CN107620015A - 加油管及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了加油管及其制备工艺，属于金属材料技术领域。加油管原料成分及百分含量为：Hf：0.01‑0.1％、Sb：0.3‑1％、Be：0.2‑1.8％、Zr：0.2‑1％、C：0.5‑0.7％、Si：0.4‑0.8％、Cr：0.5‑1.2％、Ni：3‑4％、余量为Fe和杂质。原料中的Be和Zr不仅能极大地降低产品中杂质元素P、S、O、N的含量，更可以使钢具有较高的温度强度、蠕变性能和低温韧性。Hf与C形成的化合物不仅使产品具有极高的硬度和强度，也具备耐高温特性。同时，结合喷射成型工艺使得合金钢成分更加均匀，强度更高。

Description

加油管及其制备工艺

技术领域

本发明涉及加油管及其制备工艺，属于金属材料领域。

背景技术

自19世纪后半期开始，随着钢的生产量和使用量不断增大，机械制造业需要解决钢的加工切削问题，英国人率先发明了含2.5-7％W的自硬钢，由此含不同金属元素的合金钢开始极快的发展。

合金钢是指以铁和碳为基础，加入一定量的铜、镍、钼、铬、锰等元素并控制碳含量而组成的合金体系。合金钢具有高强度、高硬度和一定的延性，特别适合于作结构材料，因此被广泛应用于国防工业和民用工业中，尤其在汽车、摩托车、枪械和家电行业中占有重要地位。

传统的加油管通常采用压力加工，使被加工的钢(坯、锭等)产生塑性变形，然后根据钢材加工温度不同分冷加工和热加工两种。钢材的主要加工方法有：轧制、铸造、拉拨、挤压等。传统加工方法不仅工序繁多，而且在产品的性能如强度、硬度等也有所欠缺。

针对传统合金钢硬度低，不耐磨等缺点，公开号106244936A公开了一种通过提高合金球中碳、铬、钼的含量来提高产品的强度、硬度和耐磨性。然而，单纯的提高合金中某些元素的含量并不能很好的解决合金钢的压溃强度、韧性、耐腐蚀性以及降低钢中杂质元素的问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供高强度、高韧性、耐腐蚀以及低杂质元素的加油管。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

加油管，所述的加油管由如下成分及其质量百分比组成：Hf：0.01-0.1％、Sb：0.3-1％、Be：0.2-1.8％、Zr：0.2-1％、C：0.5-0.7％、Si：0.4-0.8％、Cr：0.5-1.2％、Ni：3-4％、余量为Fe和杂质。

在现有的合金钢原料配比中，通常使用锰作为脱氧剂和脱硫剂，虽然锰具有资源丰富、效能多样的特点，但是锰会增加钢晶粒粗化的倾向和回火脆性敏感性，在冶炼浇注和锻轧后冷却不当，容易使钢产生白点。本发明合金钢的原材料中加入铍，铍和氧、硫都有极强的亲和力，除氧、除硫的能力更优于锰，可以使钢具有较高的温度强度和蠕变性能。同时，原料中的锆是强有力的脱氧和脱氮元素，是除去氧、氮、硫、磷的净化剂，在低合金结构钢中改善钢的低温韧性，作用远优于传统合金钢中的钒。而成分中的铪和锑虽然含量极少，但是都可以极大地增加合金钢的强度和硬度，其中，铪与碳形成的化合物不仅具有极高的硬度和强度，也具备耐高温特性。

作为优选，在加油管成分中，杂质中各含量为P＜0.055％、S＜0.065％、N＜0.025％、O＜0.015％。传统的原料配比中锰并不能很好得降低这些杂质的含量，而本发明通过加入亲和力更强的铍与锆，使得杂质元素含量远远低于要求，提升钢的性能。

本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案：

加油管的制备工艺，所述的方法包括如下步骤：

(1)配料：按上述加油管的成分及其质量百分比称取原料；

(2)熔炼：将原料置入高频感应炉中，形成合金钢液；

(3)喷射成型：用高压氮气喷射枪向经导液管流出的合金钢液喷射，使之雾化成小液滴，然后液滴沉积于距喷射枪约30-40cm的铜基板上，凝固形成矩形块体，最后经热轧、机加工、焊接形成加油管半产品；

(4)表面处理：将加油管半产品置于水蒸气环境中，于500-600℃下保持1-2h得加油管成品。

具有高强度兼有高韧性、低脆性转变温度的合金钢是较理想的结构材料。合金钢中晶粒细化是最直接有效的途径。细化晶粒可以通过变形工艺或者相变工艺来完成，本发明采用喷射成形结合热轧工艺对合金钢进行处理，同时改变传统圆形旋转铜基板，在矩形铜基板上布满孔径为400-500μm的小孔，并从小孔内逸出氮气，可以使经喷枪雾化的液滴均匀分布在铜基板上，使合金钢成分均匀。而喷射成形的合金钢存在一定量的孔隙，需结合热轧工艺进行致密化处理，消除所含的孔隙等组织缺陷，提高材料的强度和伸长率等性能指标，扩大材料的应用范围。

最后，经水蒸气处理的合金钢表面可以形成一层均匀致密的保护膜，能极大地增强产品的防腐蚀能力和抗锈能力，让产品可以适合多种不同的环境，大大延长了使用寿命。

作为优选，在步骤(3)中，所述喷射成形具体为：将按成分配制好的原料放入高频感应炉中，待原料熔为合金液后，再升高温度120-150℃，保温一段时间，使合金液的温度和成分达到均匀。然后用高压氮气喷射枪向经导液管流出的合金液喷射，使之雾化成小液滴，然后液滴沉积于距喷射枪约35-38cm的铜基板上，凝固形成矩形块体。喷射成形的合金钢成分更加均匀，增加其强度。

作为优选，在步骤(3)中，所述热轧温度为900-1000℃，变形量为30-90％。喷射成形的合金钢中存在一定量的孔隙，热轧可以进行致密化处理，消除所含的孔隙等组织缺陷，提高材料的强度和伸长率等性能指标，扩大材料的应用范围。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)原料中加入铍，铍和氧、硫都有极强的亲和力，除氧、除硫的能力更优于锰，同时可以使钢具有较高的温度强度和蠕变性能。

(2)原料中的锆是强有力的脱氧和脱氮元素，是除去氧、氮、硫、磷的净化剂，在低合金结构钢中改善钢的低温韧性，作用远优于传统合金钢中的钒。

(3)原料中的铪与锑都可以增加合金钢的硬度和强度，其中，铪与碳形成的化合物不仅具有极高的硬度，也具备耐高温特性。

(4)制备方法采用喷射成形与热轧相结合的方式，提高材料的强度和伸长率等性能指标，扩大材料的应用范围。

(5)铜基板上小孔逸出氮气，可以使液滴均匀分散并在板上结合，形成成分均匀的合金钢。

(6)喷射成形与热轧相结合细化晶粒，增加合金钢的强度。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，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。

实施例1

配料：按上述加油管的成分及其质量百分比称取原料，包括Hf：0.05％、Sb：0.7％、Be：1％、Zr：0.6％、C：0.6％、Si：0.6％、Cr：0.8％、Ni：3.5％、余量为Fe和杂质，其中杂质包括P＜0.055％、S＜0.065％、N＜0.025％、O＜0.015％。

熔炼：根据配料性质调节好高频熔炼炉的输出功率，将配料放入熔炼炉中形成合金钢液。

喷射成形：待配料熔为合金钢液后，再升高温度130℃，保温一段时间，使合金液的温度和成分达到均匀。用高压氮气喷射枪向经导液管流出的合金液喷射，使之雾化成小液滴，然后液滴沉积于距喷射枪约36cm的铜基板上，铜基板上小孔孔径为450μm，氮气逸出速度为2cm/s，合金钢液小液滴聚集凝固形成矩形块体。最后将矩形块体在970℃下进行热轧，待块体变形量达到70％后，经JCO成型机加工、焊接后得加油管半成品。

表面处理：将加油管半产品置于水蒸气环境中，于550℃下保持1.5h得加油管成品。

实施例2-3

与实施例1的区别仅在于，实施例2-3配料中Hf的含量分别为0.01％、0.1％。

实施例4-7

与实施例1的区别仅在于，实施例4-7配料中Be的含量分别为0.2％、0.5％、1.5％、1.8％。

实施例8-9

与实施例1的区别仅在于，实施例8-9配料中Zr的含量分别为0.2％、1％。

实施例10

与实施例1的区别仅在于，实施例10喷射成型中铜基板上小孔孔径为400μm，氮气逸出速度为1cm/s。

实施例11

与实施例1的区别仅在于，实施例11喷射成型中铜基板上小孔孔径为500μm，氮气逸出速度为3cm/s。

实施例12

与实施例1的区别仅在于，实施例12喷射成型中热轧的温度为900℃，变形量为30％。

实施例13

与实施例1的区别仅在于，实施例13喷射成型中热轧的温度为950℃，变形量为50％。

实施例14

与实施例1的区别仅在于，实施例13喷射成型中热轧的温度为1000℃，变形量为90％。

对比例1

与实施例1的区别仅在于，对比例1配料中不含Hf。

对比例2

与实施例1的区别仅在于，对比例2配料中不含Be。

对比例3

与实施例1的区别仅在于，对比例3配料中不含Zr。

对比例4

与实施例1的区别仅在于，对比例4配料中不含Hf、Be、Zr。

对比例5

与实施例1的区别仅在于，对比例5喷射成型中不进行热轧处理。

将实施例1-14及对比例1-5中的加油管进行测试，测试其抗拉强度、屈服强度、耐腐蚀性和杂质含量，结果如表1所示：

表1：实施例1-14及对比例1-5中产品的性能

从表格中的数据可以看出本发明中的Hf对产品的强度会有较大影响，而Be、Zr直接关系产品中的杂质元素含量，即影响到产品的脆性、硬度、使用寿命。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (5)

1.加油管，其特征在于，所述的加油管由如下成分及其质量百分比组成：Hf：0.01-0.1％、Sb：0.3-1％、Be：0.2-1.8％、Zr：0.2-1％、C：0.5-0.7％、Si：0.4-0.8％、Cr：0.5-1.2％、Ni：3-4％、余量为Fe和杂质。

2.根据权利要求1所述的加油管，其特征在于，所述杂质包括P＜0.055％、S＜0.065％、N＜0.025％、O＜0.015％。

3.加油管的制备工艺，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

(1)配料：按权利要求1中加油管的成分及其质量百分比称取原料；

(2)熔炼：将原料置入高频感应炉中，形成合金钢液；

(3)喷射成型：用高压氮气喷射枪向经导液管流出的合金钢液喷射，使之雾化成小液滴，然后液滴沉积于距喷射枪约30-40cm的铜基板上，凝固形成矩形块体，最后经热轧、机加工、焊接形成加油管半产品；

(4)表面处理：将加油管半产品置于水蒸气环境中，于500-600℃下保持1-2h得加油管成品。

4.根据权利要求3所述的加油管的制备工艺，其特征在于，所述喷射成型中铜基板上具有均匀分布的直径300-500μm的小孔，孔中氮气逸出速度为1-3cm/s。

5.根据权利要求3所述的加油管的制备工艺，其特征在于，所述喷射成型中热轧温度为800-1000℃，变形量为10-99％。