CN109112414A - 一种奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管及其生产方法 - Google Patents

一种奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明创造提供一种奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管及其生产方法，所示奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管的化学成分重量百分比为：C：0.7‑0.95％，Si：0.2‑0.6％，Mn：5.0‑6.0％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr：3.1‑3.5％，Al：0.03‑0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明机械性能非常优越，其抗拉强度≥650MPa，屈服强度≥450MPa，冲击吸收功Akv为50～60J，磨损率≤15.5×10‑6mm3/N·m。本发明通过调整C、Mn元素含量，提高耐磨钢管在中、低冲击载荷下的耐磨性。本发明奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管，因其不添加Mo、Ni、V、Nb等价格昂贵金属，节省了原料成本。本发明还涉及到一种奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管的生产方法，其工艺简单但是效果非常好，简化了热处理工艺和生产工艺，提高了生产效率，并且节约了能源和生产成本。

Description

一种奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管及其生产方法
技术领域
本发明属于耐磨无缝钢管领域，特别涉及一种奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管及其生产方法。
技术背景
无缝钢管是中空截面的管道，用作输送高压、大流量物体，如石油、天然气、煤气、水及某些流体物料等。无缝钢管分为热轧无缝钢管和冷轧无缝钢管，热轧无缝钢管主要经过管坯准备、管坯加热、穿孔、轧管、钢管再加热、定(减)径、热处理、成品管矫直、精整、检验(无损、理化、台检)等生产工序后入库。热轧可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，使钢材在一定程度上不再是各向同性；浇铸时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被消除。
一般用无缝钢管是用35、45等优质碳结构钢，16Mn、5MnV等低合金结构钢或40Cr、30CrMnSi、45Mn2、40MnB等合金结构钢热轧或冷轧制成的。国内专利《一种高耐磨无缝钢管材料及其制备方法》(公开号CN103741046A)公开了一种高耐磨无缝钢管材料及其制备方法，耐磨无缝钢管在较大的冲击载荷及单位压力磨料磨损条件下，能够显示出优异的耐磨性，但是没有解决在中、低冲击载荷下耐磨无缝钢管耐磨性差的问题，并且热处理工艺复杂，增加了能源消耗，延长了生产周期，降低了生产效率。
国内专利《一种输送用耐磨无缝钢管及其生产方法》(公开号CN104726781A)公开了一种输送用耐磨无缝钢管及其生产方法，耐磨无缝钢管经890～950℃淬火，380～460℃回火热处理，获得回火屈氏体及弥散析出的微细碳化物的复合组织，具有较好的耐磨性，但是钢管的冲击韧性比较小，管道容易受高冲击破裂。本发明的耐磨钢管有效的解决了上述不足，具有广阔的发展前景。
发明内容
本发明创造要解决的问题是，提供一种奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管及其生产方法，解决现有耐磨无缝钢管在中、低冲击载荷下耐磨性能差问题，填补了国内外中锰耐磨钢无缝钢管生产的空白。
本发明提供一种奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管，其化学成分重量百分比为：C：0.7-0.95％，Si：0.2-0.6％，Mn：5.0-6.0％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr：3.1～3.5％，Al：0.03-0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明提供一种奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管，其生产方法：
(1)熔炼：按照本体内各成分配比称取各原料，并将其混合投入熔炼炉内熔融成金属液，熔炼温度为1540～1560℃。
(2)连铸铸造：采用立式连铸机进行连铸生产，铸造成圆柱形钢锭，浇铸温度为1440～1460℃。
(3)成型工艺：在环形加热炉中将冷却后的钢锭加热至1280～1300℃，保温120min以保证钢锭温度均匀，穿孔机选用二辊斜轧穿孔机，应变速度为1/300～1/200/秒；采用高压水除磷的方法除去穿孔轧制后钢管表面的氧化皮，以保证钢管的表面质量；1050～1100℃对去掉氧化皮的钢管坯进行定径精轧；将定减径后的无缝钢管进行水韧处理，水韧处理温度为1000～1050℃，并控制钢管的出水温度在200℃以下；最后对经过水韧后的无缝钢管进行矫直，矫直温度为100～200℃。
本发明提供的奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管的机械性能：
抗拉强度≥650MPa，屈服强度≥450MPa，冲击吸收功Akv为50～60J，，磨损率≤15.5×10-6mm3/N·m。
本发明提供一种奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管，其生产方法：
(1)熔炼：按照本体内各成分配比称取各原料，并将其混合投入熔炼炉内熔融成金属液，熔炼温度为1540～1560℃。
(2)连铸铸造：采用立式连铸机进行连铸生产，铸造成圆柱形钢锭，浇铸温度为1440～1460℃。
(3)成型工艺：在环形加热炉中将冷却后的钢锭加热至1280～1300℃，保温120min以保证钢锭温度均匀，穿孔机选用二辊斜轧穿孔机，应变速度为1/300～1/200/秒；采用高压水除磷的方法除去穿孔轧制后钢管表面的氧化皮，以保证钢管的表面质量；1050～1100℃对去掉氧化皮的钢管坯进行定径精轧；将定减径后的无缝钢管进行水韧处理，水韧处理温度为1000～1050℃，并控制钢管的出水温度在200℃以下；最后对经过水韧后的无缝钢管进行矫直，矫直温度为100～200℃。
进一步所述的奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述步骤(3)中高压水除磷过程之前，要对钢管进行保温处理，保温时间为壁厚25mm/h，高压水除磷对钢管产生的温降控制在10℃左右。
进一步所述的奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管的生产方法，其特征在于，所述中水韧处理之前不需要加热。
本发明所述的奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管，合金中Mn、Cr元素能够扩大奥氏体相区，保证室温下为塑韧性好的单一奥氏体组织；Si元素可以改善钢的铸造性能，提高钢的综合力学性能；Al可以细化晶粒，提高冲击韧性和抗腐蚀性，与Cr、Si合用可显著提高钢的耐高温腐蚀能力。通过合金成分的优化，简化了生产工艺、降低了生产成本、提高其耐磨性能和耐腐蚀性能。
本发明提供的奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管的抗拉强度≥650MPa，屈服强度≥450MPa，冲击吸收功Akv为50～60J，磨损率≤15.5×10-6mm3/N·m。
具体实施方法
1.实施例1-6中奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管化学成分重量百分比参见表1。
表1实施例化学成分重量百分比(％)
实施例 C Si Mn P S Cr Al
1 0.71 0.59 5.99 0.016 0.013 3.49 0.039
2 0.76 0.24 5.93 0.017 0.016 3.42 0.043
3 0.81 0.42 5.82 0.015 0.012 3.32 0.034
4 0.87 0.27 5.65 0.016 0.014 3.23 0.078
5 0.91 0.34 5.20 0.019 0.016 3.14 0.036
6 0.94 0.21 5.02 0.017 0.019 3.02 0.032
实施例1-6各试验结果如表2所示。
表2实施例热轧无缝钢管力学性能
实施例 抗拉强度(MPa) 冲击功(J) 200N磨损率(10<sup>-6</sup>mm<sup>3</sup>/N·m)
1 675 59 15.16
2 683 71 13.78
3 678 68 13.15
4 669 65 14.16
5 657 58 14.87
6 651 51 15.37
从表2中可以看出，6组实施例中所有的抗拉强度≥650MPa，屈服强度≥450MPa，冲击吸收功Akv为50～60J，磨损率≤15.5×10-6mm3/N·m。其中实施例2和实施例3的综合性能较高，主要体现在磨损率和冲击功，说明这2个成分配比达到了预期效果。
2、采用M-2000磨粒磨损试验机，试验载荷为200N，试验时间为2h，按国标GB/T12444-2006进行滑动磨损试验；采用JB-300B半自动冲击试验机进行冲击试验，采用WAW-300万能试验机进行拉伸实验。
以上所述内容仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利限制范围，凡利用本发明的专利范围所作的均等变化与改进的等效成分结构、等效工艺变换，或直接、间接地运用在其他相关的技术领域，均应仍归属于本发明的专利的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管，其化学成分重量百分比为：C：0.7-0.95％，Si：0.2-0.6％，Mn：5.0-6.0％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr：3.1～3.5％，Al：0.03-0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管，其特征在于，所述C的重量百分比为：0.71～0.94％，所述Si的重量百分比为：0.21～0.59％，所述Mn的重量百分比为：5.02～5.99％，所述Cr的重量百分比为：3.12-3.49％。
3.根据权利要求1所述的奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管，其特征在于：所述P和S的重量百分比均≤0.02％。
4.一种奥氏体中锰耐磨热轧无缝钢管的生产方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)熔炼：按照本体内各成分配比称取各原料，并将其混合投入熔炼炉内熔融成金属液，熔炼温度为1540～1560℃。
(2)连铸铸造：采用立式连铸机进行连铸生产，铸造成圆柱形钢锭，浇铸温度为1440～1460℃。
(3)成型工艺：在环形加热炉中将冷却后的钢锭加热至1280～1300℃，保温120min以保证钢锭温度均匀，穿孔机选用二辊斜轧穿孔机，应变速度为1/300～1/200/秒；采用高压水除磷的方法除去穿孔轧制后钢管表面的氧化皮，以保证钢管的表面质量；1050～1100℃对去掉氧化皮的钢管坯进行定径精轧；将定减径后的无缝钢管进行水韧处理，水韧处理温度为1000～1050℃，并控制钢管的出水温度在200℃以下；对无缝钢管进行矫直，矫直温度为100～200℃。
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