CN104946976A

CN104946976A - 旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法

Info

Publication number: CN104946976A
Application number: CN201510410198.5A
Authority: CN
Inventors: 王婀娜; 尹人洁; 童宗圣; 鄢勇; 张涛
Original assignee: Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: CN104946976B

Abstract

本发明属于无缝钢管领域，具体涉及一种生产旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法。本发明提供一种本发明属于无缝钢管领域，具体涉及一种生产旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法，包括如下步骤：a、冶炼钢坯；b、轧制无缝钢管坯料管，包括钢坯的加热、穿孔、轧制变形、定径、冷却工序；c、无缝钢管坯料管通过推制式热扩工艺扩大外径，热推温度870～900℃，推进速度150～200毫米/分钟；d、扩管后的无缝钢管经酸洗、磷化、皂化后进行冷拔加工得无缝钢管；e、无缝钢管进行去应力退火；f、矫直处理。所得旋挖钻杆机钻杆用精密无缝钢管的力学性能为：屈服强度为460～600MPa、抗拉强度为550～720MPa、延伸率≥24％、0℃纵冲夏比V型冲击功≥80J。

Description

旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法

技术领域

本发明属于无缝钢管领域，具体涉及一种生产旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法。

背景技术

旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用。旋挖钻机以其高效率、低污染等特性，目前己成为国内铁路及高速公路桥梁桩基础施工的主要施工设备，而随着国家基础建设投资的加人，旋挖钻机的需求量激增。

旋挖钻机钻杆是旋挖钻机的关键部件，旋挖钻机钻杆由数节钻杆组合而成，每节钻杆由无缝钢管及焊接在其上的内外驱动键组成。

旋挖钻机钻孔的需要，生产出高强度高韧性大直径薄壁精密无缝钢管，来满足旋挖钻机钻杆的要求。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的之一提供一种旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法，该大直径薄壁精密无缝钢管具有良好的经济性、优良的焊接性能、高的尺寸精度、高的力学强度和高韧性。

本发明的技术方案：

本发明提供一种旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法，所述生产方法包括步骤：

a、冶炼钢坯，所述钢坯的化学成分按重量百分比计为：C 0.12～0.16％、Si 0.20～0.40％、Mn 1.45～1.60％、V 0.030～0.060％、Al 0.02～0.05％、余量为Fe和不可避免的杂质；

b、轧制无缝钢管坯料管，包括钢坯的加热、穿孔、轧制变形、定径、冷却工序；其中，钢坯加热工序中出炉钢温控制在1220～1260℃；

c、无缝钢管坯料管通过推制式热扩工艺扩大外径，热扩温度870～900℃，推进速度150～200毫米/分钟；

d、扩径后的无缝钢管经酸洗、磷化、皂化后进行冷拔加工得冷拔精密无缝钢管；

e、去应力退火：冷拔精密无缝钢管的退火温度650～680℃，退火时间1～3小时；

f、矫直处理。

进一步，步骤a中，所述的不可避免的杂质包括Cu、Ni、Cr、Mo、Nb、Ti和B，其含量分别为：Cu≤0.20％、Ni≤0.50％、Cr≤0.20％、Mo≤0.10％、Nb≤0.05％、Ti≤0.025％、B≤0.0005％。

进一步，步骤a中，钢坯的化学成分满足：Nb+V≤0.1％，Nb+V+Ti≤0.12％。

进一步，步骤a中，钢坯的化学成分满足：钢的碳当量CEV≤0.44％，CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。

进一步，步骤a中，所述不可避免的杂质中P≤0.020、S≤0.015。

进一步，步骤c中，推制式热扩工艺采用局部感应加热的方式，热扩温度880℃，推进速度180毫米/分钟。

进一步，步骤e中，冷拔精密无缝钢管的退火温度为680℃，退火时间为2小时。

旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管，其经过矫直处理后满足：外径公差±0.5％D，壁厚公差±7.5％S、椭圆度(外径不圆度)≤4.3mm、全长弯曲度≤8mm。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管，其采用上述方法制得，其金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为10级。

所述旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的尺寸规格为：Φ394-559；优选为Φ540。

进一步，所述旋挖钻杆机钻杆用精密无缝钢管的力学性能为：屈服强度为460～600MPa、抗拉强度为550～720MPa、延伸率≥24％、0℃纵冲夏比V型冲击功≥80J；力学性能按GB/T8162-2008标准对上述旋挖钻机钻杆用精密无缝钢管进行力学性能测定。

优选的，所述旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的力学性能为：屈服强度为557～600MPa、抗拉强度为664～720MPa、延伸率≥24％、夏0℃纵冲比V型冲击功148～177J。

本发明的有益效果：

本发明提供一种旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法，所得无缝管线管用钢具有良好的经济性、优良的焊接性能、高的尺寸精度、高的力学强度和高韧性，所得旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的屈服强度为460～600MPa、抗拉强度为550～720MPa、延伸率≥24％、0℃纵冲夏比V型冲击功≥80J。尺寸精度：外径公差±0.5％D，壁厚公差±7.5％S、椭圆度(外径不圆度)≤4.3mm、全长弯曲度≤8mm。

附图说明

图1为实施例1所得无缝钢管的金相组织图，放大倍数500×；由图1可知：金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为10级。

图2为实施例2所得无缝钢管的金相组织图，放大倍数500×；由图2可得：金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为10级。

图3为实施例3所得无缝钢管的金相组织图，放大倍数500×；由图3可得：金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为10级。

图4为实施例4所得无缝钢管的金相组织图，放大倍数500×；由图3可得：金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为10级。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

b、轧制无缝钢管坯料管，包括钢坯的加热、穿孔、轧制变形、定径、冷却；其中，钢坯的加热温度为1220～1260℃；

c、无缝钢管坯料管通过推制式热扩工艺扩大外径，热扩温度870～900℃，推进速度150～200毫米/分钟；推制热扩管工艺：即通过感应加热、以锥形芯棒为模具扩径的过程，依靠中频感应加热，将钢管局部加热到所需要的温度，随即对感应加热部分进行扩径；

e、去应力退火：冷拔精密无缝钢管的退火温度650～680℃，退火时间1～3小时(优选为2小时)；

f、矫直处理。

本发明限定V 0.030～0.060％，主要原因在于：(1)通过加入少量的V热轧可有效地细化晶粒，(2)形变热处理过程中(指局部感应加热推制扩管过程)，V的碳、氮化合物从奥氏体中析出或在相变过程中在相界析出(相间沉淀)，或在最终冷却过程中从过饱和铁素体中析出，可达到沉淀强化的目的；沉淀析出强化的目的就是提高、稳定钻杆的力学性能(屈服、抗张)；如V含量过多，则会影响旋挖机钻杆的金相组织，近而影响钻杆到使物理性能中的冲击韧性变差、延伸率变小；因此本发明限定V在0.030～0.060％。

进一步，步骤a中，钢坯化学成分中所述的不可避免的杂质包括Cu、Ni、Cr、Mo、Nb、Ti和B，其含量分别为：Cu≤0.20％、Ni≤0.50％、Cr≤0.20％、Mo≤0.10％、Nb≤0.05％、Ti≤0.025％、B≤0.0005％。

进一步，步骤a中，钢坯化学成分中Nb+V≤0.1％，Nb+V+Ti≤0.12％；一般不需要太多的微合金元素，微合金元素超过一定的量对钻杆的整体性能有害无益。

进一步，步骤a中，钢坯化学成分中的碳当量CEV≤0.44％，其中，CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；影响焊接性能的主要因素是管体材料的化学成分；旋挖钻机钻杆用钢管的化学成分中含碳量对其焊接性的影响最为明显，通常把钢中合金元素含量对其焊接性的影响，按其作用换算成碳元素的相当含量，即用碳当量法评价金属材料的焊接性；碳当量越低焊接性能越好，碳当量越高焊接性能越差。但，降低碳当量的同时，钢管性能的力学强度指标也迅速降低。因此，要在保证旋挖钻机钻杆用无缝钢管力学强度性能指标的前提下，尽可能降低碳当量，提高钻杆焊接性能。

进一步，无缝钢管坯料管通过推制式热扩工艺扩大外径的工序中，采用局部感应加热的方式，局部感应加热温度870-900℃，推进的速度150～200毫米/分钟。推制扩径的过程实质为一种特殊的热处理，除使钢管外径扩大外，还可使钢管的金相组织均匀化，细化晶粒度，提高钢管的强韧性。

进一步，冷拔后，晶粒被破碎，晶粒度进一步细化。

实施例1～4

以制备Φ540×10mm精密无缝钢管为例，具体制备步骤如下：

①制坯

钢水经冶炼后，上连铸平台进行浇注，连铸圆坯直径为Φ350mm；钢水主要化学成分如表1所示，其余为Fe和杂质微量元素。

表1实施例钢水的化学成分

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	V	Mo	Ni	Cu	Al	Ti	Nb	B	W	CEV
																	1	0.14	0.26	1.5	0.01	0.007	0.07	0.05	0.04	0.03	0.06	0.026	0.01	0.01	0.0003	0.01	0.43
2	0.14	0.26	1.48	0.009	0.007	0.07	0.05	0.03	0.03	0.06	0.027	0.01	0.01	0.0003	0.01	0.42
																	3	0.14	0.26	1.49	0.009	0.007	0.07	0.05	0.03	0.03	0.06	0.025	0.01	0.01	0.0003	0.01	0.42
4	0.14	0.26	1.48	0.01	0.007	0.07	0.05	0.04	0.03	0.06	0.024	0.01	0.01	0.0003	0.01	0.42

②轧管

合格定尺Φ350mm连铸坯在环型加热炉加热，经过穿孔、轧制、定径等工序，连铸坯出环形炉钢热：1230～1250℃。

③对无缝钢管坯料管进行局部感应加热推制热扩管(推制热扩管工艺：一种通过感应加热、以锥形芯棒为模具扩径的过程，依靠中频感应加热，将钢管局部加热到所需要的温度，随即对感应加热部分进行扩径)：将感应线圈与变形芯棒固定，感应线圈将钢管快速加热至880℃，通过推制机使钢管向前运动，局部加热的钢管通过芯棒的变形区实现扩径；推进的速度180毫米/分钟。

④冷加工：将无缝钢管坯料进行酸洗，去除表面的锈皮；磷化处理，在无缝钢管坯料表面形成磷酸锌的化学生产覆膜；皂化处理，在覆膜上形成金属皂等润滑膜；将无缝钢管坯料进行冷拔加工，得到精密冷拔无缝钢管。

⑤去应力退火热处理：将精密冷拔无缝钢管引入退火炉中进行退火，退火温度680℃，退火时间为2小时。

⑥矫直处理，将精密冷拔无缝钢管进行压矫处理，得到得外径公差±0.5％D，壁厚公差±6％S、外径椭圆度≤4.3mm、全长弯曲度≤8mm的精密冷拔无缝钢管；表3是实施例1所得数据所得规格为Φ540×10的旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管尺寸精度。

所得钢管性能如表2所示。其中钢管的屈服强度(Rt0.5)、抗拉强度(Rm)、夏比V型冲击韧性按照GB/T8162-2008进行测定。

表2

Claims

1.旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括步骤：

a、冶炼钢坯，所述钢坯的化学成分按重量百分比计为：C 0.12～0.16%、Si 0.20～0.40%、Mn 1.45～1.60%、V 0.030～0.060%、Al 0.02～0.05%、余量为Fe和不可避免的杂质；

d、扩径后的无缝钢管经酸洗、磷化、皂化后进行冷拔加工得冷拔大直径薄壁精密无缝钢管；

e、去应力退火：冷拔大直径薄壁精密无缝钢管的退火温度650～680℃，退火时间1～3小时；

f、矫直处理。

2.根据权利要求1所述的旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法，其特征在于，步骤a中，所述的不可避免的杂质包括Cu、Ni、Cr、Mo、Nb、Ti和B，其含量分别为：Cu≤0.20%、Ni≤0.50%、Cr≤0.20%、Mo≤0.10%、Nb≤0.05%、Ti≤0.025%、B≤0.0005%。

3.根据权利要求2所述的旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法，其特征在于，步骤a中，钢坯的化学成分满足：Nb+V≤0.1%，Nb+V+Ti≤0.12%；钢的碳当量CEV≤0.44%，CEV＝C＋(Mn/6)＋[（Cr＋Mo＋V）/5]＋[（Ni＋Cu）/15]。

4.根据权利要求1～3任一项所述的旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法，其特征在于，步骤a中，所述不可避免的杂质中P≤0.020、S≤0.015。

5.根据权利要求1～4任一项所述的旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法，其特征在于，步骤c中，推制式热扩工艺采用局部感应加热的方式，热扩温度880℃，推进速度180毫米/分钟。

6.根据权利要求1～5任一项所述的旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的生产方法，其特征在于，步骤f中，矫直处理后所得大直径薄壁精密无缝钢管尺寸精度满足：外径公差±0.5%D，壁厚公差±7.5%S、椭圆度≤4.3mm、全长弯曲度≤8mm。

7.旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管，其特征在于，其采用权利要求1～6任一项所述的方法制得，其金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为10级。

8.根据权利要求7所述的旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管，其特征在于，所述旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的力学性能为：屈服强度为460～600MPa、抗拉强度为550～720MPa、延伸率≥24%、0℃纵冲夏比V型冲击功≥80J；优选的，所述旋挖钻机钻杆用大直径薄壁精密无缝钢管的力学性能为：屈服强度为557～600MPa、抗拉强度为664～720MPa、延伸率≥24%、0℃纵冲夏比V型冲击功148～177J J。

9.旋挖钻机钻杆，其采用权利要求7或8所述的大直径薄壁精密无缝钢管制得。

10.旋挖钻机，其包括权利要求9所述的钻杆。