬透性，并通过在晶界上形成弥散分布的碳化物来提高钢的强度、细化晶粒和提高钢的回火稳定性，能够降低或抑制其他元素所导致的回火脆性，所以在提高钢的强度同时显著提高钢的冲击韧性，同时在温度超过800℃的环境中形成易挥发的三氧化钼，使形成的致密氧化铁膜疏松多孔，从而在高压水下易于剥落，但Mo含量过高时对提高冲击韧性的效果不显著，同时过高时还会降低钢的韧性。

V在钢中容易和C、N形成极为稳定的碳化物和氮化物，而碳化钒和氮化钒在钢中通常以细小、弥散的形式存在，所以能够显著地细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，降低钢的过热敏感性，从而同时提高钢的强度和韧性，同时当含量较高时回火过程中会形成二次硬化现象，但V含量过高时碳化钒和氮化钒会在晶粒内部析出导致钢的韧性降低。Nb是一种强细化晶粒作用元素，能够形成碳化物，提高钢的热稳定性，使坯料在加热阶段奥氏体晶粒不至于生长的过于粗大，在随后轧制中使可以使钢的晶粒进一步细化，提高钢的强度和韧性。在回火过程中，以高度弥散的[Nb]C析出，起到析出强化的效果，保证材料的屈服强度达到960MPa的同时具有优良的低温冲击韧性，并降低钢种的脆性转变温度和改善焊接性能。

W是一种熔点高和强碳化物形成元素，与碳形成特殊的碳化物在钢中固溶困难、费时，因此可以增加钢的回火稳定性和热强性，降低钢的热敏感性，并且W在固溶状态时显著提高钢淬火后的回火稳定性，回火时钨的特殊碳化物W₂C弥散析出将促使钢发生显著的二次硬化作用，但W含量过高时会固定住过多的碳，以致奥氏体中固溶部分的碳含量贫乏，降低钢的淬透性和淬硬性。N与C一起与Al、Nb和Ti结合形成碳、氧化物，该碳、氧化物存在于晶界，能起到显著细化晶粒的作用，从而提高材料的韧性。

总之，本发明通过各合金元素和微合金元素之间的用量配合，尽大量地发挥了个元素之间的综合作用，使起重机臂架用钢管在屈服强度超过960MPa后仍具有优异的韧性，且钢管表面质量和直线度均有很大程度地改善。

在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，起重机臂架用钢管还包括0.2～1.50％的Ni元素。Ni是一种形成和稳定奥氏体的主要合金元素，能够与Fe互溶的形式存在于钢中而提高钢的强度，同时通过细化α相的晶粒改善钢的低温韧性和降低钢的低温脆性转变温度，这对960钢级臂架管在低温下甚至超低温下使用有极重要的作用。而将Ni元素的含量控制在上述范围内，不仅能够进一步提高钢管的低温性能，且还能够使其保持良好的焊接性能。

为了进一步综合钢管各方面的性能，在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，起重机臂架用钢管包括0.11～0.15％的C元素、0.28～0.76％的Si元素、0.023～0.060％的Al元素、0.90～1.20％的Cr元素、0.50～0.60％的Mo元素、0.056～0.12％的V元素、0.039～0.12％的Nb元素、0.565～1.23％的W元素、0.34～1.32％的Ni元素及0～0.005％的N元素，且余量为Fe元素和不可避免的杂质。

更优选地，W元素、Nb元素、V元素及Al元素之间的重量比为20～24:1.8～2:2～2.2:1。上述用量的W、Nb、V、Al等元素的协同添加后，在钢管制备过程中会在第一次回火时形成弥散析出，产生回火硬化，从而有利于提高第二次回火时的回火温度，进而有利于降低矫直时的矫直抗力，以有效提高直线度。特别是此时配合本发明下述制备工艺，能够进一步提高钢管的综合性能。

在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，起重机臂架用钢管还包括1.00～2.50％的Mn元素，优选包括1.10～1.41％的Mn元素。Mn为奥氏体形成元素，即能提高无缝钢管的强度，又能提高钢管的淬透性和降低淬火温度，同时具有脱氧和脱硫功效，能削弱硫的不良影响。本发明将其含量控制在上述范围内，既有利于进一步提高钢管的强度，还能够使钢管保持晶粒细化和良好的低温冲击性能。

在无缝钢管制备过程中，不可避免地会引入一些杂质元素，的在一种优选的实施方式中，起重机臂架用钢管还包括P元素、S元素、O元素、H元素及As元素，且按起重机臂架用钢管的重量百分比计，P元素的含量≤0.020％，S元素的含量≤0.010％，O元素的含量≤0.003％，H元素的含量≤0.0002％，且As元素的含量≤0.025％。将这些元素的含量控制在上述范围内，能够尽量减少杂质元素的影响。

为了进一步提高上述钢管的性能，在一种优选的实施方式中，起重机臂架用钢管还包括Sn元素、Pb元素、Sb元素及Bi元素，且Sn元素、Pb元素、Sb元素、Bi元素及As元素在起重机臂架用钢管中的重量百分比之和≤0.05％。

在一种优选的实施方式中，起重机臂架用钢管的碳当量Ceq≤0.75％，将C元素的重量含量记为a，将Mn元素的重量含量记为b，将Cr元素的重量含量记为c，将Mo元素的重量含量记为d，将V元素的重量含量记为e，将Ni元素的重量含量记为f，其中Ceq＝a+b/6+(c+d+e)/5+f/15。将碳当量控制在上述范围内，无缝钢管具有更加优异的使用性能。

根据本发明的另一方面，还提供了一种起重机臂架用钢管的制造方法，其包括以下步骤：根据起重机臂架用钢管的化学成分进行配料，得到混合原料；将混合原料进行冶炼、铸造，得到坯料；将坯料进行轧制，得到热轧管；将热轧管进行调质热处理，得到热处理管；以及将热处理管进行矫直，得到起重机臂架用钢管。

利用上述制造方法形成的起重机臂架用钢管，其屈服强度达到了960MPa以上的级别。并且，通过适当地添加Cr、Mo、W等合金元素以及Nb、V、Al等微合金元素，并通过Cr、Mo、W、Nb、V、Al、C和N元素间的协同作用，在严格控制容易使钢管表面产生致密氧化铁皮和水淬过程弯曲的合金元素的前提下，通过微合金元素的碳化物和氮化物的弥散析出使钢管达到960钢级强度和韧性要求，不仅使钢管在生产过程中不易产生致密氧化铁皮和弯曲，具有良好的表面质量和直线度，而且使钢管在具备超高强度的同时还具有优异的低温韧性和可焊接性。

本发明为进一步经济、批量地生产无缝钢管并提高坯料的质量以及控制杂质元素的含量，优选的，配料包括铁水、管头、纯净料、优质废钢、铁合金和铝中的多种并控制废钢的使用量，保证优质铁水加入量≥60％。

在一种优选的实施方式中，将坯料进行轧制的过程包括：将坯料在环形炉中加热至1230～1280℃，得到热坯；对热坯进行穿孔，得到毛管；将毛管轧制成荒管，然后将荒管定径，得到热轧管。

在一种优选的实施方式中，将坯料加热的过程包括：依次将坯料进行预热、升温加热和均热，得到热坯，且将坯料加热的总时间≥190min。分段加热，并将坯料加热的总时间控制在≥190min，有利于使坯料更充分地加热。

优选地，预热的过程包括：将坯料随炉温进行预热；升温的过程依次包括加热一段、加热二段、加热三段、加热四段及加热五段，其中加热一段的温度为1024±10℃，加热时间≥30min；加热二段的温度为1138±10℃，加热时间≥40min；加热三段的温度为1250±10℃，加热时间≥20min；加热四段的温度为1267±10℃，加热时间≥20min；加热五段的温度为1263±10℃，加热时间≥20min；均热的过程中，均热温度为1260±10℃，加热时间≥40min。通过上述的分段加热，可以使管坯逐渐升至设定温度，管坯得以充分加热，同时有利于避免升温过快造成热轧钢管产生裂纹缺陷。

在一种优选的实施方式中，将热轧管进行调质热处理的步骤包括：在900～1100℃温度下，将热轧管进行保温(优选保温60～90min)，然后对保温后的热轧管依次进行淬火、第一次除鳞、表面喷水冷却，得到第一处理钢管；优选地，第一次除鳞的除鳞水压力≥25MPa；在500～600℃温度下，对第一处理钢管进行第一次回火，然后进行第二次除鳞、空气冷却，得到第二处理钢管；优选地，第二次除鳞的除鳞水压力≥20MPa；以及在600～730℃温度下，对第二处理钢管进行第二次回火，然后进行第三次除鳞、空气冷却，得到热处理管；优选地，第三次除鳞的除鳞水压力≥20MPa。

在900～1100℃下保温60～90min，有利于促使各合金元素(尤其是难溶的碳化钨颗粒)更充分、均匀地溶解于奥氏体晶粒中，有利于奥氏体化的均匀性和随后的无缝钢管的淬火冷却效果；之后冷却时采用内外喷水系统，能够保证马氏体转变的充分性和均匀性。二次回火工艺利用了本发明钢种中第一次低温回火时析出的弥散分布的钨的特殊碳化物W₂C以及Nb、V的碳化物和氮化物使钢产生的二次硬化效果提高第二次的回火温度，从而提高了第二次回火后随之进行的带温矫直的温度，降低矫直时钢管的变形抗力，最终在保证性能合格的前提下提高960级别的超高强度臂架管的直线度。钢管在出淬火炉和二次出回火炉后均经过高压水除鳞，多次经过高压水除鳞提高了臂架管的表面质量。然后在600～730℃下回火保温90～130min，能够使合金元素从过饱和固溶体中更均匀、弥散地析出，并有利于提高回火组织的稳定性。

在一种优选的实施方式中，冶炼的步骤包括：将混合原料依次进行电炉冶炼和炉外精炼；优选地，铸造的步骤包括：将冶炼后的混合原料进行弧形连铸，得到坯料；更优选地，弧形连铸之前，制造方法还包括对冶炼后的混合原料进行真空脱气的步骤。

在一种优选的实施方式中，炉外精炼的过程中采用全程吹氩精炼工艺，并在精炼体系中加入碳化钙、铝粒和碳粉进行脱氧；优选地，真空脱气的步骤包括：将冶炼后的混合原料在真空条件下保持20min或以上。优选此处真空脱气过程的真空环境为极限真空环境。

优选地，弧形连铸的步骤中，拉坯速度为0.8～1.0m/min，过热度为35～44℃。在弧形连铸过程中，拉坯速度和过热度控制在上述范围有利于控制钢中成分的偏析，从而改善无缝钢管产品的组织偏析程度，有利于提高冲击韧性。

在一种优选的实施方式中，将热处理管进行矫直的过程中，矫直温度为600～700℃。

以下通过实施例进一步说明本发明的有益效果：

实施例1至18、对比例1和2

上述实施例和对比例中均制备了无缝钢管，采用的制备工艺相同，不同之处在于化学元素的配方不同，具体如下：

制备工艺如下：

根据起重机臂架用钢管的化学成分进行配料，得到混合原料。

将混合原料依次进行冶炼、真空脱气、铸造，得到坯料。具体地，冶炼的步骤如下：将混合原料依次进行电炉冶炼和炉外精炼，炉外精炼的过程中采用全程吹氩精炼工艺，并在精炼体系中加入碳化钙、铝粒和碳粉进行脱氧。真空脱气的步骤包括：将冶炼后的混合原料在极限真空条件下保持30min。铸造的步骤采用弧形连铸，拉坯速度为0.8～1.0m/min，过热度为35～44℃。

将坯料在环形炉中加热，加热程序如下：依次将坯料进行预热、升温加热和均热，得到热坯，且将坯料加热的总时间≥190min。预热的过程包括：将坯料随炉温进行预热；升温的过程依次包括加热一段、加热二段、加热三段、加热四段及加热五段，其中加热一段的温度为1024℃，加热时间40min；加热二段的温度为1138℃，加热时间50min；加热三段的温度为1250℃，加热时间30min；加热四段的温度为1267℃，加热时间30min；加热五段的温度为1263℃，加热时间30min；均热的过程中，均热温度为1260℃，加热时间50min，得到热坯。对热坯进行穿孔，得到毛管；将毛管轧制成荒管，然后将荒管定径，得到热轧管(规格Ф168×16mm)。

将热轧管进行调质热处理，具体地，在1100℃温度下，将热轧管进行保温60min，然后对保温后的热轧管依次进行淬火、第一次除鳞、表面喷水冷却，第一次除鳞的除鳞水压力≥25MPa，得到第一处理钢管；在600℃温度下，对第一处理钢管进行第一次回火，然后进行第二次除鳞、空气冷却，第二次除鳞的除鳞水压力≥20MPa，得到第二处理钢管；在730℃温度下，对第二处理钢管进行第二次回火，然后进行第三次除鳞、空气冷却，第三次除鳞的除鳞水压力≥20MPa，得到热处理管。

将热处理管进行矫直，得到起重机臂架用钢管；其中矫直温度为600～700℃。

各实施例和对比例中无缝钢管的化学元素含量(单位：wt％)如表1至表3所示：

表1

表2

表3

对上述实施例1至18、对比例1和2中制得的无缝钢管的性能进行表征，表征方法如下：

(1)力学性能：抗拉强度(Rm)、屈服强度(Rp 0.2)、延伸率、-40℃冲击功、-60℃冲击功、脆性转变温度；测试方法按照GB/T229-2007进行

(2)矫直性能：每米直线度，即用米尺或长度为1m的绷紧的绳或线靠近钢管，在该1m的范围内钢管距离尺或绳或线的最大距离为该处的每米直线度，沿钢管1m长连续地量整根钢管，最大的直线度即为该根钢管的每米直线度。

(3)表面性能：目测。

测试结果见表4和表5：

表4

表5

由上表中的数据可以看出，对比例1和2中的起重机臂架用无缝钢管的强度可以通过降低回火温度达到960MPa钢级，但冲击韧性不好，无法达到960MPa钢级臂架管所要求的良好强韧性匹配；而根据本发明在普通的起重机臂架用无缝钢管的基础上通过合理的成分配比，可以生产出最小屈服强度960MPa以上并具有优异的低温冲击韧性无缝钢管。而且由钢管尺寸精度数据可以看出，经过二次回火工艺后960MPa钢级超高强度臂架管尺寸精度良好、直线度优异，完全解决了超高强度臂架管难以矫直的问题。通过合金元素的优化配比、优化的炼钢、热轧工艺和热处理工艺，能够经济、批量地生产表面质量良好、直线度优异的960MPa钢级以上起重机臂架用无缝钢管。

实施例21

该实施例制备了无缝钢管，其化学元素含量、制备工艺实施例5相同，不同之处在于制备过程中的某些工艺条件不同，具体如下：

将坯料在环形炉中加热，加热程序如下：依次将坯料进行预热、升温加热和均热，得到热坯，且将坯料加热的总时间≥190min。预热的过程包括：将坯料随炉温进行预热；升温的过程依次包括加热一段、加热二段、加热三段、加热四段及加热五段，其中加热一段的温度为1014℃，加热时间40min；加热二段的温度为1128℃，加热时间50min；加热三段的温度为1240℃，加热时间30min；加热四段的温度为1257℃，加热时间30min；加热五段的温度为1253℃，加热时间30min；均热的过程中，均热温度为1250℃，加热时间50min，得到热坯。

实施例22

该实施例制备了无缝钢管，其化学元素含量、制备工艺实施例5相同，不同之处在于制备过程中的某些工艺条件不同，具体如下：

将坯料在环形炉中加热，加热程序如下：依次将坯料进行预热、升温加热和均热，得到热坯，且将坯料加热的总时间≥190min。预热的过程包括：将坯料随炉温进行预热；升温的过程依次包括加热一段、加热二段、加热三段、加热四段及加热五段，其中加热一段的温度为1034℃，加热时间40min；加热二段的温度为1148℃，加热时间50min；加热三段的温度为1260℃，加热时间30min；加热四段的温度为1277℃，加热时间30min；加热五段的温度为1273℃，加热时间30min；均热的过程中，均热温度为1270℃，加热时间50min，得到热坯。

实施例23

该实施例制备了无缝钢管，其化学元素含量、制备工艺实施例5相同，不同之处在于制备过程中的某些工艺条件不同，具体如下：

将坯料在环形炉中加热，加热程序如下：依次将坯料进行预热、升温加热和均热，得到热坯，且将坯料加热的总时间≥190min。预热的过程包括：将坯料随炉温进行预热；升温的过程依次包括加热一段、加热二段、加热三段、加热四段及加热五段，其中加热一段的温度为1004℃，加热时间40min；加热二段的温度为1118℃，加热时间50min；加热三段的温度为1230℃，加热时间30min；加热四段的温度为1247℃，加热时间30min；加热五段的温度为1243℃，加热时间30min；均热的过程中，均热温度为1240℃，加热时间50min，得到热坯。

实施例24

将坯料在环形炉中加热，加热程序如下：依次将坯料进行预热、升温加热和均热，得到热坯，且将坯料加热的总时间为180min。预热的过程包括：将坯料随炉温进行预热；升温的过程依次包括加热一段、加热二段、加热三段、加热四段及加热五段，其中加热一段的温度为1024℃，加热时间20min；加热二段的温度为1138℃，加热时间60min；加热三段的温度为1250℃，加热时间20min；加热四段的温度为1267℃，加热时间30min；加热五段的温度为1263℃，加热时间20min；均热的过程中，均热温度为1260℃，加热时间30min，得到热坯。

对上述实施例21至24中制得的无缝钢管的性能进行表征，测试结果见表6和表7：

表6

表7

实施例	表面性能	外径精度	壁厚精度	直线度
					21	表面光滑	167.5～168.6	15.3～16.7	1.0mm/m
22	表面光滑	167.4～168.3	15.2～16.6	1.2mm/m
					23	表面光滑	167.3～168.4	15.1～16.6	1.5mm/m
24	表面光滑	167.2～168.4	15.2～16.5	1.4mm/m

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明提供的起重机臂架用钢管，其屈服强度达到了960MPa以上的级别。并且，通过适当地添加Cr、Mo、W等合金元素以及Nb、V、Al等微合金元素，并通过Cr、Mo、W、Nb、V、Al、C和N元素间的协同作用，在严格控制容易使钢管表面产生致密氧化铁皮和水淬过程弯曲的合金元素的前提下，通过微合金元素的碳化物和氮化物的弥散析出使钢管达到960钢级强度和韧性要求，不仅使钢管在生产过程中不易产生致密氧化铁皮和弯曲，具有良好的表面质量和直线度，而且使钢管在具备超高强度的同时还具有优异的低温韧性和可焊接性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种起重机臂架用钢管，其特征在于，按重量百分比计，所述起重机臂架用钢管包括0.11~0.15%的C元素、0.28~0.76%的Si元素、0.023~0.060%的Al元素、0.90~1.20%的Cr元素、0.50~0.60%的Mo元素、0.056~0.12%的V元素、0.039~0.12%的Nb元素、0.565~1.23%的W元素、0.34~1.32%的Ni元素、0~0.005%的N元素及1.10~1.41%的Mn元素，且余量为Fe元素和不可避免的杂质；

所述W元素、所述Nb元素、所述V元素及所述Al元素之间的重量比为20~24:1.8~2:2~2.2:1。

2.根据权利要求1所述的起重机臂架用钢管，其特征在于，所述起重机臂架用钢管还包括P元素、S元素、O元素、H元素及As元素，且按所述起重机臂架用钢管的重量百分比计，所述P元素的含量≤0.020%，所述S元素的含量≤0.010%，所述O元素的含量≤0.003%，所述H元素的含量≤0.0002%，且所述As元素的含量≤0.025%。

3.根据权利要求2所述的起重机臂架用钢管，其特征在于，所述起重机臂架用钢管还包括Sn元素、Pb元素、Sb元素及Bi元素，且所述Sn元素、所述Pb元素、所述Sb元素、所述Bi元素及所述As元素在所述起重机臂架用钢管中的重量百分比之和≤0.05%。

4. 根据权利要求1所述的起重机臂架用钢管，其特征在于，所述起重机臂架用钢管的碳当量Ceq≤0.75%，将所述C元素的重量含量记为a，将所述Mn元素的重量含量记为b，将所述Cr元素的重量含量记为c，将所述Mo元素的重量含量记为d，将所述V元素的重量含量记为e，将所述Ni元素的重量含量记为f，其中Ceq=a+ b/6+(c+d+e)/5+f/15。

5.一种权利要求1至4中任一项所述的起重机臂架用钢管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据所述起重机臂架用钢管的化学成分进行配料，得到混合原料；

将所述混合原料进行冶炼、铸造，得到坯料；

将所述坯料进行轧制，得到热轧管；

将所述热轧管进行调质热处理，得到热处理管；以及

将所述热处理管进行矫直，得到所述起重机臂架用钢管。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，将所述坯料进行轧制的过程包括：

将所述坯料在环形炉中加热至1230~1280℃，得到热坯；

对所述热坯进行穿孔，得到毛管；

将所述毛管轧制成荒管，然后将所述荒管定径，得到所述热轧管。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，将所述坯料加热的过程包括：依次将所述坯料进行预热、升温加热和均热，得到所述热坯，且将所述坯料加热的总时间≥190min。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述预热的过程包括：将所述坯料随炉温进行预热；所述升温的过程依次包括加热一段、加热二段、加热三段、加热四段及加热五段，其中所述加热一段的温度为1024±10℃，加热时间≥30min；所述加热二段的温度为1138±10℃，加热时间≥40min；所述加热三段的温度为1250±10℃，加热时间≥20min；所述加热四段的温度为1267±10℃，加热时间≥20min；所述加热五段的温度为1263±10℃，加热时间≥20min；所述均热的过程中，均热温度为1260±10℃，加热时间≥40min。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的制造方法，其特征在于，将所述热轧管进行调质热处理的步骤包括：

在900~1100℃温度下，将所述热轧管进行保温，然后对保温后的所述热轧管依次进行淬火、第一次除鳞、表面喷水冷却，得到第一处理钢管；

在500~600℃温度下，对所述第一处理钢管进行第一次回火，然后进行第二次除鳞、空气冷却，得到第二处理钢管；以及

在600~730℃温度下，对所述第二处理钢管进行第二次回火，然后进行第三次除鳞、空气冷却，得到所述热处理管。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述第一次除鳞的除鳞水压力≥25MPa；所述第二次除鳞的除鳞水压力≥20MPa；所述第三次除鳞的除鳞水压力≥20MPa。

11.根据权利要求5至8中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述冶炼的步骤包括：将所述混合原料依次进行电炉冶炼和炉外精炼。

12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述铸造的步骤包括：将冶炼后的所述混合原料进行弧形连铸，得到所述坯料。

13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述弧形连铸之前，所述制造方法还包括对冶炼后的所述混合原料进行真空脱气的步骤。

14.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述炉外精炼的过程中采用全程吹氩精炼工艺，并在精炼体系中加入碳化钙、铝粒和碳粉进行脱氧。

15.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，所述真空脱气的步骤包括：将冶炼后的所述混合原料在真空条件下保持20min以上。

16.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述弧形连铸的步骤中，拉坯速度为0.8~1.0m/min，过热度为35~44℃。

17.根据权利要求5至8中任一项所述的制造方法，其特征在于，将所述热处理管进行矫直的过程中，矫直温度为600~700℃。