CN106119726B - 一种扣压套管接头的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扣压套管接头的制备方法，属于合金材料加工技术领域。所述的制备方法包括如下步骤：配料、冶炼、浇注、轧制成钢板；冷挤压成型：将钢材依次进行表面酸洗除锈、石灰石涂层、磷化处理，然后冷挤压成型得扣压套管接头坯件；将扣压套管接头坯件先加热到520‑540℃，然后加热至720‑750℃，再加热至820‑860℃用淬火油进行淬火处理，保温1‑3小时后在冰盐水中冷却至室温，然后在350‑420℃回火处理，保温1‑2小时，得扣压套管接头半成品；将扣压套管接头半成品经过脉冲电镀制得表面有镀铬层的扣压套管接头。本发明制得的扣压套管接头具有较高的硬度、强度、抗腐蚀性、耐温性等性能。

Description

一种扣压套管接头的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种扣压套管接头的制备方法，属于合金材料加工技术领域。

背景技术

[0002] 众所周知，管道连接方法之一是法兰连接，法兰连接其优点是在常温下施工、节 能。现有技术中，高压管道连接采用扣压法兰连接，在其管接头的管芯中设置有内芯套，这 种具有内芯套的扣压管接头存在如下缺点：1.因设有内芯套，导致所连接管道实际管道通 径变小，输送效率降低；2.扣压套管接头采用常规的合金钢制成，耐磨性、耐介质、耐氧化、 耐腐蚀较为一般;3.扣压套管接头大都采用无缝钢管车床机加工而成，材料利用率仅40 %， 不仅浪费材料，而且加工难度大，周期长。因此扣压套管接头无论是在性能尤其是耐磨性、 密封性，还是使用寿命都有待提高。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种可以制得表面硬度高、强度高、耐磨性好、耐腐蚀性好的 扣压套管接头的制备方法。

[0004] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现:一种扣压套管接头的制备方法，所述 的制备方法包括如下步骤：

[0005] 原料炼钢:按扣压套管接头成分的质量百分比配料，熔炼成钢水，钢水经冶炼、浇 注、乳制成钢板；

[0006] 冷挤压成型：将钢材依次进行表面酸洗除锈、石灰石涂层、磷化处理，然后冷挤压 成型得扣压套管接头坯件；

[0007] 热处理:将扣压套管接头坯件先加热到520-540°C，然后加热至720-750°C，再加热 至820-860°C用淬火油进行淬火处理，保温1-3小时后在冰盐水中冷却至室温，然后在350-420°C回火处理，保温1-2小时，得扣压套管接头半成品；

[0008] 电镀:将扣压套管接头半成品经过脉冲电镀制得表面有镀铬层的扣压套管接头， 其中脉冲频率为3.2-3.5Hz，电流密度60-68A/dm2，镀液温度为50-55 °C。

[0009] 本发明扣压套管接头的制备方法经冷挤压成型后先经过淬火加高温回火的双重 热处理，然后经过脉冲电镀，在扣压套管接头表面形成耐腐蚀、耐磨的镀铬层。扣压套管接 头的淬火加高温回火的双重热处理可使扣压套管接头具有良好的综合机械性能。

[0010] 采用脉冲电镀，当电流导通时，阴极表面附近液体中的金属离子被快速沉积；电流 关断时，本体电解液中的被镀金属离子向近阴极区扩散，使阴极表面附近液体中的金属离 子的浓度得到恢复。因此脉冲电镀具有较好的平整镀层的能力，易得到光滑明亮的镀层。脉 冲电镀与直流电镀不同，后者只有一个独立的变量，即电流密度;而脉冲电镀的独立变量有 3个，即脉冲频率、占空比和电流密度。而脉冲频率极大地影响镀铬层的微观表面形貌，一般 的脉冲频率为3. OHz，且当频率高于或低于3. OHz时，都将影响铬镀层的微观相貌质量，降低 镀层致密度，产生裂纹的倾向性增大，表面粗糙度升高。其原因在于当频率过高时，在下一 个导通时间到来时，阴极附近的金属离子浓度未能在关断时间内恢复，随电镀还原反应的 持续进行，阴极附近的金属离子逐渐消耗，该处的金属离子浓度与镀液中的金属离子浓度 出现浓差极化，并不断加大，导致金属离子向阴极表面移动不充分，促使阴极表面的晶体生 长速度大于其形成速度，成核率减小，致使镀层晶粒粗大，沉积层表面粗糙，严重影响沉积 层的质量。但是本发明扣压套管接头在脉冲电镀时已经先通过冷挤压成型再经过淬火加高 温回火的双重热处理，已经一定程度影响了扣压套管接头表面的组织，此时需要更高的脉 冲频率影响镀铬层的微观表面形貌。在本发明扣压套管接头的制备中，将脉冲频率提高至 3.2-3.5Hz，可细化镀铬层晶粒，减小镀层表面粗糙度，增加沉积层的致密度，减少微裂纹的 形成。经不断试验发现，在50-55 °C下，将脉冲频率控制在3.2-3.5Hz，电流密度60-68A/dm2， 可得到晶粒细小，组织致密，表面粗糙度低和无裂纹的镀铬层，进而提高扣压套管接头的耐 磨性、耐温性、耐蚀性。

[0011] 另外，在高温回火时会出现二次硬化效应。随着回火温度的升高，钢的强度、硬度 降低，塑性、韧性升高。因为本发明扣压套管接头原料中含有Mo、Ti、Nb、Ce和La等元素，提高 了钢的回火抗力；在380°C以上温度回火时析出合金碳化物而产生二次硬化，强度和硬度随 回火温度的升高变化不大;但当回火温度高于约420°C，强度和硬度急剧下降;在C原子的同 溶强化作用逐渐消失和合金元素的弥散强化作用逐渐加强的共同作用下，随着回火温度的 升高，塑性变化不大，而韧性不受弥散强化效应的影响，所以大幅度提高。而淬火温度的提 高，本发明的扣压套管接头受晶粒粗化和二次硬化效应的综合影响，其强度和硬度表现出 先升后降的趋势，强度由升到降的临界奥氏体化温度约为880°C，塑性和韧性逐渐下降，且 韧性下降的速度较快。

[0012] 所述扣压套管接头的成分及质量百分比为：C: 0.18-0.28 %、Cr: 6.5-7.2 %，Mo: 0.32-0.45% ,B：0.005-0.02% ^Ti :0.02-0.08% ^Nb:0.01-0.015% ^Ce:0.02-0.08% ^La： 0.02-0.08%，卩彡0.02%、5彡0.02%，余量为卩6。

[0013] 本发明扣压套管接头的合金钢为冷镦钢，该冷镦钢大幅度提高了 Cr、Mo的含量，省 去了省去了锰、硅等元素，并添加了钛、硼以及稀土元素Ce和La，不仅净化钢液控制夹杂物 形态，改善一次组织，而且有固溶强化和沉淀强化的作用，又有良好的塑性，发挥微量稀土 元素强抑制局域弱化作用，起到综合改善钢的性能，进而提高本发明扣压套管接头的力学 性能及机械性能，使其具有较高的耐磨性和范围较宽的耐温性，并提高其使用寿命长。

[0014] 在该冷镦钢中，若碳含量过低，在制备过程中的热处理后会严重影响冷镦钢的强 度和硬度，若碳含量偏高，则塑性低，在冷挤压过程中极其造成开裂。本发明扣压套管接头 的合金钢中加入了〇. 005-0.02 ，用以改善钢的致密性和热乳性能，提高扣压套管接头的 强度。虽然含硼冷镦钢有淬透性好、成本低的特点，但由于硼元素是一个敏感元素，其成分 范围需要较好的确定。若硼含量过低，达不到提高钢材淬透性的作用;若硼含量过高，又会 使钢发脆，钢材在生产过程中容易产生裂纹。另外，如果加入钢中的硼元素被氧化或氮化， 都会使硼失去淬透性，因此本发明冷镦钢中同时加入0.02-0.08%Ti防止硼元素被氮化。

[0015] 在本发明扣压套管接头的合金钢中同时加入了可细化晶粒的Mo、Nb，弥散强化，两 种元素的同时添加，以及与其他组分的之间的配比，可将使各元素及其元素之间的有益作 用同时最大化地发挥出来，大幅度提高合金钢的强度、硬度、耐腐蚀性、耐磨性。其中，加入 0.32-0.45 %Mo，使钢晶粒细化，提高淬透性和热强性能，抑制合金钢由于淬火引起的脆性， 还可在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。Nb在细化晶粒的同时降低钢的过热敏感性及 回火脆性，提高强度及耐腐蚀性。

[0016] 另外，本发明扣压套管接头合金钢中加入有0.02-0.08%Ce和0.02-0.08%La，Ce 和La在碳结钢中的存在形式有稀土硫化物、稀土硫氧化物、固溶与稀土金属间化合物，其中 稀土硫化物、固溶与稀土金属间化合物的化学性质不稳定，极易溶解于腐蚀介质中，释放出 稀土 Ce3+、La3+并在阴极区域沉淀从而减缓腐蚀的进行。碳结钢中加入稀土使钢腐蚀电位负 移，自腐蚀电流密度减小，阴极反应受到阻碍，耐蚀性能得到提高，加入钢中的稀土元素起 到了阴极缓蚀剂的作用。随着稀土含量的增加其锈层厚度减小所造成的。电荷迀移电阻与 钢基体的腐蚀速度直接相关，电荷迀移电阻的增加表明随着稀土含量的增加，钢基体的腐 蚀程度减轻，耐蚀性能得到提高。

[0017] 钢中硫、磷等杂质元素直接影响扣压套管接头冷镦钢冷镦性能。在冷镦钢的冶炼 过程中针对不同钢种应去除相应杂质。某些非金属夹杂破坏了钢的基体连续性，在静载荷 和动载荷的作用下，往往成为冷镦钢裂纹的起点。因此，应尽量降低钢中非金属夹杂物，减 少其在钢中的危害。

[0018] 作为优选，所述扣压套管接头的成分及质量百分比为<:0.20-0.25%、〇:6.6-7.0%,Mo ：0.35-0.42%,B：0.008-0.015% ^Ti :0.03-0.06% ^Nb：0.005-0.012% ^Ce： 0.03-0.06%、1^:0.03-0.06%，卩彡0.02%、5彡0.02%，余量为卩6。

[0019] 作为优选，所述熔炼的温度为1300-1350°C。

[0020] 作为优选，乳制中开乳温度为980-1020°C，精乳温度为880-910°C，吐丝温度为 850-880 °C，集卷温度为740-760 °C。

[0021] 作为优选，热处理中先以7-10°C/min的速率升温至520-540°C，再以5-8°C/min的 速率升温至720-750°C，然后以8-15°C/min的速率升至820-860°C。

[0022] 作为优选，所述的冰盐水中含有40-60 % NaCl。

[0023] 作为优选，脉冲电镀时电镀液的成分及比例为C^OvlSOjSOg/UfeSO^l.S-S.Og/L， 余量为去呙 子水。

[0024] 作为优选，所述镀铬层的厚度为5_20μπι。

[0025] 作为优选，所述扣压套管接头包括头部、中间部以及通过中间部与头部连接的尾 部，头部、中间部与尾部均为中空管状且互相贯通连接，头部、中间部与尾部的中空管同轴 设置。

[0026] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0027] 与现有技术相比，本发明扣压套管接头的制备方法简单可行，通过各成分的合理 配伍以及工艺参数的合理设定，先经过淬火加高温回火的双重热处理，然后经过脉冲电镀 的方法，在扣压套管接头表面形成耐腐蚀、耐磨的镀铬层，并大幅度提高了扣压套管接头的 硬度、强度、抗腐蚀性、耐温性等性能。

附图说明

[0028] 图1为本发明扣压套管接头的结构示意图。

[0029] 图中，1、头部;2、中间部;3、尾部。

具体实施方式

[0030] 以下是本发明的具体实施例结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但 本发明并不限于这些实施例。

[0031] 实施例1

[0032] 原料炼钢：按扣压套管接头组成元素及其质量百分比配料:C:0.22%、Cr:6.8%， Mo:0.38% ,B：0.012% ^Ti :0.045% ^Nb：0.008% ^Ce:0.042% ^La：0.04% ,P^0.02%^S^ 0.02%，余量为Fe，并在1320°C下熔炼成钢水，钢水经冶炼、采用氩封全保护浇注，并乳制成 钢板;乳制中开乳温度为1000°C，精乳温度为900°C，吐丝温度为860°C，集卷温度为750°C ;

[0033] 冷挤压成型：将钢材依次进行表面酸洗除锈、石灰石涂层、磷化处理，然后冷挤压 成型得扣压套管接头坯件；

[0034] 热处理:将扣压套管接头坯件先以8 °C /min的速率加热到530 °C，然后以6 °C /min的 速率加热至730°C，再以12°C/min的速率加热至840°C用淬火油进行淬火处理，保温2小时后 在含有40-60 %NaCl的冰盐水中冷却至室温，然后在380 °C回火处理，保温1.5小时，得扣压 套管接头半成品；

[0035] 电镀:将扣压套管接头半成品经过脉冲电镀制得表面有12μπι镀铬层的扣压套管接 头，其中脉冲频率为3.4Hz，电流密度65A/dm2,镀液温度为53°C;电镀液的成分及比例为 Cr2O3:18〇-220g/L，H2S〇4:1.5-2 .Og/L，余量为去离子水。

[0036] 实施例2

[0037] 原料炼钢：按扣压套管接头组成元素及其质量百分比配料:C:0.20%、Cr: 7.0%， Mo ： 0.35 %, B :0.015 % ^Ti :0.03 % ^Nb :0.012 % ^Ce :0.03 % ^La :0.06 % ,P^0.02% ^ 0.02%，余量为Fe，并在1340°C下熔炼成钢水，钢水经冶炼、采用氩封全保护浇注，并乳制成 钢板;乳制中开乳温度为990°C，精乳温度为890°C，吐丝温度为870°C，集卷温度为755°C ;

[0038] 冷挤压成型：将钢材依次进行表面酸洗除锈、石灰石涂层、磷化处理，然后冷挤压 成型得扣压套管接头坯件；

[0039] 热处理:将扣压套管接头坯件先以9°C/min的速率加热到525°C，然后以6°C/min的 速率加热至740°C，再以10°C/min的速率加热至830 °C用淬火油进行淬火处理，保温2.5小时 后在含有40-60 %NaCl的冰盐水中冷却至室温，然后在360 °C回火处理，保温2小时，得扣压 套管接头半成品；

[0040] 电镀:将扣压套管接头半成品经过脉冲电镀制得表面有8μπι镀铬层的扣压套管接 头，其中脉冲频率为3.4Hz，电流密度66A/dm2，镀液温度为54°C ;电镀液的成分及比例为 Cr2O3:18〇-220g/L，H2S〇4:1.5-2 .Og/L，余量为去离子水。

[0041] 实施例3

[0042] 原料炼钢：按扣压套管接头组成元素及其质量百分比配料:C:0.25%、Cr:6.6%， Mo ： 0.42 %, B :0.008 % ^Ti :0.06 % ^Nb :0.005 % ^Ce :0.06 % ^La :0.03 % ,P^0.02% ^ 0.02%，余量为Fe，并在1310°C下熔炼成钢水，钢水经冶炼、采用氩封全保护浇注，并乳制成 钢板;乳制中开乳温度为1010°C，精乳温度为905°C，吐丝温度为855°C，集卷温度为745°C ;

[0043] 冷挤压成型：将钢材依次进行表面酸洗除锈、石灰石涂层、磷化处理，然后冷挤压 成型得扣压套管接头坯件；

[0044] 热处理:将扣压套管接头坯件先以8 °C /min的速率加热到535 °C，然后以7 °C /min的 速率加热至735°C，再以14°C/min的速率加热至850°C用淬火油进行淬火处理，保温1.5小时 后在含有40-60 % NaCl的冰盐水中冷却至室温，然后在400 °C回火处理，保温1小时，得扣压 套管接头半成品；

[0045] 电镀:将扣压套管接头半成品经过脉冲电镀制得表面有15μπι镀铬层的扣压套管接 头，其中脉冲频率为3.3Hz，电流密度62A/dm2，镀液温度为52°C ;电镀液的成分及比例为 Cr2O3:18〇-220g/L，H2S〇4:1.5-2 .Og/L，余量为去离子水。

[0046] 实施例4

[0047] 原料炼钢：按扣压套管接头组成元素及其质量百分比配料:C:0.18%、Cr: 7.2%， Mo ： 0.32 % ,B :0.02 % ^Ti :0.02 % ^Nb :0.015 % ^Ce :0.02 % ^La :0.08 % ,P^0.02 % ^ 0.02%，余量为Fe，并在1350°C下熔炼成钢水，钢水经冶炼、采用氩封全保护浇注，并乳制成 钢板;乳制中开乳温度为1020°C，精乳温度为910°C，吐丝温度为880°C，集卷温度为760°C ;

[0048] 冷挤压成型：将钢材依次进行表面酸洗除锈、石灰石涂层、磷化处理，然后冷挤压 成型得扣压套管接头坯件；

[0049] 热处理:将扣压套管接头坯件先以7°C/min的速率加热到520°C，然后以5°C/min的 速率加热至720°C，再以8°C/min的速率加热至820°C用淬火油进行淬火处理，保温3小时后 在含有40_60%NaCl的冰盐水中冷却至室温，然后在350°C回火处理，保温2小时，得扣压套 管接头半成品；

[0050] 电镀:将扣压套管接头半成品经过脉冲电镀制得表面有5μπι镀铬层的扣压套管接 头，其中脉冲频率为3.5Hz，电流密度68A/dm2,镀液温度为55°C;电镀液的成分及比例为 Cr2O3:18〇-220g/L，H2S〇4:1.5-2 .Og/L，余量为去离子水。

[0051] 实施例5

[0052] 原料炼钢：按扣压套管接头组成元素及其质量百分比配料:C:0.28%、Cr:6.5%， Mo ： 0.45 % ,B :0.005 % ^Ti :0.08 % ^Nb :0.01 % ^Ce :0.08 % ^La :0.02 % ,P^0.02 % ^ 0.02%，余量为Fe，并在1300°C下熔炼成钢水，钢水经冶炼、采用氩封全保护浇注，并乳制成 钢板;乳制中开乳温度为980°C，精乳温度为880°C，吐丝温度为850°C，集卷温度为740°C ;

[0053] 冷挤压成型：将钢材依次进行表面酸洗除锈、石灰石涂层、磷化处理，然后冷挤压 成型得扣压套管接头坯件；

[0054] 热处理:将扣压套管接头坯件先以10°C/min的速率加热到540°C，然后以8°C/min 的速率加热至750 °C，再以15°C/min的速率加热至860 °C用淬火油进行淬火处理，保温1小时 后在含有40-60 % NaCl的冰盐水中冷却至室温，然后在420 °C回火处理，保温1小时，得扣压 套管接头半成品；

[0055] 电镀:将扣压套管接头半成品经过脉冲电镀制得表面有20μπι镀铬层的扣压套管接 头，其中脉冲频率为3.2Hz，电流密度60A/dm2,镀液温度为50°C;电镀液的成分及比例为 Cr2O3:18〇-220g/L，H2S〇4:1.5-2 .Og/L，余量为去离子水。

[0056] 对比例1

[0057] 现有技术中普通市售的扣压套管接头。

[0058] 对比例2

[0059] 采用普通合金钢通过如实施例1中的制备方法制得的扣压套管接头。

[0060] 对比例3

[0061] 采用如实施例1中所述扣压套管接头的组成成分及其质量百分比通过普通合金钢 加工工艺制成的扣压套管接头。

[0062] 如图1所示的扣压套管接头，包括头部1、中间部2以及通过中间部2与头部1连接的 尾部3,头部1、中间部2与尾部3均为中空管状且互相贯通连接，头部1、中间部2与尾部3的中 空管同轴设置。

[0063] 在上述实施例中未明确说明的工艺均为现有技术中普通常规的工艺，如冶炼、浇 注、表面酸洗除锈、石灰石涂层、磷化处理等。

[0064] 将实施例1-5及对比例1-3中制得的扣压套管接头进行性能测试，测试结果如表1 所示。

[0065] 表1:实施例1-5及对比例1-3中扣压套管接头的性能测试

[0067] 综上所述，本发明扣压套管接头的制备方法简单可行，通过各成分的合理配伍以 及工艺参数的合理设定，先经过淬火加高温回火的双重热处理，然后经过脉冲电镀的方法， 在扣压套管接头表面形成耐腐蚀、耐磨的镀铬层，并大幅度提高了扣压套管接头的硬度、强 度、抗腐蚀性、耐温性等性能。

[0068] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领 域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并 不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1. 一种扣压套管接头的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤： 原料炼钢:按扣压套管接头成分的质量百分比配料，熔炼成钢水，钢水经冶炼、浇注、乳 制成钢板，所述扣压套管接头的成分及质量百分比为:C: 0.18-0.28%、Cr: 6.5-7.2%，Mo:

0.32-0.45% ,B：0.005-0.02% ^Ti :0.02-0.08% ^Nb:0.01-0.015% ^Ce:0.02-0.08% ^La：

0.02-0.08%，P彡0.02%、S彡0.02%，余量为Fe; 冷挤压成型：将钢材依次进行表面酸洗除锈、石灰石涂层、磷化处理，然后冷挤压成型 得扣压套官接头还件； 热处理：将扣压套管接头坯件先加热到520-540°C，然后加热至720-750 °C，再加热至 820-860 °C用淬火油进行淬火处理，保温1-3小时后在冰盐水中冷却至室温，然后在350-420 °C回火处理，保温1-2小时，得扣压套管接头半成品； 电镀:将扣压套管接头半成品经过脉冲电镀制得表面有镀铬层的扣压套管接头，其中 脉冲频率为3.2-3.5抱，电流密度60-684/(11112，镀液温度为50-55°(：，所述脉冲电镀时电镀液 的成分及比例为Cr2O3:18〇-220g/L，H2S〇4:1.5-2.Og/L，余量为去离子水。

2. 根据权利要求1所述的扣压套管接头的制备方法，其特征在于，所述扣压套管接头的 成分及质量百分比为：c:0.20-0.25%、Cr:6.6-7.0%，Μ〇:0· 35-0.42%，Β:0·008-0·015%、 Ti :0.03-0.06 % ^Nb :0.05-0.012 % ^Ce :0.03-0.06% ^La :0.03-0.06 % ,Ρ^0.02% ^ 0.02%，余量为Fe。

3. 根据权利要求1所述的扣压套管接头的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为 1300-1350 °C。

4. 根据权利要求1所述的扣压套管接头的制备方法，其特征在于，乳制中开乳温度为 980-1020 °C，精乳温度为880-910 °C，吐丝温度为850-880 °C，集卷温度为740-760 °C。

5. 根据权利要求1所述的扣压套管接头的制备方法，其特征在于，热处理中先以7-10 °C/min的速率升温至520-540°C，再以5-8°C/min的速率升温至720-750°C，然后以8-15°C/ min的速率升至820-860°C。

6. 根据权利要求1所述的扣压套管接头的制备方法，其特征在于，热处理中所述的冰盐 水中含有40-60 % NaCl。

7. 根据权利要求1所述的扣压套管接头的制备方法，其特征在于，所述镀铬层的厚度为 5-20um〇