CN101962707A

CN101962707A - 生产42CrMo钢无缝钢管的方法

Info

Publication number: CN101962707A
Application number: CN 201010523107
Authority: CN
Inventors: 江健
Original assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: CN101962707B

Abstract

本发明涉及生产42CrMo钢无缝钢管的方法，属于冶金领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种生产42CrMo钢无缝钢管的方法，该方法可以生产得到全截面硬度均匀的无缝钢管。本发明生产42CrMo钢无缝钢管的方法，包括钢水冶炼、铸坯、热轧、热处理步骤，所述热处理步骤如下：a、热轧后的钢管淬火加热至800～900℃，然后用水冷却，其中，钢管的外表面以喷淋的方式冷却，钢管的内表面以内轴流的方式冷却，冷却时先开始内轴流，然后进行钢管外表面喷淋，冷却结束时先停止内轴流，然后停止钢管外表面喷淋；b、钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度为520～620℃。

Description

生产42CrMo钢无缝钢管的方法

技术领域

本发明涉及生产42CrMo钢无缝钢管的方法，属于冶金领域。

背景技术

定子管是一种用于加工油井用螺杆钻具的无缝钢管，一般采用42CrMo钢制造，42CrMo钢的化学成分按重量百分比为：C 0.38～0.45％，Mn 0.50～0.80％，Si 0.17～0.37％，Cr0.90～1.20％，Mo 0.15～0.25％，P≤0.025％，S≤0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。42CrMo钢一般在周期式热处理炉进行热处理，尚未有在步进式连续热处理线上热处理的相关报道。连续热处理生产线一般由淬火炉、淬火装置和回火炉组成，淬火装置一般使用水淬，具有产量高、成本低的特点。42CrMo钢在连续热处理线上生产有两个问题需解决：一是定子管对钢管全截面的硬度范围要求很窄，钢管全壁厚任一点的硬度为277～310HB，这就要求钢管完全淬透且均匀回火；二是42CrMo钢碳含量高，使用水淬易开裂，通常使用水基淬火液淬火、水淬空冷或油淬，但水基淬火液价格昂贵、成本高，油淬成本高、易燃、不安全，水淬空冷需要较长冷却时间，不适用于连续热处理线。

CN101363070的专利申请公开了一种42CrMo材料的大型锻件调质淬火处理工艺方法，包括升温、保温、淬火及高温回火等步骤，采用水淬空冷方式进行淬火，具体包括如下步骤：淬火时，水冷一定时间后，吊出空冷缓冲，等表面返温达到200～300℃后，再入水水冷，空冷缓冲，经多次水冷和空冷循环后，其工件返温不超过300℃稳定后即可完成淬火工序。该发明解决了在缺乏油槽、淬火油等淬火条件下工件的调质处理方案，提高了产品的综合性能，但是该方法只适用于锻件的热处理，不能解决无缝钢管热处理时的水淬易开裂问题，且难以使钢管达到淬透且均匀的效果。

CN1690241的专利申请公开了一种高强度石油钻杆，其成分为(质量百分比)：C 0.20～0.30％、Si 0.1～0.5％、Mn 0.7～1.5％、Cr 0.7～1.5％、Mo 0.1～0.4％、其余为Fe和不可避免的杂质；其制造方法为，将上述成分钢管管端加厚处理，制成加厚钻杆的管体；然后对钢管整体加热，再对加热后的钢管冷却处理，放在一个旋转淬火台架上，在钢管旋转的同时，进行内表面轴流喷水，外表面层流喷水冷却；通过控制钢管加厚端和管体不同的外喷水量，或减少管体处的外喷水量，或加大钻杆加厚端处的外喷水量，使得不同壁厚的管体和加厚端具有相同的冷却速度，以保证管体和加厚端具有相同的淬火组织，经回火后得到相同的力学性能。该方法的主要目的是为了使管体和加厚端具有相同的淬火组织，但是其全截面的硬度差异较大，不能用于定子管用无缝钢管的生产。

CN1837395的专利申请公开了一种防硫钻杆及其制造方法，该钻杆的钢种成分为(质量百分比)：C：0.25-0.38，Cr：0.80-3.80，Mo：0.15-0.65，V：0-0.08，Ti：0-0.06，B：0-0.06，Ni：0.10-0.35，Mn：0.40-0.90，Si：0.17-0.40，S：＜0.010，P：＜0.015，其余成分为Fe。其制造方法为：将上述成分的钢管加热至1000-1200℃后，两端墩粗，制成钻杆本体；然后对钻杆本体整体热处理，热处理工艺为淬火+高温回火工艺，淬火介质为水，淬火温度为860℃±10℃，保温时间不少于20分钟，回火温度在500℃以上，保温时间不少于60分钟，淬火后，经该方法制造的钻杆，其抗硫化氢应力腐蚀的能力远高于普通API钻杆，可以满足酸性油气田开采的需要。

目前，未见有采用连续热处理方法生产定子管用无缝钢管的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生产42CrMo钢无缝钢管的方法，该方法可以生产得到全截面硬度均匀的无缝钢管。

本发明生产42CrMo钢无缝钢管的方法，包括钢水冶炼、铸坯、热轧、热处理步骤，所述热处理步骤如下：

a、热轧后的钢管淬火加热至800～900℃，然后用水冷却，其中，钢管的外表面以喷淋的方式冷却，钢管的内表面以内轴流的方式(即采用水柱通过钢管内表面，使钢管内表面冷却)冷却，冷却时先开始内轴流，然后进行钢管外表面喷淋，冷却结束时先停止内轴流，然后停止钢管外表面喷淋；

b、钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度为520～620℃。

其中，优选采用如下技术方案：a步骤中待钢管冷至400～200℃时停止内轴流，待钢管冷至室温时停止钢管外表面喷淋。

其中，为了使冷却效果更好，减少钢管冷却时开裂的发生，以及使所生产的钢管的全截面硬度更均匀，内轴流比外表面喷淋先开始1～6S。

本发明方法由于采用水淬处理，解决了长期以来采用水基淬火液处理存在的价格昂贵、成本高，采用油淬处理存在的成本高、易燃、不安全的技术难题，既保证淬透，使无缝钢管全截面硬度均匀，又有效防止淬火开裂。本发明为定子管用无缝钢管的生产提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

b、钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度为520～620℃。

其中，内轴流的水流速以及钢管外表面喷淋速度可以采用常规水淬冷却无缝钢管的流速进行，如果水流速较慢，可以适当延长冷却时间，反之，如果水流速较快，则可以适当缩短冷却时间。一般情况下，生产规格为198*26mm的无缝钢管，钢管外表面喷淋水量为1000～4000m³/h，内轴流水量500～2000m³/h；生产规格为198*26mm的无缝钢管，钢管内轴流冷却的时间可以控制为40～60S，钢管外表面喷淋的时间可以控制80～100S。所生产的198*26mm的无缝钢管的全壁厚硬度为277～310HB，无缝钢管的抗拉强度大于等于930MPa，屈服强度为大于等于780MPa，延伸率大于12％，断面收缩率大于45％，常温纵向10×10U型冲击功大于78J/cm²。

钢管在加热和冷却过程中，由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致，形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力，即热应力。在热应力的作用下，当冷却开始时，由于表层开始温度低于心部，收缩也大于心部而使心部受压，当冷却结束时，由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉。即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉。这种现象受到冷却速度，材料成分和热处理工艺等因素的影响。另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时，因比容的增大会伴随工件体积的膨胀，钢管的表面和中心先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力，心部受压应力，恰好与热应力相反。组织应力的大小与钢管在马氏体相变区的冷却速度，壁厚，材料的化学成分等因素有关。在整个冷却过程中，热应力与组织应力综合作用的结果，就是钢管中实际存在的应力。这两种应力综合作用的结果是十分复杂的，受着许多因素的影响，如成分、壁厚、热处理工艺等。就其发展过程来说只有两种类型，即热应力和组织应力，作用方向相反时二者抵消，作用方向相同时二者相互迭加。不管是相互抵消还是相互迭加，两个应力应有一个占主导因素，热应力占主导地位时的作用结果是工件心部受拉，表面受压。组织应力占主导地位时的作用结果是工件心部受压表面受拉。当冷却速度愈快，含碳量和合金成分愈高，冷却过程中在应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大，最后形成的残余应力就愈大，如果在钢管表面形成的残余拉应力大于钢的抗拉强度，钢表面就会开裂形成淬火裂纹。对于42CrMo钢无缝钢管，其碳量和合金成分较高，壁厚厚，长度长，水淬极易开裂。为解决此问题，本发明的发明人进行了大量实验，发现在淬火冷却过程中高中温段(850℃～400℃)采用喷淋加内轴流，冷却速度快；在低温段(400℃～50℃)只采用外表面喷淋，将内轴流关闭，冷却速度慢，避免钢管在马氏体转变温度段冷速过快而导致开裂。同时，先开始内轴流，后打开外表面喷淋，使钢管内表面先形成一层足够厚度的淬硬层，以应对钢管心部转变为马氏体时体积膨胀对内表面所形成的张应力，避免了内表面淬火开裂。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例采用本发明方法生产42CrMo钢无缝钢管

按GB/T3077标准生产规格为198*26mm的钢管，具体化学成分见表1，生产工艺流程：电炉炼钢→连铸220坯→180机组热轧→调质热处理→探伤、水压、检查、包装。

表1无缝钢管的化学成分(重量％)

热轧后的钢管在步进式连续热处理生产线上生产。淬火加热温度为840～860℃，淬火炉出炉后在淬火装置上淬火冷却，淬火冷却使用水淬，采用外喷淋+内轴流方式，冷却时在外喷淋前5秒开始内轴流，然后开始外喷淋；外喷淋水量3000m³/h，内轴流水量1500m³/h。内轴流进行50秒后结束，外喷淋进行100秒结束。钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度为580～600℃。

经检测，热处理后的钢管力学性能见表2，全部符合标准要求。热处理后的硬度见表3，全部符合要求，且全截面硬度较均匀。按GB/T 5777标准C8等级对钢管进行超探，全部合格，未发现钢管内外表面存在淬火裂纹等缺陷。

表2本发明方法生产的42CrMo钢无缝钢管的力学性能

表3所生产的42CrMo钢无缝钢管的硬度(HB)

注：表3中的一象限、二象限、三象限、四象限是指对于一个圆形钢管截面而言，每90度角为一个象限。

Claims

1.生产42CrMo钢无缝钢管的方法，包括钢水冶炼、铸坯、热轧、热处理步骤，其特征在于所述热处理步骤如下：

a、热轧后的钢管淬火加热至800～900℃，然后用水冷却，其中，钢管的外表面以喷淋的方式冷却，钢管的内表面以内轴流的方式冷却，冷却时先开始内轴流，然后进行钢管外表面喷淋，冷却结束时先停止内轴流，然后停止钢管外表面喷淋；

b、钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度为520～620℃。

2.根据权利要求1所述的生产42CrMo钢无缝钢管的方法，其特征在于：a步骤中待钢管冷至400℃～200℃时停止内轴流，待钢管冷至室温时停止钢管外表面喷淋。

3.根据权利要求1所述的生产42CrMo钢无缝钢管的方法，其特征在于：a步骤中内轴流比外表面喷淋先开始1秒～6秒。