CN113088817B

CN113088817B - 无缝钢管及其制备方法、油缸

Info

Publication number: CN113088817B
Application number: CN202110339699.4A
Authority: CN
Inventors: 郭仲玮; 高国梁
Original assignee: Hamawi Engineering Technology Shanghai Co ltd
Current assignee: Hamawi Engineering Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2022-05-20
Anticipated expiration: 2041-03-30
Also published as: CN113088817A

Abstract

本发明涉及一种无缝钢管的制备方法，包括：制备圆管坯，以质量百分数计，圆管坯的原料包括C：0.14％‑0.22％、Si：0.15％‑0.50％、Mn：1.2％‑1.7％、Cr：0.03％‑0.30％、Ni：0.02％‑0.20％、Al：0.02％‑0.10％、R：0.02％‑0.10％、P≤0.015％、S≤0.008％、Mo≤0.10％、Cu≤0.20％、Ti≤0.20％，余量为Fe，其中，所述R为V和/或Nb；将圆管坯制成毛管坯并对毛管坯进行热处理，得到冷拔母管；将冷拔母管依次进行前处理、冷拔和退火，得到无缝钢管，其中，在冷拔的过程中冷拔母管的变形率大于或等于10％。本发明还涉及一种无缝钢管和油缸。本发明制备方法得到的无缝钢管具有优异的强度和耐低温冲击性能，同时，可焊接性能好，生产成本低，精度高，表面质量高，因此，以该无缝钢管为材料制成的油缸环境适应能力优异，使用寿命长，安全可靠。

Description

无缝钢管及其制备方法、油缸

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别是无缝钢管及其制备方法、油缸。

背景技术

传统汽车吊的变幅油缸与伸缩油缸一般采用45号无缝钢管或者27SiMn无缝钢管，其特点是强度高，但是存在耐低温冲击性能差、可焊接性差等问题，导致油缸适应环境能力较差，开裂、爆缸等事故频发。另外，45号无缝钢管和27SiMn无缝钢管都需要经过制造、调质和车加工，加工工序繁琐、车加工效率低，同时，加工过程中材料浪费严重。

针对这些缺陷,改进后的方法为使用中低碳钢制备无缝钢管，并经过冷拔来提高无缝钢管的强度和耐低温冲击性，同时，提高其精度以减少加工过程中材料的浪费，但是，这些改进后的制备方法都需要经过多道次冷拔以及多道次热处理，使得无缝钢管的成本居高不下。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种强度高、耐低温冲击性能好以及成本低的无缝钢管及其制备方法，以及以该无缝钢管为材料的油缸。

一种无缝钢管的制备方法，包括：

以质量百分数计，将0.14％-0.22％的C、0.15％-0.50％的Si、1.2％-1.7％的Mn、0.03％-0.30％的Cr、0.02％-0.20％的Ni、0.02％-0.10％的Al、0.02％-0.10％的R、小于或等于0.015％的P、小于或等于0.008％的S、小于或等于0.10％的Mo、小于或等于0.20％的Cu、小于或等于0.20％的Ti，余量为Fe组成的原料制成圆管坯，其中，所述R为V和/或Nb；

将所述圆管坯制成毛管坯；

将所述毛管坯进行热处理，得到冷拔母管；

将所述冷拔母管进行前处理，然后进行冷拔和退火，得到无缝钢管，其中，在所述冷拔的过程中所述冷拔母管的变形率大于或等于10％。

在其中一个实施例中，所述R为V，所述V的质量百分数为0.04％-0.10％。

在其中一个实施例中，所述R为Nb，所述Nb的质量百分数为0.02％-0.06％。

在其中一个实施例中，所述冷拔母管的屈服强度大于或等于610MPa，零下40℃的低温冲击功大于或等于180J。

在其中一个实施例中，所述热处理的步骤包括：将所述毛管坯于860℃-970℃下保温10分钟-30分钟，然后进行淬火，然后于400℃-600℃回火50分钟-70分钟。

在其中一个实施例中，所述前处理包括酸洗处理、磷化处理以及皂化处理。

在其中一个实施例中，所述磷化处理的时间为45分钟-55分钟。

在其中一个实施例中，所述退火的温度为400℃-550℃，时间为30分钟-60分钟。

一种无缝钢管，所述无缝钢管由如上所述的制备方法得到。

一种油缸，所述油缸的材料为如上所述的无缝钢管。

本发明的制备方法中，通过对圆管坯组成成分的选择以及对毛管坯进行热处理，有效提高了冷拔母管的屈服强度和耐低温冲击性能，同时，保证高强度的冷拔母管能在一道次大变形率的冷拔加工下，依然保持不开裂，并且保持很高的耐低温冲击性能，进而，使得冷拔母管经过一道次大变形率的冷拔，即可得到屈服强度大于或等于710MPa、零下40℃的低温冲击功大于或等于100J的无缝钢管，强度高、耐低温冲击性能和可焊接性能优异。另外，由于本发明的制备方法仅进行了一道次热处理和一道次冷拔，使得生产成本大幅降低。

因此，采用本发明的无缝钢管制成的油缸环境适应能力优异，使用寿命长，安全可靠。

具体实施方式

以下将对本发明提供的无缝钢管及其制备方法、油缸作进一步说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。

本发明提供的无缝钢管的制备方法，包括：

S1，以质量百分数计，将0.14％-0.22％的C、0.15％-0.50％的Si、1.2％-1.7％的Mn、0.03％-0.30％的Cr、0.02％-0.20％的Ni、0.02％-0.10％的Al、0.02％-0.10％的R、小于或等于0.015％的P、小于或等于0.008％的S、小于或等于0.10％的Mo、小于或等于0.20％的Cu、小于或等于0.20％的Ti，余量为Fe组成的原料制成圆管坯，其中，所述R为V和/或Nb；

S2，将所述圆管坯制成毛管坯；

S3，将所述毛管坯进行热处理，得到冷拔母管；

S4，将所述冷拔母管进行前处理，然后进行冷拔和退火，得到无缝钢管，其中，在所述冷拔的过程中所述冷拔母管的变形率大于或等于10％。

在钢材中，C含量降低能够有效提高钢材的塑性、耐冲击性和可焊接性，同时，还能提高钢材的耐大气腐蚀性，但是，会降低钢材的屈服强度和抗拉强度。

Si能显著提高钢材的屈服强度和抗拉强度，且能和Mo、Cr等结合，有效提高钢材的抗腐蚀性和抗氧化的作用，但是，其又会降低钢材的焊接性能。

Mn也能提高钢材的强度和耐冲击性，但是，也会降低钢材的焊接性能，同时，降低钢材的抗腐蚀性能。

Cr也能显著提高钢材的强度和耐腐蚀性，但是，会降低钢材的塑性和耐冲击性。

Ni能提高钢材的强度，而又使钢材保持良好的塑性和耐冲击性，但是成本较高。

Al可以细化组织晶粒，提高钢材的耐冲击性，且与Cr、Si协调使用时，能够显著提高钢材的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力，但是，其会影响钢材的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

V可以细化组织晶粒，提高钢材的强度和耐冲击性，同时，能与C形成的碳化物，在高温高压下可提高钢材的抗氢腐蚀能力。

Nb能细化组织晶粒、降低钢材的过热敏感性和回火脆性、改善钢材的可焊接性、提高钢材的强度以及提高钢材抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力，但是，会降低钢材的塑性和耐冲击性。

所以，步骤S1中，通过对圆管坯组成成分的选择及其质量百分数的控制，从而使得各成分能够起到协同作用，进而使获得的圆管坯具有优异的强度、耐低温冲击性能以及可焊接性，同时，能够保证高强度的冷拔母管能在一道次大变形率的冷拔加工下，依然保持不开裂，并且保持很高的耐低温冲击性能。

具体地，原料经过冶炼、炉外精炼、真空脱气制成实心结构的圆管坯。

为了进一步提高无缝钢管的强度、耐低温冲击性等性能，在一实施方式中，所述C元素的质量百分数优选为0.15％-0.2％，进一步优选为0.15％-0.18％；在一实施方式中，所述Si元素的质量百分数优选为0.25％-0.45％，进一步优选为0.3％-0.4％；在一实施方式中，所述Mn元素的质量百分数优选为1.2％-1.5％，进一步优选为1.3％-1.4％；在一实施方式中，所述Cr元素的质量百分数优选为0.05％-0.2％，进一步优选为0.1％-0.15％；在一实施方式中，所述Ni元素的质量百分数优选为0.02％-0.15％，进一步优选为0.03％-0.1％；在一实施方式中，所述Al元素的质量百分数优选为0.02％-0.05％。

为了进一步降低无缝钢管的成本，所述R优选为V或者Nb，此时，无缝钢管的性能差异不大。在一实施方式中，所述R为V，所述V的质量百分数为0.04％-0.10％，进一步优选为0.04％-0.08％，更优选为0.05％-0.06％；在另一实施方式中，所述R为Nb，所述Nb的质量百分数为0.02％-0.06％，进一步优选为0.02％-0.04％。

应予说明的是，当R选择V时，由于原料的纯度问题，有时会不可避免的带入微量的Nb元素，同样，当R选择Nb时，有时也会不可避免的带入微量的V元素，但均因满足R在无缝钢管中的质量百分数为0.02％-0.10％的范围。

可以理解，由于原料的纯度问题，也会不可避免的带入其它微量的元素，如N、B等，但均不影响本发明的效果。

步骤S2中，将所述圆管坯制成毛管坯的步骤依次包括加热、穿孔、轧制、定径、无损检测和锯切。

屈服强度是材料塑性变形向永久变形转变的强度，为了保证冷拔母管能在一道次大变形率的冷拔加工下，依然保持不开裂，并且保证无缝钢管的强度，步骤S3中，通过对所述毛管坯进行热处理，使得到得冷拔母管的屈服强度大于或等于610MPa，零下40℃的低温冲击功大于或等于180J，有效提高了冷拔母管的屈服强度和耐低温冲击性能。

在一实施方式中，所述热处理的步骤包括：根据不同得壁厚，将所述毛管坯于860℃-970℃下保温10分钟-30分钟，然后进行淬火，然后于400℃-600℃回火50分钟-70分钟。

由于通过步骤S1对圆管坯组成成分的选择，保证了毛管坯在淬火时不产生淬火裂纹，回火后，进行矫直切头，得到所述冷拔母管。

步骤S4中，所述前处理包括酸洗处理、磷化处理以及皂化处理，其中，所述磷化处理的时间为45分钟-55分钟，以增加磷化膜的厚度,使磷化膜的厚度达到0.1毫米-0.3毫米，确保冷拔后的无缝钢管的表面质量。

由于步骤S1对圆管坯组成成分的选择以及步骤S3对毛管坯进行热处理，有效提高了冷拔母管的屈服强度和耐低温冲击性能，使得冷拔母管经过一道次大变形率的冷拔，即可得到屈服强度大于或等于710MPa、零下40℃的低温冲击功大于或等于100J的无缝钢管，强度高、耐低温冲击性能和可焊接性能优异。

同时，保证高强度的冷拔母管能在一道次大变形率的冷拔加工下，依然保持不开裂，并且保持很高的耐低温冲击性能，进而，使得本发明的制备方法仅需要一道次热处理和一道次冷拔，使得生产成本大幅降低。

考虑到在所述冷拔的过程中所述冷拔母管的变形率太大时，冷拔母管会出现开裂等风险，为了保证无缝钢管的成品率，在一实施方式中，在所述冷拔的过程中所述冷拔母管的变形率优选为10％-35％，进一步优选为10％-30％，更优选为10％-20％。

在一实施方式中，在冷拔过程结束后还进行退火处理，所述退火的温度为400℃-550℃，时间为30分钟-60分钟，以去除冷拔应力，得到无缝钢管。

本发明还提供一种无缝钢管，所述无缝钢管由如上所述的制备方法得到。

可以理解，以质量百分比计，所述冷拔母管中含有0.14％-0.22％的C、0.15％-0.50％的Si、1.2％-1.7％的Mn、0.03％-0.30％的Cr、0.02％-0.20％的Ni、0.02％-0.10％的Al、0.02％-0.10％的R、小于或等于0.015％的P、小于或等于0.008％的S、小于或等于0.10％的Mo、小于或等于0.20％的Cu、小于或等于0.20％的Ti，余量为Fe以及不可避免的元素，其中，所述R为V和/或Nb。当然，在冷拔母管中，部分元素成分能够形成相应的相或组织等，以提高无缝钢管的强度等性能。

具体地，所述无缝钢管的屈服强度大于或等于710MPa，零下40℃的低温冲击功大于或等于80J，尺寸精度在0.6mm以内。

因此，本发明提供的无缝钢管具有优异的强度和耐低温冲击性能，同时，可焊接性能好，生产成本低，精度高，表面质量高。

一种油缸，所述油缸的材料为如上所述的无缝钢管。因此，本发明的油缸环境适应能力优异，使用寿命长，安全可靠。

同时，由于本发明的无缝钢管的精度高，可以有效降低无缝钢管在加工成油缸时车加工的材料浪费程度，进而也能进一步降低油缸的生产成本。

以下，将通过以下具体实施例对所述无缝钢管及其制备方法、油缸做进一步的说明。

实施例1：

以质量百分数计，将0.15％的C、0.33％的Si、1.32％的Mn、0.011％的P、0.005％的S、0.06％的Cu、0.05％的Ni、0.12％的Cr、0.02％的Mo、0.054％的V、0.038％的Al、0.003％的Ti、0.001％的Nb，经过冶炼、炉外精炼、真空脱气制成实心结构的圆管坯。

将圆管坯依次进行加热、穿孔、轧制、定径、无损检测和锯切，得到毛管坯，并将毛管坯放入淬火炉加热区，于900℃下保温12分钟，然后进入淬火机淬火水冷，淬火水冷后于510℃回火50分钟，冷却后矫直切头，得到尺寸为203X15的冷拔母管。经测试，该冷拔母管的屈服强度为684MPa，零下40℃的低温冲击功为180J。

将冷拔母管依次进行酸洗处理、冲洗、磷化处理、冲洗、皂化处理、风干，其中，磷化处理的时间为40分钟。然后将经过前处理的冷拔母管冷拔到185X12.5的尺寸，冷拔变形率为16.67％，冷拔后进行退火处理，退火处理的温度为460℃，时间为1小时，得到无缝钢管。

实施例2：

以质量百分数计，将0.16％的C、0.35％的Si、1.3％的Mn、0.009％的P、0.003％的S、0.07％的Cu、0.05％的Ni、0.12％的Cr、0.03％的Mo、0.002％的V、0.029％的Al、0.001％的Ti、0.028％的Nb，经过冶炼、炉外精炼、真空脱气制成实心结构的圆管坯。

将圆管坯依次进行加热、穿孔、轧制、定径、无损检测和锯切，得到毛管坯，并将毛管坯放入淬火炉加热区，于900℃下保温12分钟，然后进入淬火机淬火水冷，淬火水冷后于520℃回火60分钟，冷却后矫直切头，得到尺寸为203X15的冷拔母管。经测试，该冷拔母管的屈服强度为661MPa，零下40℃的低温冲击功为201J。

实施例3：

以质量百分数计，将0.16％的C、0.36％的Si、1.32％的Mn、0.013％的P、0.005％的S、0.07％的Cu、0.03％的Ni、0.1％的Cr、0.01％的Mo、0.053％的V、0.028％的Al、0.003％的Ti、0.001％的Nb，经过冶炼、炉外精炼、真空脱气制成实心结构的圆管坯。

将圆管坯依次进行加热、穿孔、轧制、定径、无损检测和锯切，得到毛管坯，并将毛管坯放入淬火炉加热区，于900℃下保温15分钟，然后进入淬火机淬火水冷，淬火水冷后于510℃回火60分钟，冷却后矫直切头，得到尺寸为273X17.5的冷拔母管。经测试，该冷拔母管的屈服强度为674MPa，零下40℃的低温冲击功为212J。

将冷拔母管依次进行酸洗处理、冲洗、磷化处理、冲洗、皂化处理、风干，其中，磷化处理的时间为40分钟。然后将经过前处理的冷拔母管冷拔到250X15的尺寸，冷拔变形率为14.29％，冷拔后进行退火处理，退火处理的温度为460℃，时间为1小时，得到无缝钢管。

实施例4：

以质量百分数计，将0.16％的C、0.38％的Si、1.32％的Mn、0.008％的P、0.004％的S、0.05％的Cu、0.07％的Ni、0.1％的Cr、0.02％的Mo、0.056％的V、0.033％的Al、0.003％的Ti、0.001％的Nb，经过冶炼、炉外精炼、真空脱气制成实心结构的圆管坯。

将圆管坯依次进行加热、穿孔、轧制、定径、无损检测和锯切，得到毛管坯，并将毛管坯放入淬火炉加热区，于900℃下保温10分钟，然后进入淬火机淬火水冷，淬火水冷后于510℃回火50分钟，冷却后矫直切头，得到尺寸为194X10的冷拔母管。经测试，该冷拔母管的屈服强度为693MPa，零下40℃的低温冲击功为217J。

将冷拔母管依次进行酸洗处理、冲洗、磷化处理、冲洗、皂化处理、风干，其中，磷化处理的时间为40分钟。然后将经过前处理的冷拔母管冷拔到185X8.5的尺寸，冷拔变形率为15％，冷拔后进行退火处理，退火处理的温度为460℃，时间为1小时，得到无缝钢管。

对比例1：

对比例1与实施例1的区别在于，对比例1的圆管坯为25Mn碳素钢，该对比例在大于10％的变形率的冷拔的过程中冷拔母管会开裂。

对比例2：

对比例2与实施例1的区别在于，对比例2的圆管坯为Q345/C/D/E碳素钢，该对比例在大于10％的变形率的冷拔的过程中冷拔母管会开裂。

对比例3：

对比例3与实施例1的区别在于，以质量百分数计，圆管坯的原料包括0.16％的C、0.35％的Si、1.43％的Mn、0.009％的P、0.01％的S、0.067％的V、0.025％的Al、0.017％的Cr、0.001％的Ni、0.001％的Mo、0.004％的Ti、0.039％的Cu，余量为Fe，该对比例在大于10％的变形率的冷拔的过程中冷拔母管会开裂。

参照ASTMA370标准，将实施例1-4的无缝钢管进行性能测试，结果表1所示。

表1

由表1可知，本发明制备方法获得的无缝钢管具有优异的强度和耐低温冲击性能，同时，碳当量低，可焊接性能好，非常适用于作为油缸的材料。

将实施例1至实施例4的无缝钢管制成油缸，如汽车吊的变幅油缸与伸缩油缸，在零下20℃以下的工况下使用时，断裂率为0，因此，由本发明无缝钢管制成的油缸的环境适应能力优异，使用寿命长，安全可靠。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种无缝钢管的制备方法，其特征在于，包括：

以质量百分数计，将0.15％-0.18％的C、0.3％-0.4％的Si、1.3％-1.4％的Mn、0.1％-0.15％的Cr、0.02％-0.20％的Ni、0.02％-0.10％的Al、0.02％-0.10％的R、小于或等于0.015％的P、小于或等于0.008％的S、小于或等于0.10％的Mo、小于或等于0.20％的Cu、小于或等于0.20％的Ti、余量为Fe组成的原料制成圆管坯，其中，所述R为V和/或Nb；

将所述圆管坯制成毛管坯；

将所述毛管坯于860℃-970℃下保温10分钟-30分钟，然后进行淬火，然后于400℃-600℃回火50分钟-70分钟，得到冷拔母管，所述冷拔母管的屈服强度大于或等于610MPa，零下40℃的低温冲击功大于或等于180J；

将所述冷拔母管进行前处理，然后进行一道次冷拔和一道次退火，得到无缝钢管，其中，在所述冷拔的过程中所述冷拔母管的变形率大于或等于10％。

2.根据权利要求1所述的无缝钢管的制备方法，其特征在于，所述R为V，所述V的质量百分数为0.04％-0.10％。

3.根据权利要求1所述的无缝钢管的制备方法，其特征在于，所述R为Nb，所述Nb的质量百分数为0.02％-0.06％。

4.根据权利要求1所述的无缝钢管的制备方法，其特征在于，所述前处理包括酸洗处理、磷化处理以及皂化处理。

5.根据权利要求4所述的无缝钢管的制备方法，其特征在于，所述磷化处理的时间为45分钟-55分钟。

6.根据权利要求1所述的无缝钢管的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为400℃-550℃，时间为30分钟-60分钟。

7.一种无缝钢管，其特征在于，所述无缝钢管由如权利要求1-6任一项所述的制备方法得到。

8.一种油缸，其特征在于，所述油缸的材料为如权利要求7所述的无缝钢管。