CN114370536A - 一种冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管及其制造方法，该冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的最终成品是通过冷轧加工方法所得，室温力学性能中，抗拉强度为980至1120Mpa，屈服强度≥825Mpa，伸长率≥20%，所述冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的公称外径小于Φ12mm且公称壁厚小于等于0.5mm时，冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的伸长率≥18%。
Description
技术领域
本发明涉及奥氏体不锈钢管技术领域，具体涉及一种冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管及其制造方法。
背景技术
在现在的航空发动机上的导管还是大多使用的70-80年代的1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9材料，但是随着科学技术的发展有很多新材料的诞生，1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9的耐腐蚀性和强度不算很优秀了，因此在某些场合已经属于一种接近淘汰的不锈钢种类了，为了加快国内材料研究，赶超国外先进装备并提高自身装备性能，需要研究新的高强度不锈钢管，以适应航空工业的需求。
03Cr21Ni6Mn9N不锈钢无缝钢管属于以Mn、N代替部分Ni来稳定奥氏体的一种奥氏体不锈钢。氮具有强化作用，使钢具有较高的韧性，极低的磁导率和更加稳定的奥氏体组织、适用与作超低温无磁钢(即材料的磁导率很小)，在650℃以下此钢管具有较好的抗氧化性能；在此基础上，如何获得一种力学性能优异、生产周期短的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种力学性能优异、生产周期短的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管及其制造方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管，其牌号为03Cr21Ni6Mn9N，其包括的各成分及其重量百分比为：C：0.015～0.025％；Si:≤0.20％；Mn:≤8.50～9.50％；P:≤0.010％；S:≤0.010％；Ni:6.00～7.50％；Cr:19.50～21.00％；N:0.25～0.40％；Mo:≤0.1％；Cu:≤0.1％，余量为Fe和不可避免的杂质，该冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的最终成品是通过冷轧加工方法所得。
进一步，所述冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的室温力学性能中，抗拉强度为980至1120Mpa，屈服强度≥825Mpa，伸长率≥20％，所述冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的公称外径小于Φ12mm且公称壁厚小于等于0.5mm时，冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的伸长率≥18％。
进一步，所述冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的成品晶粒度等级为6-8级，同批级差不超过0.5级。
进一步，所述冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的内表面粗糙度Ra≤0.4μm，冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的外表面粗糙度Ra≤0.2μm。
一种冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的制造方法，包括如下步骤：
A、荒管制备：经配料、非真空感应熔炼、浇注、电渣重溶冷却后得到钢锭，然后进行锻钢、精整、热挤压获得荒管；
B、荒管冷轧：对步骤A获得的荒管表面进行检验，对荒管的表面擦伤、局部麻坑缺陷进行修磨，无法修磨的缺陷进行切除；修磨处理完毕后，在热水缸中进行清洗，并用压缩空气将内外表面吹扫干净；采用两辊冷轧开坯，多辊冷轧多道次精轧制成品前所需规格，每次冷轧后需进行检验、脱脂清洗、固溶热处理、矫直、修磨工序，保证管材的内外表面合格；
C、成品冷轧：采用多辊冷轧对步骤B获得的荒管进行成品轧制，获得所需规格的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管，轧制后不进行成品热处理，随后进行去油清洗、超声波探伤、切管表检、性能测试及包装入库，以使冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管处于冷作硬化状态。
进一步，所述步骤A中，锻钢时的始锻温度1020℃、终锻温度不低于850℃，冷却方式为空冷。
进一步，所述步骤A中，挤压加热温度为1120-1160℃。
进一步，所述步骤C中，成品轧制的变形量控制在15％-24％，以获得良好的综合性能。
进一步，所述步骤C中，去油清洗采用超声波清洗工艺清洗管材，具体包括先在温度为60-70℃的超声波去油槽中进行清洗，且清洗时间不少于90分钟，然后在温度为60-70℃的超声波热水槽中清洗2-15分钟，最后在室温的清水槽中清洗2-15分钟。
进一步，所述步骤C中，去油清洗后对管材进行清理，先用压缩空气将内外表面水份吹干，然后用浸乙醇的布条擦拭外表面，用浸乙醇的布条吹打内壁三次，以确保管材内外表面不得有油污、垃圾及其它附着物。浸乙醇的布条不变色，则清理合格。
发明的技术效果：1、本发明通过设备准备、原材料修磨、冷轧各工序的严格控制，生产周期短，良品率高(≥95％)；2、本发明通过最后一道冷轧变形，得到力学性能优异；3、本发明为无缝不锈钢管，内外表面无裂纹、折叠、轧伤、压坑；4、本发明较现有技术在成本和质量方面都有显著提高。
具体实施方式
实施例1本实施例为一种冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管，其坯料由配料→非真空感应熔炼→浇注→电渣重溶，冷却后得到钢锭，然后进行锻钢、精整、热挤压成荒管；其中锻钢工序中始锻温度1020℃、终锻温度不低于850℃，随后进行空冷；
各道次锻造配比如下：
第一火：Ф375mm钢锭镦粗至直径约450mm，再拔长至约400mm方后回炉；
第二火：400mm方拔长至约280mm方，回炉；
第三火：280mm方拔长至220mm方，甩圆，锻棒直径Ф225mm(-0，+8mm)；
然后车光成品直径Φ213mm，其外径公差要求：车光棒材控制+1/-0mm，长度控制在550～650mm；
热挤压工序的成品规格：Φ89×7.5mm；外径公差：-1.0mm/+1.5mm，壁厚公差±12.5％S；挤压加热温度控制在1120-1160℃。
成品轧制共轧制了20*1.5mm、6*0.5mm、8*0.6mm3个规格，其中的8*0.6mm规格，采用直读光谱分析仪检测化学成分，其实测化学成分见表1。
表1实测化学成分
| 元素成分 | C | Cr | Ni | S | P |
| 要求值％ | 0.015-0.025 | 19.50-21.00 | 6.00-7.50 | ≤0.010 | ≤0.010 |
| 头部实测％ | 0.017 | 20.27 | 7.08 | 0.0037 | 0.0072 |
| 尾部实测％ | 0.024 | 20.08 | 7.03 | 0.0026 | 0.0074 |
| 元素成分 | Mo | Si | Mn | N | Cu |
| 要求值％ | ≤0.10 | ≤0.20 | 8.50-9.50 | 0.25-0.40 | ≤0.10 |
| 头部实测％ | 0.01 | 0.10 | 8.73 | 0.356 | 0.01 |
| 尾部实测％ | 0.01 | 0.15 | 8.54 | 0.334 | 0.01 |
8*0.6mm规格的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管，取了3个试样进行室温力学性能测试和晶粒度等级检测，获得的结果参见表2和表3。
表2室温力学性能
表3晶粒度
该冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的部分工序流程包括：荒管修磨→清洗→检验→轧制→切管→镗孔→去油→检验→热处理→矫直→磨抛→清洗→冷轧循环生产至成品→超声波无损探伤→切管→去油→矫直→取样(理化检测)→精整→表面检验→复检→包装入库。
其中的冷轧道次为：φ89×7.5mm(荒管)→φ57×4.5mm→φ38×2.5mm→φ25×1.5mm→φ12×1.05mm→10×0.85mm→8.6×0.74mm→8×0.6mm，其中最后道次的断面收缩率为23.66％，延伸率为1.31％。
其中的荒管修磨包括：荒管矫直外磨后先对荒管表面擦伤，以及局部麻坑等缺陷，用手提砂轮进行点磨，再用单头抛光机和内磨机对来料荒管内外表面进行整体内磨外抛。缺陷能够处理的用砂轮处理干净，无法处理干净的要切除。
其中的磨抛即中间品修磨：中间品(中间生产道次的产品)在矫直、切管后进行内外表面检查，对发现的类似划伤、局部凹坑等缺陷进行点磨、内磨以及外抛处理；
具体的，点磨：用抛光轮对外表面划伤、局部凹坑进行点磨处理。
内磨：采用内磨机逐支进行内磨。
外抛：逐支在带式抛光机上进行外抛；抛光后表面粗糙度Ra≤0.8μm。
内喷砂：对于内径小于Φ20mm的小口径在制品，采用内喷砂清理内壁附作物、以及浅表层痕迹等缺陷。
修磨处理完毕后，在热水缸中进行清洗，并用压缩空气将内外表面吹扫干净。
轧制时，荒管开坯选用两辊冷轧机，中间道次及成品道次选用多辊冷轧机，根据所轧规格选取轧辊、顶头和芯棒等工模具。
轧制表面质量控制：轧制前将整个沿线工装全部清理，上下料轻拿轻放，避免划伤管材表面，通过精心调整杜绝轧折、轧毛、竹节印等轧制缺陷；内外表面粗糙度Ra≤0.4/0.2μm。
对于成品轧制，每框轧制的第一支、换班或换顶头后轧制的第一支钢管必须切样(在轧出钢管的尾端切50-100mm，作为检查样管)测量尺寸公差以及检查内外表面质量，在每支检查样管端口沿圆周分别测四个点的外径和壁厚；另每轧3～5支钢管检查尺寸公差和内壁质量。
去油清洗工艺流程包括：超声波去油槽去油→清水槽清洗→热水槽清洗→清理(人工擦洗)、检查。需要先将管材在温度为60-70℃的超声波去油槽中进行清洗，且清洗时间不少于90分钟，然后在温度为60-70℃的超声波热水槽中清洗2-15分钟，最后在室温的清水槽中清洗2-15分钟。
在清洗槽内处理后要进行清理，先用压缩空气将内外表面水份吹干，然后用浸乙醇的布条擦拭外表面，用浸乙醇的布条吹打内壁三次。去油清理后，管材内外表面不得有油污、垃圾及其它附着物。去油质量检查采用布条擦拭外表面，以及用布条吹打内壁，均不得变色。如不合格，需再次进行清理，直至合格。
对于中间热处理，采用先进的辊底式氢气保护光亮热处理炉，确保管材内外表面光亮无氧化。热处理工艺参数见表4。
表4：热处理工艺参数
在精整工序中，具体包括镗孔：荒管冷轧到指定规格后在镗床上进行内壁镗孔，根据工艺要求镗掉内部缺陷部分。
矫直：1)机矫前，均测量来料外径公差。
2)矫直中心线调整正确，矫直辊的倾角和压下量要调整到与管材表面完全吻合，其接触长度大于辊身长的三分之二；在矫直过程中，随时检查质量情况以及外径公差，没有产生压伤、矫直印等缺陷。
3)对于成品，矫后的管材必须轻拿轻放，避免了擦伤、碰伤。
切管：在切管过程中，不允许拖、拽管材，避免管材表面划伤、擦伤；切管后，管材的两端平直、无毛刺。切后的管材端口需清理油污以及其它脏东西。
表面抛光：采用带式抛光机对管材外表面进行整体抛光，抛光通过高速旋转的砂带接触管材而实现，砂带粒度分别选用240#、400#、800#、1200#等，抛光深度在0.01～0.03mm，抛光后表面粗糙度Ra≤0.4μm。
对于检验工序，包括尺寸测量、平直度检验、表面检验、超声波探伤检测、成分检验、室温力学性能检验、晶粒度检验。
具体的，尺寸测量：用壁厚千分尺针对每支管材两端壁厚实施垂直对称四点检测。用外径千分尺对每支管材两端和中间任意两截面实施对称三点检测；当对管材中部的外径偏差有疑问时应对其增加尺寸检验。尺寸检验记录中填写该批管材实际测得的最大、最小值。管材的外形和尺寸检查采用的工具为：0-25mm外径千分尺，25-50mm外径千分尺，0-25mm壁厚千分尺等。
平直度检验：用塞尺测量管材的平直度，将被测量管材放在大理石检验平台上，滚动后选取间隙最大的方向，并用1.0mm的塞尺片塞，无法塞进则平直度视为合格，如不合格允许重新矫直至到合格。
表面检验：管材内、外表面应光滑，不允许有裂纹、折叠、轧折、结疤、离层、氧化皮、发纹和其它缺陷。内表面将逐支用36V低压行灯或对着充足光线进行内表面光照检验。检验内壁是否有凹坑、翘皮、竹节印等缺陷，用布条吹打内部，检验内壁清洁度。外表面在充足的光线下进行外表面全周滚动检验，检验表面是否有裂纹、擦伤、划伤等缺陷，用干净擦布擦拭管材外表面，检验外表面清洁度。在检查内外表面时，采用手提粗糙度检测仪器，对成品内外表面进行粗糙度检测。
超声波探伤检测：按GB/T5777的规定对管材进行超声波检测，探伤级别为C3级点聚焦,人工伤为“U形”纵向，深度为0.05mm。
成分检验：使用直读式光谱仪和手持式光谱仪对化学成分进行检验，满足本发明设计需求。
力学性能检验：成品钢管的室温拉伸试验采用纵向短标准试样，在万能电子试验机上进行试验，应满足本发明设计要求。
晶粒度检验：任意取两根钢管上各取一支试管，经磨制腐蚀后的试样在金相显微镜下，在放大100倍视场用比较法进行评级，管材的晶粒度应大于或等于6级。
该实施例的最后变形量为23.66％，为该规格的最优变形量，作为对比，生产了其他变形量的样管，做了对比试验，数据见表5。
表5：对比试验
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管，其特征在于，其牌号为03Cr21Ni6Mn9N，其包括的各成分及其重量百分比为：C：0.015~0.025%；Si:≤0.20%；Mn:≤8.50~9.50%；P:≤0.010%；S:≤0.010%；Ni:6.00~7.50%；Cr:19.50~21.00%；N:0.25~0.40%；Mo:≤0.1%；Cu:≤0.1%，余量为Fe和不可避免的杂质，该冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的最终成品是通过冷轧加工方法所得。
2.根据权利要求1所述的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管，其特征在于，所述冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的室温力学性能中，抗拉强度为980至1120Mpa，屈服强度≥825Mpa，伸长率≥20%，所述冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的公称外径小于Φ12mm且公称壁厚小于等于0.5mm时，冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的伸长率≥18%。
3.根据权利要求2所述的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管，其特征在于，所述冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的成品晶粒度等级为6-8级，同批级差不超过0.5级。
4.根据权利要求3所述的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管，其特征在于，所述冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的内表面粗糙度Ra≤0.4μm，冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的外表面粗糙度Ra≤0.2μm。
5.根据权利要求4所述的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的制造方法，其特征在于，
包括如下步骤：
A、荒管制备：经配料、非真空感应熔炼、浇注、电渣重溶冷却后得到钢锭，然后进行锻钢、精整、热挤压获得荒管；
B、荒管冷轧：对步骤A获得的荒管表面进行检验，对荒管的表面擦伤、局部麻坑缺陷进行修磨，无法修磨的缺陷进行切除；修磨处理完毕后，在热水缸中进行清洗，并用压缩空气将内外表面吹扫干净；采用两辊冷轧开坯，多辊冷轧多道次精轧制成品前所需规格，每次冷轧后需进行检验、脱脂清洗、固溶热处理、矫直、修磨工序，保证管材的内外表面合格；
C、成品冷轧：采用多辊冷轧对步骤B获得的荒管进行成品轧制，获得所需规格的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管，轧制后不进行成品热处理，随后进行去油清洗、超声波探伤、切管表检、性能测试及包装入库，以使冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管处于冷作硬化状态。
6.根据权利要求5所述的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤A中，锻钢时的始锻温度1020℃、终锻温度不低于850℃，冷却方式为空冷。
7.根据权利要求6所述的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤A中，挤压加热温度为1120-1160℃。
8.根据权利要求7所述的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤C中，成品轧制的变形量控制在15%-24%。
9.根据权利要求8所述的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤C中，去油清洗采用超声波清洗工艺清洗管材，具体包括先在温度为60-70℃的超声波去油槽中进行清洗，且清洗时间不少于90分钟，然后在温度为60-70℃的超声波热水槽中清洗2-15分钟，最后在室温的清水槽中清洗2-15分钟。
10.根据权利要求9所述的冷硬耐压无扩口连接不锈钢无缝钢管的制造方法，其特征在于，所述步骤C中，去油清洗后对管材进行清理，先用压缩空气将内外表面水份吹干，然后用浸乙醇的布条擦拭外表面，用浸乙醇的布条吹打内壁三次，以确保管材内外表面合格。
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