CN108060376A - 一种镍基耐蚀合金ns3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法 - Google Patents

一种镍基耐蚀合金ns3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法 Download PDF

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Abstract

一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，包括对耐蚀合金NS3304的坯料通过不同热处理工艺进行热处理以达到轧后管材抗拉强度比屈服强度高100MPa或50MPa以上等高屈强比要求，以及将所述坯料通过不同冷轧工艺加工至室温屈服强度900MPa以上甚至达到1350MPa的高钢级要求。所述的冷轧工艺中包括两辊冷轧、多辊冷轧工艺。两辊冷轧时使得所述坯料的最终形变量为35%~55%以控制管材屈服强度为1050~1350MPa，多辊冷轧时使得所述坯料的最终形变量为15%~50%以控制管材屈服强度为900~1250MPa。所述的热处理工艺中通过改变热处理温度和保温时间来控制所述管材的晶粒度处于4~9级，从而得到屈强比均值约为0.88~0.95的成品管材。本发明具有成品管材尺寸精度高，表面质量好，钢级及屈强比控制精确的优点。

Description

一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法
技术领域
本发明涉及镍基耐蚀合金NS3304无缝管生产技术领域，具体涉及一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法。
背景技术
镍基耐蚀合金NS3304是一种改进的、超低碳型Ni-Cr-Mo系镍基耐蚀合金。它为了降低合金晶间腐蚀倾向，控制合金中C、Si含量，降低C含量可以减少合金中碳化物的析出数量，降低Si含量可减少合金中金属间相的沉淀数量，从而达到提高合金耐晶间腐蚀的目的。该合金对于氧化性和中等还原性介质都具有优异的耐蚀性，特别是在含F－、Cl－的氧化性酸中，在氧化性酸和还原性酸的混合介质中以及含氯的水溶液中，均具有其它耐蚀合金无法比拟的独特耐蚀性。
因镍基耐蚀合金NS3304优越的综合性能，油气领域的相关设备常采用其制备的无缝管材，以抵抗油气井极其恶劣的高温高压强腐蚀环境：使用外压≥138MPa，温度≥175℃，且环境中H2S、CO2、Cl－浓度很高。如此苛刻的条件不仅对其耐蚀性能要求高，而且对镍基耐蚀合金NS3304无缝管材的强度提出了很高的要求：室温屈服强度需在1050MPa以上，甚至1100MPa以上，且要求高屈强比。目前国内尚未发现关于镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级精确控制的专利报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，本发明经多道次“冷轧-热处理”工艺后实现了镍基耐蚀合金NS3304无缝管材高屈强比、高钢级的要求。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，包括对镍基耐蚀合金NS3304的坯料通过不同热处理工艺进行热处理以达到轧后管材抗拉强度比屈服强度高100MPa或50MPa以上等高屈强比要求，以及将所述坯料通过不同冷轧工艺加工至室温屈服强度900MPa以上甚至达到1350MPa的高钢级要求；
所述的冷轧工艺中包括两辊冷轧、多辊冷轧工艺。两辊冷轧时使得所述坯料的最终形变量为35%~55%以控制管材屈服强度为1050~1350MPa，多辊冷轧时使得所述坯料的最终形变量为15%~50%以控制管材屈服强度为900~1250MPa；
所述的热处理工艺中通过改变热处理温度和保温时间来控制所述坯料的晶粒度处于4~9级，从而得到屈强比均值约为0.88~0.95的成品管材。
作为本发明的优选，所述的两辊冷轧工艺至少包括一次开坯冷轧及一次最终冷轧，所述两辊冷轧工艺中送进量为1~4mm，轧制速度为10~160n/min
作为本发明的优选，所述的多辊冷轧工艺至少包括一次开坯冷轧及一次最终冷轧，所述冷轧工艺中送进量为1~3.4mm，轧制速度为10~100n/min。
作为本发明的优选，所述的两辊冷轧工艺中设置冷轧变形量范围35%~55%，延伸系数范围1.5~2.3。
作为本发明的优选，所述的多辊冷轧工艺中设置冷轧变形量范围15%~50%，延伸系数范围1.1~2.0。
作为本发明的优选，所述的两辊冷轧工艺中控制镍基耐蚀合金NS3304管材室温屈服强度为1050~1350MPa。
作为本发明的优选，所述的多辊冷轧工艺中控制镍基耐蚀合金NS3304管材室温屈服强度为900~1250MPa。
作为本发明的优选，所述两辊和多辊冷轧工艺中冷轧芯棒杆外侧设置塑料护套，芯棒杆连接处进行圆滑过渡处理，冷轧过程中始终保持所述冷轧芯棒杆的内外表面润滑充分。
作为本发明的优选，所述的多辊冷轧工艺中至少由三个轧辊合围成管材加工通道。
作为本发明的优选，所述的热处理工艺的固溶条件为保护气氛光亮热处理或空气气氛热处理。
作为本发明的优选，所述的热处理工艺中控制热处理温度范围1050~1200℃。
作为本发明的优选，所述的热处理工艺中通过改变热处理温度来控制所述管材的晶粒度处于4~9级。
作为本发明的优选，所述的高屈强比控制中通过“热处理-冷轧”来控制所述管材的屈强比值为0.88~0.95。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
本发明具有镍基耐蚀合金NS3304成品管材尺寸精度高，表面质量好，钢级及屈强比控制精确等优点。
附图说明
图1是两辊轧制变形量对冷态镍基耐蚀合金NS3304管材室温拉伸屈服强度的影响；
图2是多辊轧制变形量对冷态镍基耐蚀合金NS3304管材室温拉伸屈服强度的影响
图3是晶粒度对镍基耐蚀合金NS3304管材冷轧变形后室温屈强比的影响。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一
本发明实施例包括对镍基耐蚀合金NS3304的坯料依次通过冷轧工艺、热处理工艺将所述坯料在室温下屈服强度加工至1050MPa以上；所述的冷轧工艺中至少对所述坯料进行两次冷轧，并使得所述坯料的最终形变量为35%~55%以得到屈服强度为1050~1350MPa的管材；所述的热处理工艺中通过改变热处理温度，同时还可以根据具体规格来制定保温时间来控制所述管材的晶粒度处于4~9级，从而得到屈强比均值约为0.88~0.95的成品管材。所述的冷轧工艺中设置冷轧变形量范围35%~55%，延伸系数范围1.5~2.3。
所述的冷轧工艺为两辊冷轧，两辊冷轧工艺至少包括一次开坯冷轧及一次最终冷轧，两辊冷轧工艺中送进量为1~4mm，轧制速度为10~160n/min。图1为该工艺下变形量对冷态管材室温拉伸屈服强度（Rp0.2）的影响。如图1所示，变形量从37.9%增加到52.6%的过程中，镍基耐蚀合金NS3304管材的屈服强度从1145MPa逐渐递增至1319MPa，且变形量在37.9%增加到46.7%时，Rp0.2变化不大，变形量从46.7%增加到52.6%过程中，Rp0.2增量明显。若采用两辊高速轧机，则可设置冷轧变形量范围35%~55%，延伸系数范围1.5~2.3，以得到1050~1350MPa区间内所需的屈服强度值，即控制镍基耐蚀合金NS3304管材的高钢级特性。所述冷轧工艺中冷轧芯棒杆外侧设置塑料护套，芯棒杆连接处进行圆滑过渡处理，冷轧过程中始终保持所述冷轧芯棒杆的内外表面润滑充分。轧后管材内外表面粗糙度≤3.2μm。
晶粒度会对轧后管材的屈强比产生影响，因此可以通过改变热处理温度和保温时间来控制镍基耐蚀合金NS3304管材的晶粒度，以达到轧后管材抗拉强度比屈服强度高50MPa、100MPa以上等技术要求。图3为不同晶粒度的管子冷轧后管材室温下屈强比的数据。如图3所示晶粒度为5.0级时，屈强比最小，约为0.89。晶粒度6到7级时，屈强比均值约为0.93。故本发明实施例的所述的热处理工艺中控制热处理温度范围1050~1200℃，保温时间视中间品、成规格而定，控制C276合金管坯晶粒度4~9级，进一步控制在晶粒度处于6~7级，高屈强比特征控制范围0.88~0.95。所述的热处理工艺的固溶条件为保护气氛光亮热处理或空气气氛热处理。
实施例二
本发明实施例本发明实施例包括对镍基耐蚀合金NS3304的坯料依次通过冷轧工艺、热处理工艺将所述坯料在室温下屈服强度加工至900MPa以上；所述的冷轧工艺中至少对所述坯料进行两次冷轧，并使得所述坯料的最终形变量为15%~50%以得到屈服强度为900~1250MPa的管材；所述的热处理工艺中通过改变热处理温度，同时还可以根据具体规格来制定保温时间来控制所述管材的晶粒度处于4~9级，从而得到屈强比均值约为0.88~0.95的成品管材。所述的冷轧工艺中设置冷轧变形量范围15%~50%，延伸系数范围1.1~2.0。
本发明实施例的所述的冷轧工艺为多辊轧制冷轧，多辊冷轧工艺至少包括一次开坯冷轧及一次最终冷轧，冷轧工艺中送进量为1~3.4mm，轧制速度为10~100n/min。多辊轧机轧速相对较慢，与高速轧制相比，同等屈服强度所需的变形量更大，但此冷轧方式有利于管材内外表面质量的控制，尤其是内表质量控制，且利于管材尺寸精度控制。图2为多辊冷轧工艺变形量对冷态管材室温拉伸屈服强度的影响。如图2所示，变形量从18.7%增加到48.2%的过程中，镍基耐蚀合金NS3304管材的屈服强度从954MPa逐渐递增至1150MPa，且增量较为均匀。若采用多辊轧机，可设置冷轧变形量范围15%~50%，延伸系数范围1.1~2.0，以得到900~1250MPa区间内所需的屈服强度值，即控制镍基耐蚀合金NS3304管材的高钢级特性。故本发明实施例所述的成型冷轧中将所述坯料的形变量由18.7%逐渐冷轧增加到48.2%。所述冷轧工艺中冷轧芯棒杆外侧设置塑料护套，芯棒杆连接处进行圆滑过渡处理，冷轧过程中始终保持所述冷轧芯棒杆的内外表面润滑充分。
晶粒度会对轧后管材的屈强比产生影响，因此可以通过改变热处理温度和保温时间来控制镍基耐蚀合金NS3304管材的晶粒度，以达到轧后管材抗拉强度比屈服强度高50MPa、100MPa以上等技术要求。图3为不同晶粒度的管子冷轧后管材室温下屈强比的数据。如图3所示晶粒度为5.0级时，屈强比最小，约为0.89。晶粒度6到7级时，屈强比均值约为0.93。故本发明实施例的所述的热处理工艺中控制热处理温度范围1050~1200℃，保温时间视中间品、成规格而定，控制镍基耐蚀合金NS3304管坯晶粒度4~9级，进一步控制在晶粒度处于6~7级，高屈强比特征控制范围0.88~0.95。所述的热处理工艺的固溶条件为保护气氛光亮热处理或空气气氛热处理。
本发明实施例一、二中，以Φ80*8mm为例，坯料经多道次“冷轧-热处理”工艺后，Φ80×8mm的镍基耐蚀合金NS3304坯料轧到Φ21×2.6mm，经1110~1120℃光亮热处理后晶粒度控制在6~7级，采用多辊轧机轧制Φ19×2mm，轧制送进量1~2.2mm，轧制速度20~40n/min。成品管材室温下的抗拉强度为1280MPa，屈服强度1150MPa。
对于Φ19×2mm的管材按ISO 10893-10标准进行全长100%横纵向超声波探伤，等级U3+A。检测总合格率超过90%。
根据ASTM B622，严格按照操作规程对Φ19×2mm的成品管材进行了水压试验。试验条件为：内水压6.9MPa，保持时间≥5s。检测总合格率100%。
成品管材经目视检查结果显示内外表光滑平整，无轧伤、压坑等缺陷分布，内外表面粗糙度小于0.4μm。经尺寸测量结果显示内径、壁厚满足要求，直线度满足≤0.3mm/m的要求。
本发明实施例通过控制变形量和晶粒度，生产出了屈服强度达到160钢级，屈强比超过0.9的合格的镍基耐蚀合金NS3304无缝管材。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，其特征在于，包括对镍基耐蚀合金NS3304的坯料通过不同热处理工艺进行热处理以达到轧后管材抗拉强度比屈服强度高100MPa或50MPa以上等高屈强比要求，以及将所述坯料通过不同冷轧工艺加工至室温屈服强度900MPa以上甚至达到1350MPa的高钢级要求；
所述的冷轧工艺中包括两辊冷轧工艺、多辊冷轧工艺，两辊冷轧时使得所述坯料的最终形变量为35%~55%以控制管材屈服强度为1050~1350MPa，多辊冷轧时使得所述坯料的最终形变量为15%~50%以控制管材屈服强度为900~1250MPa；
所述的热处理工艺中通过改变热处理温度和保温时间来控制所述坯料的晶粒度处于4~9级，从而得到屈强比均值约为0.88~0.95的成品管材。
2.根据权利要求1所述的一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，其特征在于：所述的两辊冷轧工艺至少包括一次开坯冷轧及一次最终冷轧，所述两辊冷轧工艺中送进量为1~4mm，轧制速度为10~160n/min。
3.根据权利要求1所述的一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，其特征在于：所述的多辊冷轧工艺至少包括一次开坯冷轧及一次最终冷轧，所述冷轧工艺中送进量为1~3.4mm，轧制速度为10~100n/min。
4.根据权利要求1所述的一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，其特征在于：所述的两辊冷轧工艺中设置冷轧变形量范围35%~55%，延伸系数范围1.5~2.3。
5.根据权利要求1所述的一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，其特征在于：所述的多辊冷轧工艺中设置冷轧变形量范围15%~50%，延伸系数范围1.1~2.0。
6.根据权利要求2或3所述的一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，其特征在于：所述冷轧工艺中冷轧芯棒杆外侧设置塑料护套，芯棒杆连接处进行圆滑过渡处理，冷轧过程中始终保持所述冷轧芯棒杆的内外表面润滑充分。
7.根据权利要求1所述的一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，其特征在于：所述的热处理工艺的固溶条件为保护气氛光亮热处理或空气气氛热处理。
8.根据权利要求1所述的一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，其特征在于：所述的热处理工艺中控制热处理温度范围1050~1200℃。
9.根据权利要求1所述的一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，其特征在于：所述的热处理工艺中通过改变热处理温度来控制所述管材的晶粒度处于4~9级。
10.根据权利要求1所述的一种镍基耐蚀合金NS3304无缝管高屈强比、高钢级控制方法，其特征在于：所述的高屈强比控制中通过“热处理-冷轧”来控制所述管材的屈强比值为0.88~0.95。
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