CN102861784B - 中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法以及根据该方法制成的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管。所述生产方法通过将热轧管坯采用特殊的热处理工艺，使管坯的硬度降低后再经过酸洗、润滑、烘干、精拔等工艺步骤，生产出高精度的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管，并且本发明的生产方法与热轧后采用机加工的生产方式相比，中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的成材率提高10个百分点以上，所制得的无缝钢管能满足产品技术要求，性能良好，精度高，具有极大的推广应用价值。

Description

中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管及其生产方法

技术领域

本发明涉及无缝钢管制造领域，更具体地讲，涉及一种生产中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的方法以及根据该方法制成的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管。

背景技术

中碳铬镍钼钒合金钢，如35CrNi3MoV钢、36CrNi3MoV钢、37CrNi3MoV钢、38CrNi3MoV钢等钢种，是高强韧性、高淬透性的优质钢，经调质处理后，其具有良好的综合机械性能，在大截面机件中特别是作为大型管状件、大型电机转子及压力容器等有重要的应用。

由中碳铬镍钼钒合金钢制成的无缝钢管均要求尺寸精度高且一般都有特殊的重要用途，因此无缝钢管经热轧后必须经过机加工才能满足几何尺寸的要求，但机加工的成材率低，严重影响成品率和生产效率、成本。

因此，亟需一种既能够保证中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管成材率，又能保证无缝钢管质量和性能的生产方法。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

本发明的目的在于提供一种能够有效提高中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管成材率的生产方法及根据该方法制成的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法，所述中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法包括以下步骤：准备管坯、热处理、酸洗、清洗、润滑、烘干、精拔、后处理并得到无缝钢管，其中，所述热处理步骤具体为将管坯加热至700～800℃，保温100～120分钟，之后使管坯随炉冷却且降温速度≤50℃/h；待温度降至600～680℃，保温200～240分钟，继续使管坯随炉冷却且降温速度≤50℃/h；待温度降至300℃以下，将管坯出炉空冷。

根据本发明的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法的一个实施例，以重量百分比计，所述中碳铬镍钼钒合金钢包括C：0.30～0.42％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.25～0.50％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cr：1.00～1.40％、Mo：0.30～0.40％、Ni：3.0～3.5％、V：0.08～0.15％以及余量的铁。

根据本发明的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法的一个实施例，所述管坯经所述热处理步骤处理后，管坯硬度降至HB260以下。

根据本发明的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法的一个实施例，所述酸洗步骤采用浓度为10～20％的硫酸对管坯进行酸洗，控制硫酸温度为50～70℃，酸洗时间为60～100分钟。

根据本发明的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法的一个实施例，所述润滑步骤采用钙基脂与石灰的重量比为1:3的牛油石灰涂抹在管坯的内外表面进行润滑。

根据本发明的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法的一个实施例，所述烘干步骤将涂抹有牛油石灰的管坯在200～300℃的温度条件下烘烤2～3小时。

根据本发明的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法的一个实施例，所述精拔步骤采用精密液压冷拔机对管坯进行拔制，并且在拔制初期采用低速拔制，待拔制平稳运行后根据系统压力调整拔制速度。

根据本发明的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法的一个实施例，控制所述精拔步骤中的系统压力为10～15MPa，拔制速度为0.6～1.2m/min。

本发明的另一方面提供了一种中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管，所述无缝钢管由上述中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法制成。

根据本发明的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的一个实施例，所述无缝钢管的外径为φ219～φ508mm，壁厚为7～20mm，长度为6.0～11.0m，尺寸公差满足壁厚公差为0～+15％、外径公差为±0.5％。

本发明与现有技术相比，将热轧后的管坯通过特殊的热处理工艺使管坯的硬度从HB450降低到HB260以下，再经过酸洗、润滑、烘干、精拔等生产工艺，生产出高精度的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管，在提高成材率的同时，保证了产品质量及成品率，具有良好的应用前景。

具体实施方式

在下文中，将结合具体示例来详细说明本发明的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管及其生产方法。

本发明的思路在于通过特殊的热处理制度将管坯的硬度由HB450降低到HB260以下，使之可以采用精拔工艺代替机加工制备无缝钢管，达到节约金属、降低成本的目的。

根据本发明的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管生产方法包括以下步骤：准备管坯、热处理、酸洗、清洗、润滑、烘干、精拔、后处理并得到无缝钢管，其中，酸洗和清洗步骤是为了清除热处理步骤在管坯表面上产生的氧化皮和锈蚀物等；润滑和烘干步骤是为之后的管坯精拔步骤做准备；后处理步骤可以包括如矫直、精整、检验、包装等处理步骤，但不限于此。

根据本发明，热处理步骤具体为将管坯加热至700～800℃，保温100～120分钟，之后使管坯随炉冷却且降温速度≤50℃/h；待温度降至600～680℃，保温200～240分钟，继续使管坯随炉冷却且降温速度≤50℃/h；待温度降至300℃以下，将管坯出炉空冷。

制定上述热处理制度的总体思路是：1、根据该钢种具体成分(主要是碳含量)的不同确定其奥氏体化加热温度，使加热温度高于AC1、低于AC3，以得到“奥氏体+铁素体+碳化物”的金相组织，根据多次试验的优化结果，确定其奥氏体化加热温度为700～800℃；2、从奥氏体化加热温度冷至600～680℃保温目的是使其金相组织中析出一定数量的铁素体，从理论推算及多次试验的优化结果，该温度确定为600～680℃、保温时间为200-240分钟；3、从理论推算及多次试验的优化结果，管坯随炉冷却速度为50℃/h以下、出炉温度在300度以下时，其热处理后的最终金相组织为回火贝氏体+回火索氏体+铁素体+碳化物。上述热处理制度不仅能够有效地降低该钢种的管坯硬度，而且最大限度地缩短了热处理时间，是依据多次试验结果优化后的最优热处理制度。

通过上述热处理步骤的处理，可以使管坯的硬度从HB450降低到HB260以下，从而可以对管坯进行后续的精拔工艺。降低硬度能提高钢的塑性，降低精拔变形抗力，使冷拔加工变形均匀，产品不出现拉拔裂纹或断裂缺陷。

优选地，根据本发明的合金钢无缝钢管生产方法主要适用于中碳铬镍钼钒合金钢，其化学成分见表1：

表1 化学成分(wt％)

在本发明的一个示例性实施例中，所述管坯的规格是：外径为φ219～φ508mm，壁厚为8.5～25mm，几何尺寸公差满足外径偏差为±1％、壁厚偏差为±10％或0～20％。

根据本发明，上述酸洗步骤是采用硫酸进行酸洗，硫酸的浓度为10～20％，并且控制硫酸温度为50～70℃，酸洗时间为60～100分钟。操作时，若酸浓度低，可以通过提高温度来增加酸洗速度，但温度也不宜过高，否则会加剧与铁基体的作用；酸浓度太低的话，导致酸洗时间过长且硫酸亚铁含量高，且在酸洗温度高的情况下，容易导致过酸洗。硫酸价格便宜、酸洗成本低、环境污染小，但效率低。也可用盐酸酸洗，酸洗速度快、质量好，但成本高、环境污染大。因此一般采用硫酸酸洗。

根据本发明，上述清洗步骤是采用清水进行多次冲洗，将酸洗后的管坯在清水槽内多次充满水并倾倒，以倒掉管坯内存在的氧化铁皮和附着物等。然后再将管坯倾倒放置在冲洗台上，用高压水自上而下逐根进行冲洗，直至管内流出清水为止。若不冲洗干净，管坯表面沉积的亚铁盐存在残留酸会腐蚀管坯的铁基体及润滑液的吸附能力，从而影响拔制生产的正常进行。

根据本发明，上述润滑步骤主要是为了解决中碳铬镍钼钒合金钢在冷加工时变形抗力高的问题，具体地，采用钙基脂与石灰的重量比为1:3的牛油石灰涂抹在管坯的内外表面进行润滑。其中，润滑的目的是降低金属变形时的能量消耗，减少工模具磨损，提高产品质量。润滑的作用是把两个摩擦表面隔开，尽量减少其接触，同时改善或改变摩擦面移动时的力学性质，以降低摩擦和摩擦力。对于冷拔碳钢低合金钢钢管的润滑方式为磷化+皂化即可。本发明所处理钢种的合金含量高，在冷加工时变形抗力高，变形过程中会产生大量的热集中在管坯表面，影响工具的使用寿命和钢管的表面质量，因此本发明采用耐压、吸热、摩擦系数小的牛油石灰作润滑剂。

根据本发明，上述烘干步骤是为了使润滑层能够牢固地粘附于管坯的内外表面上，具体地，将涂抹有牛油石灰的管坯送入炉中，在200～300℃的温度条件下烘烤2～3小时。烘干的作用是使润滑层能牢固地粘附于钢管表面，牛油石灰涂后必须烘烤，以提高牛油石灰的吸附能力。但烘干时需控制烘烤均匀，防止因温度过高而使涂层过干甚至烤焦。

根据本发明，上述精拔步骤采用精密液压冷拔机对管坯进行拔制，并且在拔制初期采用低速拔制，待拔制平稳运行后根据系统压力调整拔制速度，具体地，可以控制所述精拔步骤中的系统压力为10～15MPa，拔制速度为0.6～1.2m/min。并且，在拔制时，需保证拔制中心线和拔制小车中心重合，以保持两者一致，并且确定外模安装到位并压实，使定位孔与模座套的端面垂直，此外内模与芯杆、螺钉装配应为过渡配合，以防止过渡松动破坏模具和拔制中的浮动。若系统压力大，说明变形抗力大；拔制速度快，则变形抗力大，易产生变形不均匀。当系统压力增大时，应适当降低拔制速度，可以通过调整液压系统的压力值实现。

根据本发明的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管则是采用上述中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法制成的，所获得的无缝钢管满足以下要求：外径为φ219～φ508mm，壁厚为7～20mm，长度为6.0～11.0m，尺寸公差满足壁厚公差为0～+15％、外径公差为±0.5％，并且，无缝钢管还应通过国家标准GB/T5777-2008中L2当量的超声波探伤及全长整体测量壁厚。

下面结合具体示例进一步描述本发明的示例性实施例。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

示例一：

合金钢牌号为35CrNi3MoVA、37CrNi3MoVA，其中具体工艺流程为：

热轧管坯→热处理→内外表面清理→酸洗→清洗→润滑→烘干→精密液压冷拔机拔制→矫直→精整→检测、检验→包装成品。

管坯的化学成分如表2所示：

表2 示例一的管坯的化学成分(wt％)

管坯的几何尺寸如表3所示：

表3 示例一的管坯的几何尺寸

管坯的机械性能如表4所示：

表4 示例一的管坯的机械性能

其中，管坯的热处理步骤如表5所示

表5 示例一的管坯的热处理步骤

管坯经热处理后的工艺性能如表6所示：

表6 管坯经热处理后的工艺性能

酸洗步骤的具体工艺参数如表7所示：

表7 示例一的酸洗步骤工艺参数

润滑和烘干步骤的工艺参数如表8所示：

表8 示例一的润滑和烘干步骤工艺参数

精拔步骤的工艺参数如表9所示：

表9 示例一的精拔步骤工艺参数

根据本发明制成的无缝钢管的质量要求如表10所示：

表10 无缝钢管的质量要求

所获得的无缝钢管的几何尺寸如表11所示：

表11 示例一所得无缝钢管的几何尺寸

由表6可知，通过本发明中的热处理制度进行热处理后，中碳铬镍钼钒合金钢热轧管坯的硬度由HB450降到HB245，抗拉强度由1600MPa降到855～875MPa，屈服强度由1300～1390MPa降到450～470MPa，伸长率由8.5～11％上升到21～23％，使管坯可以实现后续的精密拔制。由表10和表11可知，采用本发明可以使成品钢管的几何尺寸精度达到外径偏差D为±0.5％，壁厚偏差S为0～+15％

综上所述，本发明通过将热轧管坯采用特殊的热处理工艺，使管坯的硬度降低后再经过酸洗、润滑、烘干、精拔等工艺步骤，生产出高精度的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管，并且本发明的生产方法使中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的成材率提高10个百分点以上，所制得的无缝钢管能满足产品技术要求，性能良好，精度高，具有极大的推广应用价值。

尽管上面已经示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (8)

1.一种中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：

准备管坯、热处理、酸洗、清洗、润滑、烘干、精拔、后处理并得到无缝钢管，

其中，所述热处理步骤具体为将管坯加热至700～760℃，保温100～120分钟，之后使管坯随炉冷却且降温速度≤50℃/h；待温度降至600～680℃，保温200～240分钟，继续使管坯随炉冷却且降温速度≤50℃/h；待温度降至300℃以下，将管坯出炉空冷，并且所述管坯经所述热处理步骤处理后，管坯硬度降至HB260以下，

以重量百分比计，所述中碳铬镍钼钒合金钢包括C：0.30～0.42％、Si：0.17～0.37％、Mn：0.25～0.50％、P≤0.020％、S≤0.020％、Cr：1.00～1.40％、Mo：0.30～0.40％、Ni：3.0～3.5％、V：0.08～0.15％以及余量的铁。

2.根据权利要求1所述的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述酸洗步骤采用浓度为10～20％的硫酸对管坯进行酸洗，控制硫酸温度为50～70℃，酸洗时间为60～100分钟。

3.根据权利要求1所述的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述润滑步骤采用钙基脂与石灰的重量比为1:3的牛油石灰涂抹在管坯的内外表面进行润滑。

4.根据权利要求3所述的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述烘干步骤将涂抹有牛油石灰的管坯在200～300℃的温度条件下烘烤2～3小时。

5.根据权利要求1所述的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述精拔步骤采用精密液压冷拔机对管坯进行拔制，并且在拔制初期采用低速拔制，待拔制平稳运行后根据系统压力调整拔制速度。

6.根据权利要求5所述的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法，其特征在于，控制所述精拔步骤中的系统压力为10～15MPa，拔制速度为0.6～1.2m/min。

7.一种中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管，其特征在于，所述无缝钢管由权利要求1至6中任一项所述的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管的生产方法制成。

8.根据权利要求7所述的中碳铬镍钼钒合金钢无缝钢管，其特征在于，所述无缝钢管的外径为φ219～φ508mm，壁厚为7～20mm，长度为6.0～11.0m，尺寸公差满足壁厚公差为0～+15％、外径公差为±0.5％。