CN111979382B - 大口径薄壁无缝钢管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大口径薄壁无缝钢管及其制备方法。该大口径薄壁无缝钢管的外径≥273mm、外径/壁厚比≥40，其制备方法包括：步骤S1，对管坯依次进行加热、穿孔、轧管、定径，得到定径后钢管；步骤S2，将定径后钢管经过淬火、热扩、回火的处理过程，得到大口径薄壁无缝钢管。本申请通过将定径后钢管在淬火之后再进行热扩‑回火的工序，解决了大口径薄壁无缝钢管难以成型的问题，还使制备得到的大口径薄壁无缝钢管具有较高的强韧性、优良的低温韧性，且综合性能优异，尤其将其用于制备外径≥273mm，径厚比≥40的大口径薄壁3.5Ni无缝钢管时，其外径尺寸精度高、表面质量好、低温韧性好。
Description
技术领域
本发明涉及钢管制备技术领域，具体而言，涉及一种大口径薄壁无缝钢管及其制备方法。
背景技术
3.5Ni低温用钢具有优良的机械性能和良好的低温韧性，被广泛应用于石油、化工行业中的液态乙烯等气体的存储和运输。此牌号的无缝钢管使用设计温度为-46～-101℃的低温环境，且可在10～32N/mm2的压力下服役，其工作状态为高压和低温，在其工作环境下其内表面承受着很高的压应力、内外表由于巨大温差具有极高的热应力。因此，石油、化工行业中对3.5Ni钢的使用性能要求非常高，要求此牌号的钢种既要有良好的机械性能又要具备优良的低温韧性，尤其是对于大口径薄壁钢管，大口径薄壁钢管一般指外径≥273mm，外径/壁厚比≥40的钢管。由于外径与壁厚比大，直接热轧生产难度大，通常采用热轧+热扩的工艺生产，但是由于3.5Ni钢管既要保证强度还要具备较好的低温冲击韧性，必须在热扩后再进行热处理得到的材料才具有最佳的强韧性。
大口径薄壁3.5Ni钢管的制备采用热扩后进行淬火加热时由于承受自重受力点使其发生塌陷、碰凹，导致其外径偏差大、椭圆度难以保证而影响后续管道的焊接和使用，因此，目前使用的大口径薄壁3.5Ni低温用钢管全部为焊管生产制造，即用3.5Ni板材热处理后焊接成管道，其加工制造难度大，适合批量化生产，且焊缝处性能与母材性能存在差异，给低温管道的使用留下安全隐患。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种大口径薄壁无缝钢管及其制备方法，以解决现有热轧技术得到的大口径薄壁无缝钢管的外径偏差大、椭圆度难以保证的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种大口径薄壁无缝钢管的制备方法，该大口径薄壁无缝钢管的外径≥273mm、外径/壁厚比≥40，其制备方法包括：步骤S1，对管坯依次进行加热、穿孔、轧管、定径，得到定径后钢管；步骤S2，将定径后钢管经过淬火、热扩、回火的处理过程，得到大口径薄壁无缝钢管。
进一步地，上述步骤S2中的淬火的温度为750～900℃，优选为810～860℃，优选淬火的保温时间按壁厚系数2.0～2.5min/mm进行控制。
进一步地，上述步骤S2中的热扩的温度为680～800℃，优选为700～760℃，优选热扩的速度为30～80mm/min。
进一步地，上述步骤S2中的回火的温度为550～650℃，优选为585～610℃，优选回火的时间按壁厚系数4.0～4.5min/mm进行控制。
进一步地，在上述步骤S1中，加热包括对管坯依次进行预热处理、第一段加热处理、第二段加热处理、第三段加热处理、第四段加热处理以及均热处理，其中，优选预热处理的温度为500～900℃，优选预热处理的时间为12～14h；优选经过第一段加热处理后管坯的温度达到990～1010℃；优选经过第二段加热处理后管坯的温度达到1110～1130℃；优选经过第三段加热处理后管坯的温度达到1190～1210℃；优选经过第四段加热处理后管坯的温度达到1200～1220℃；优选均热处理的温度为1200～1220℃；优选第一段加热处理的时间、第二段加热处理的时间、第三段加热处理的时间、第四段加热处理的时间、均热处理的时间各自独立地为1.5～2.0h。
进一步地，在上述步骤S1中，穿孔时穿孔机导盘的转速为0.5～3.5m/s，轧速为0.5～3.2m/s，优选轧管的温度为950～1100℃，优选定径的温度为900～950℃。
进一步地，以重量百分含量计，上述管坯包括0.06～0.10％的C、0.1～0.17％的Si、0.35～0.55％的Mn、0.005％以下的S、0.01％以下的P、3.3～3.7％的Ni、0.3％以下的Cr、0.15％以下的Mo、0.01～0.1％的Ti、0.015～0.06％的Nb、0.02～0.05％的Alt、0.18～0.25％的V、70ppm以下的N、30ppm以下的O、2.0ppm以下的H，其余的为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，在上述步骤S2之后，制备方法还包括：对大口径薄壁无缝钢管进行空冷、矫直、精整的过程。
根据本发明的另一方面，提供了一种大口径薄壁无缝钢管，该大口径薄壁无缝钢管由上述的制备方法制备得到。
进一步地，上述大口径薄壁无缝钢管为大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，优选该大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的抗拉强度大于450MPa，优选大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的屈服强度大于240MPa，优选大口径薄壁3.5Ni无缝钢管在-100℃时全尺寸的冲击值大于18J。
应用本发明的技术方案，采用现有技术中的先热扩后淬火-回火的工艺处理定径后钢管，会使钢管由于承受自重受力点使其发生塌陷、碰凹、喷伤等问题，从而影响大口径薄壁无缝钢管的几何尺寸和表面质量，进而导致其无法满足使用要求。而本申请通过将定径后钢管在淬火之后再进行热扩-回火的工序，不仅解决了大口径薄壁无缝钢管难以成型的问题，还使制备得到的大口径薄壁无缝钢管具有较高的强韧性、优良的低温韧性，且综合性能优异，尤其将其用于制备外径≥273mm，径厚比≥40的大口径薄壁3.5Ni无缝钢管时，使其外径尺寸精度高、表面质量好、低温韧性好；可以取代、甚至优于同级别3.5Ni焊管。从而使该大口径薄壁3.5Ni无缝钢管实现批量生产。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的实施例1提供的一种大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的金相组织图；
图2示出了根据本发明的对比例1提供的一种3.5Ni钢管的金相组织图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如背景技术所分析的，现有技术中存在热轧技术得到的大口径薄壁无缝钢管的外径偏差大、椭圆度难以保证的问题，为解决该问题，本发明提供了一种大口径薄壁无缝钢管及其制备方法。
在本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种大口径薄壁无缝钢管的制备方法，该大口径薄壁无缝钢管的外径≥273mm、外径/壁厚比≥40，该制备方法包括：步骤S1，对管坯依次进行加热、穿孔、轧管、定径，得到定径后钢管；步骤S2，将定径后钢管经过淬火、热扩、回火的处理过程，得到大口径薄壁无缝钢管。
采用现有技术中的先热扩后淬火-回火的工艺处理定径后钢管，会使钢管由于承受自重受力点使其发生塌陷、碰凹、喷伤等问题，从而影响大口径薄壁无缝钢管的几何尺寸和表面质量，进而导致其无法满足使用要求。而本申请通过将定径后钢管在淬火之后再进行热扩-回火的工序，不仅解决了大口径薄壁无缝钢管难以成型的问题，还使制备得到的大口径薄壁无缝钢管具有较高的强韧性、优良的低温韧性，且综合性能优异，尤其将其用于制备外径≥273mm，径厚比≥40的大口径薄壁3.5Ni无缝钢管时，使其外径尺寸精度高、表面质量好、低温韧性好；可以取代、甚至优于同级别3.5Ni焊管。从而使该大口径薄壁3.5Ni无缝钢管实现批量生产。
淬火的目的是使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织，从而有助于提高大口径薄壁无缝钢的管硬度和耐磨性。淬火的温度影响奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的转化效率和程度，因而为了提高淬火的效果，优选上述步骤S2中的淬火的温度为750～900℃，优选为810～860℃。由于淬火时间过长，导致大口径薄壁无缝钢管的硬度不均，淬火时间过短，淬火冷却速度快，如果操作不慎容易导致大口径薄壁无缝钢管的变形量大，因此，优选将上述淬火的保温时间按壁厚系数2.0～2.5min/mm进行控制，通过上述方式控制淬火时间，从而对钢件的硬度、变形量进行更好地控制。
热扩的目的是为了得到外径大、壁薄的无缝钢管，热扩的温度和速度会影响大口径薄壁无缝钢管的外径和壁厚均匀性。热扩的速度太快，易导致形成的大口径薄壁无缝钢管的壁厚不均匀，热扩的速度太慢，会使得淬火和回火的间隔时间太长，进而导致大口径薄壁无缝钢管的力学性能变差。本申请的热扩温度和速度可以参考现有技术，为了进一步通过热扩来提高钢管的力学性能和壁厚均匀性，在本申请的一种实施例中，优选上述步骤S2中的热扩的温度为680～800℃，优选为700～760℃，优选热扩的速度为30～80mm/min。
回火的目的是消除大口径薄壁无缝钢管在淬火中的内应力，以提高其延性和韧性，因此，回火与不同的温度的淬火相配合，可以大幅提高大口径薄壁无缝钢管的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性，并可以使这些性能之间配合得到综合性能提高的大口径薄壁无缝钢管，以满足不同的使用要求。基于此，在本申请的一种实施例中，优选上述步骤S2中的回火的温度为550～650℃，优选为585～610℃，优选回火的时间按壁厚系数4.0～4.5min/mm进行控制。
本申请的一种实施例，优选在上述步骤S1中，加热包括对管坯依次进行预热处理、第一段加热处理、第二段加热处理、第三段加热处理、第四段加热处理以及均热处理，其中，优选预热处理的温度为500～900℃，优选预热处理的时间为12～14h；优选经过第一段加热处理后管坯的温度达到990～1010℃；优选经过第二段加热处理后管坯的温度达到1110～1130℃；优选经过第三段加热处理后管坯的温度达到1190～1210℃；优选经过第四段加热处理后管坯的温度达到1200～1220℃；优选均热处理的温度为1200～1220℃；优选第一段加热处理的时间、第二段加热处理的时间、第三段加热处理的时间、第四段加热处理的时间、均热处理的时间各自独立地为1.5～2.0h。
采用上述预热-分四段加热-均热的加热过程，有利于提高管坯的受热均匀性、内部组织弥散均匀性，从而有利于后续穿孔、轧管、定径后形成的定径后钢管的组织均匀、稳定，以便在热扩的过程更好的得到外径规则的大口径薄壁无缝钢管。
为了更好的控制穿孔和定径的过程，得到尽可能均匀、规则的定径后钢管，优选上述步骤S1中，穿孔时穿孔机导盘的转速为0.5～3.5m/s，轧速为0.5～3.2m/s，优选轧管的温度为950～1100℃，优选定径的温度为900～950℃。
在本申请的一种实施例中，为了得到外径偏差小、椭圆度更好的大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，以重量百分含量计，上述管坯包括0.06～0.10％的C、0.1～0.17％的Si、0.35～0.55％的Mn、0.005％以下的S、0.01％以下的P、3.3～3.7％的Ni、0.3％以下的Cr、0.15％以下的Mo、0.01～0.1％的Ti、0.015～0.06％的Nb、0.02～0.05％的Alt、0.18～0.25％的V、70ppm以下的N、30ppm以下的O、2.0ppm以下的H，其余的为Fe及不可避免的杂质。
上述管坯除了含有碳钢基本成分Fe、C、Si、Mn外，主要含有较高的Ni元素，Ni为奥氏体稳定元素，尤其是对大口径薄壁3.5Ni无缝钢管在低温下的稳定性至关重要，且Ni降低韧脆转变温度的能力仅次于N，是金属元素中最好的降低韧脆转变温度的元素，且Ni有利于提高大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的淬透性和强度，同时还能提高大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的低温塑性。Mn是奥氏体稳定元素，同时也是基体强化元素，可以通过沉淀强化来提高大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的强度。Mn还可以提高材料的淬透性，Mn含量过低则强度达不到要求，Mn含量过高则影响大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的韧性，而且Si、Mn以一定比例存在于大口径薄壁3.5Ni无缝钢管中，还有利于抑制彼此的偏聚。Si在炼钢过程中是脱氧元素，对降低大口径薄壁3.5Ni无缝钢管中有害元素的含量非常重要，Si同时还可以提高强度，Si除了和Mn按一定比例存在于大口径薄壁3.5Ni无缝钢管中抑制Mn偏聚外，Si还可以抑制P在晶界偏聚。C可以通过间隙固溶提高强度，但C过多对焊接热影响区低温韧性有害，因此在保证强度的前提下，C含量越低越好。Mo可以提高淬透性，从而提高强度，同时可以提高回火的稳定性。Al元素也是优异的脱氧元素，能够与Si配合脱除钢坯中的氧，通过两种元素的协同作用提高脱氧效果，并且能有效地避免夹杂物以团状出现，从而使得无缝钢管的韧性降低并出现表面缺陷，本申请的Alt为全铝量，包括酸熔铝和氧化铝；Cr元素与Mn元素相互配合，既能提高大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的淬透性，在回火时又能阻止或减缓碳化物的析出与聚集，提高大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的回火的稳定性。V元素能够细化晶粒，使钢坯在加热阶段奥氏体晶粒不至于生长的过于粗大，以致在随后的轧制过程中，可以使大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的晶粒得到进一步细化，提高大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的强度和韧性；S易与金属元素Mn形成析出物MnS，P则易在晶界偏聚，从而降低晶界抗裂纹扩展能力，因此S、P均会降低大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的低温韧性；因此将S、P的含量控制在上述范围内，以减少其晶间脆性倾向，有利于降低其对大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的低温韧性的危害。通过严格控制管坯中各化学组分含量，使各化学组分之间具有合理的配比，使得到的大口径薄壁3.5Ni无缝钢管具备优良的机械性能和良好的低温韧性和强度。
本申请的一种实施例，在上述步骤S2之后，上述制备方法还包括：对大口径薄壁无缝钢管进行进行空冷、矫直、精整的过程。
回火之后对对大口径薄壁无缝钢管进行空冷的降温方式，有助于使得到的大口径薄壁无缝钢管的组织均匀。对其矫直、精整的过程则能够进一步清除大口径薄壁无缝钢管的弯曲以及表面缺陷，从而得到尽可能完善的大口径薄壁无缝钢管。
在本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种大口径薄壁无缝钢管，该大口径薄壁无缝钢管由前述的制备方法制备得到。
采用现有技术中的先热扩后淬火-回火的工艺处理定径后钢管，会使钢管由于承受自重受力点使其发生塌陷、碰凹、喷伤等问题，从而影响大口径薄壁无缝钢管的几何尺寸和表面质量，进而导致其无法满足使用要求。而本申请通过将定径后钢管在淬火之后再进行热扩-回火的工序，不仅解决了大口径薄壁无缝钢管难以成型的问题，还使制备得到的大口径薄壁无缝钢管具有较高的强韧性、优良的低温韧性，且综合性能优异，尤其将其用于制备外径≥273mm，径厚比≥40的大口径薄壁3.5Ni无缝钢管时，使其外径尺寸精度高、表面质量好、低温韧性好；可以取代、甚至优于同级别3.5Ni焊管。从而使该大口径薄壁3.5Ni无缝钢管实现批量生产。
在本申请的一种实施例中，上述大口径薄壁无缝钢管为大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，优选大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的抗拉强度大于450MPa，优选大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的屈服强度大于240MPa，优选大口径薄壁3.5Ni无缝钢管在-100℃时全尺寸的冲击值大于18J。
上述大口径薄壁3.5Ni无缝钢管不仅可以解决3.5Ni低温用焊管的缺陷，且其相比现有技术中的3.5Ni焊管，具有更优良的性能。
以下将结合具体实施例和对比例，对本申请的有益效果进行说明。
实施例1
一种大口径3.5Ni低温用无缝管坯，以重量百分含量计，上述管坯包括C：0.06％、Si：0.10％、Mn：0.35％、S：0.005％、P：0.010％、Ni：3.3％、Cr：0.30％、Mo：0.15％、Ti：0.01％，Nb：0.015％、Alt：0.02％、V：0.18％、N：70ppm、O：30ppm、H：2.0ppm余量为Fe和杂质。
将上述管坯中心打孔，除去其中的部分缺陷，然后采用环形炉对其加热：先将管坯在900℃的温度中进行预热处理12h，然后进行第一段加热处理使管坯的温度达到990℃；经过第二段加热处理后管坯的温度达到1110℃；经过第三段加热处理后管坯的温度达到1190℃；经过第四段加热处理后管坯的温度达到1200℃；1200℃下进行均热处理，第一段加热处理的时间、第二段加热处理的时间、第三段加热处理的时间、第四段加热处理的时间、均热处理的时间均为1.5h。
控制穿孔时穿孔机导盘的转速为2.5m/s，轧速为2.1m/s，轧管的温度为1100℃，定径的温度为930℃，对加热后的管坯进行穿孔-轧管-定径，得到定径后钢管。
将定径后钢管在830℃的温度下进行淬火，淬火的保温时间按壁厚系数2.3min/mm进行控制，淬火19min，然后在730℃的温度下进行热扩20min，热扩的速度为50mm/min，再在590℃的温度下进行回火，回火的时间按壁厚系数4.3min/mm进行控制，回火35min，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，其外径为406.4mm，壁厚为7.92mm。将大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，进行空冷-矫直-精整尺寸及表面质量检查-包装入库，记为钢管1，该钢管1的金相组织图如图1所示，图1显示该钢管1为回火索氏体与逆转奥氏体组织。
实施例2
实施例2与实施例1的不同在于，一种大口径3.5Ni低温用无缝管坯，以重量百分含量计，上述管坯包括C：0.10％、Si：0.17％、Mn：0.55％、S：0.005％、P：0.010％、Ni：3.7％、Cr：0.30％、Mo：0.15％、Ti：0.10％，Nb：0.06％、Alt：0.05％、V：0.25％、N：70ppm、O：30ppm、H：2.0ppm余量为Fe和杂质。
控制穿孔时穿孔机导盘的转速为3.5m/s，轧速为3.2m/s，轧管的温度为1050℃，定径的温度为900℃，对加热后的管坯进行穿孔-轧管-定径，得到定径后钢管。
将上述管坯中心打孔，除去其中的部分缺陷，然后采用环形炉对其加热：先将管坯在500℃的温度中进行预热处理14h；然后进行第一段加热处理使管坯的温度达到1010℃；经过第二段加热处理后管坯的温度达到1130℃；经过第三段加热处理后管坯的温度达到1210℃；经过第四段加热处理后管坯的温度达到1220℃；1220℃下进行均热处理，第一段加热处理的时间、第二段加热处理的时间、第三段加热处理的时间、第四段加热处理的时间、均热处理的时间均为2.0h，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，将定径后钢管在830℃的温度下进行淬火，淬火的时间按壁厚系数2.3min/mm进行控制，在590℃的温度下进行回火，回火的时间按壁厚系数4.3min/mm进行控制，其外径为351mm，壁厚为11mm，记为钢管2。
实施例3
实施例3与实施例1的不同在于，一种大口径3.5Ni低温用无缝管坯，以重量百分含量计，上述管坯包括C：0.08％、Si：0.15％、Mn：0.45％、S：0.002％、P：0.008％、Ni：3.5％、Cr：0.1％、Mo：0.1％、Ti：0.05％，Nb：0.03％、Alt：0.04％、V：0.21％、N：50ppm、O：20ppm、H：1.0ppm余量为Fe和杂质。
控制穿孔时穿孔机导盘的转速为0.5m/s，轧速为0.5m/s，轧管的温度为950℃，定径的温度为950℃，对加热后的管坯进行穿孔-轧管-定径，得到大口径3.5Ni无缝钢管，将定径后钢管在830℃的温度下进行淬火，淬火的时间按壁厚系数2.3min/mm进行控制，在590℃的温度下进行回火，回火的时间按壁厚系数4.3min/mm进行控制，其外径为355.6mm，壁厚为12mm，记为钢管3。
实施例4
实施例4与实施例1的不同在于，将定径后钢管在810℃的温度下进行淬火，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管4。
实施例5
实施例5与实施例1的不同在于，将定径后钢管在860℃的温度下进行淬火，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管5。
实施例6
实施例6与实施例1的不同在于，将定径后钢管在750℃的温度下进行淬火，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管6。
实施例7
实施例7与实施例1的不同在于，将定径后钢管在900℃的温度下进行淬火，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管7。
实施例8
实施例8与实施例1的不同在于，将定径后钢管在920℃的温度下进行淬火，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管8。
实施例9
实施例9与实施例1的不同在于，淬火的保温时间按壁厚系数2.0min/mm进行控制，淬火16min，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管9。
实施例10
实施例10与实施例1的不同在于，淬火的保温时间按壁厚系数2.5min/mm进行控制，淬火20min，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管10。
实施例11
实施例11与实施例1的不同在于，淬火的保温时间按壁厚系数1.5min/mm进行控制，淬火12min，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管11。
实施例12
实施例12与实施例1的不同在于，在700℃的温度下进行热扩，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管12。
实施例13
实施例13与实施例1的不同在于，在760℃的温度下进行热扩，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管13。
实施例14
实施例14与实施例1的不同在于，在680℃的温度下进行热扩，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管14。
实施例15
实施例15与实施例1的不同在于，在800℃的温度下进行热扩，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管15。
实施例16
实施例16与实施例1的不同在于，在820℃的温度下进行热扩，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管16。
实施例17
实施例17与实施例1的不同在于，热扩的速度为30mm/min，热扩34min，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管17，其外径为406mm，壁厚为7.92mm。
实施例18
实施例18与实施例1的不同在于，热扩的速度为80mm/min，热扩13min，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管18，其外径为406mm，壁厚为7.92mm。
实施例19
实施例19与实施例1的不同在于，热扩的速度为100mm/min，热扩10min，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管19，其外径为406mm，壁厚为27.92mm。
实施例20
实施例20与实施例1的不同在于，在585℃的温度下进行回火，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管20。
实施例21
实施例21与实施例1的不同在于，在610℃的温度下进行回火，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管21。
实施例22
实施例22与实施例1的不同在于，在550℃的温度下进行回火，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管22。
实施例23
实施例23与实施例1的不同在于，在650℃的温度下进行回火，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管23。
实施例24
实施例24与实施例1的不同在于，在500℃的温度下进行回火，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管24。
实施例25
实施例25与实施例1的不同在于，回火的时间按壁厚系数4.0min/mm进行控制，回火32min，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管25。
实施例26
实施例26与实施例1的不同在于，回火的时间按壁厚系数4.5min/mm进行控制，回火36min，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管26。
实施例27
实施例27与实施例1的不同在于，回火的时间按壁厚系数2min/mm进行控制，回火16min，得到大口径薄壁3.5Ni无缝钢管，记为钢管27。
实施例28
实施例28与实施例1的不同在于，制造的钢管的材料为ASTM A333标准(ASTM A333标准对低温用无缝钢管Gr3中的要求：外径偏差405.6～408.0mm，壁厚偏差≥7.03～8.91mm，Rp0.2≥240MPa，Rm≥450MPa，A≥14％，冲击(-100℃，J)≥18)规定的Gr6，其成分为0.10～0.30％的C、0.1～0.45％的Si、0.29～1.06％的Mn、0.025％以下的S、0.25％以下的P、其余的为Fe及不可避免的杂质，记为钢管28。按照实施例1的工艺生产610×9.26mm规格的钢管28：外径偏差610.2～612.2mm，壁厚偏差8.55～9.75mm，Rp0.2＝310MPa，Rm＝555MPa，A＝35％，冲击(-45℃，J)均值为125。完全满足ASTM A333标准对Gr6材质610×9.26mm规格的钢管的要求。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在在于，对比例1先进行热扩，再进行淬火及回火处理，得到3.5Ni钢管，记为钢管29，其金相组织图如图2所示，图2显示该钢管29为回火索氏体与铁素体组织。
按照ASTM A333标准测定上述钢管1至29的性能，并将其列于表1。
表1
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
采用现有技术中的先热扩后淬火-回火的工艺处理定径后钢管，会使钢管由于承受自重受力点使其发生塌陷、碰凹、喷伤等问题，从而影响大口径薄壁无缝钢管的几何尺寸和表面质量，进而导致其无法满足使用要求。而本申请通过将定径后钢管在淬火之后再进行热扩-回火的工序，不仅解决了大口径薄壁无缝钢管难以成型的问题，还使制备得到的大口径薄壁无缝钢管具有较高的强韧性、优良的低温韧性，且综合性能优异，尤其将其用于制备外径≥273mm，径厚比≥40的大口径薄壁3.5Ni无缝钢管时，使其外径尺寸精度高、表面质量好、低温韧性好；可以取代、甚至优于同级别3.5Ni焊管。从而使该大口径薄壁3.5Ni无缝钢管实现批量生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (26)
1.一种大口径薄壁无缝钢管的制备方法，所述大口径薄壁无缝钢管的外径≥273mm、外径/壁厚比≥40，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤S1，对管坯依次进行加热、穿孔、轧管、定径，得到定径后钢管；
步骤S2，将所述定径后钢管依次经过淬火、热扩、回火的处理过程，得到大口径薄壁无缝钢管，
所述步骤S2中的所述热扩的温度为680～800℃，所述热扩的速度为30～80mm/min，所述大口径薄壁无缝钢管为大口径薄壁3.5Ni无缝钢管。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述淬火的温度为750～900℃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述淬火的温度为810～860℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述淬火的保温时间按壁厚系数2.0～2.5min/mm进行控制。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述热扩的温度为700～760℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述回火的温度为550～650℃。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述回火的温度为585～610℃。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述回火的时间按壁厚系数4.0～4.5min/mm进行控制。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述加热包括对所述管坯依次进行预热处理、第一段加热处理、第二段加热处理、第三段加热处理、第四段加热处理以及均热处理。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述预热处理的温度为500～900℃。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述预热处理的时间为12～14h。
12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，经过所述第一段加热处理后所述管坯的温度达到990～1010℃。
13.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，经过所述第二段加热处理后所述管坯的温度达到1110～1130℃。
14.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，经过所述第三段加热处理后所述管坯的温度达到1190～1210℃。
15.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，经过所述第四段加热处理后所述管坯的温度达到1200～1220℃。
16.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述均热处理的温度为1200～1220℃。
17.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一段加热处理的时间、所述第二段加热处理的时间、所述第三段加热处理的时间、所述第四段加热处理的时间、所述均热处理的时间各自独立地为1.5～2.0h。
18.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述穿孔时穿孔机导盘的转速为0.5～3.5m/s，轧速为0.5～3.2m/s。
19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述轧管的温度为950～1100℃。
20.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于，所述定径的温度为900～950℃。
21.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以重量百分含量计，所述管坯包括0.06～0.10％的C、0.1～0.17％的Si、0.35～0.55％的Mn、0.005％以下的S、0.01％以下的P、3.3～3.7％的Ni、0.3％以下的Cr、0.15％以下的Mo、0.01～0.1％的Ti、0.015～0.06％的Nb、0.02～0.05％的Alt、0.18～0.25％的V、70ppm以下的N、30ppm以下的O、2.0ppm以下的H，其余的为Fe及不可避免的杂质。
22.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2之后，所述制备方法还包括：
对所述大口径薄壁无缝钢管进行空冷、矫直、精整的过程。
23.一种大口径薄壁无缝钢管，其特征在于，所述大口径薄壁无缝钢管由权利要求1至22中任一项所述的制备方法制备得到。
24.根据权利要求23所述的大口径薄壁无缝钢管，其特征在于，所述大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的抗拉强度大于450MPa。
25.根据权利要求23所述的大口径薄壁无缝钢管，其特征在于，所述大口径薄壁3.5Ni无缝钢管的屈服强度大于240MPa。
26.根据权利要求23所述的大口径薄壁无缝钢管，其特征在于，所述大口径薄壁3.5Ni无缝钢管在-100℃时全尺寸的冲击值大于18J。
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