CN115838904A - 850MPa级高强度高韧性无缝钢管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
850MPa级高强度高韧性无缝钢管的制造方法。钢的化学组成重量百分比为C=0.18%～0.23%、Si=0.20%～0.35%、Mn=1.55%～1.75%、Ni≤0.25%、Cr=0.10%～0.30%、Mo≤0.05%、Nb=0.02%～0.035%、V≤0.03%、Ti=0.01%～0.035%、Al=0.010%～0.05%、B=0.001%～0.003%、P≤0.015%、S≤0.005%、N≤0.010%、CEV≤0.55%，其余为Fe和不可避免的杂质。工艺步骤包括：将原料依次经过电炉冶炼、炉外精炼、VD炉或RH炉真空脱气及连铸处理得到坯料；其中连铸过程进行电磁搅拌；对坯料进行轧制，得到热轧钢管，轧制过程在轧管机组进行轧制；对热轧钢管进行热处理。制得的无缝钢管的强度、韧性和可焊接性能均能满足大型、超大型旋挖钻机对850钢级以上旋挖钻杆管的使用要求。
Description
技术领域
本发明冶金技术领域，涉及一种850MPa级高强度高韧性无缝钢管的制造方法。
背景技术
随着钢铁产品在复杂和严酷环境下服役情况逐渐增多，产品由低中端向中高端过渡，对无缝钢管材料的性能提出了更高的要求，既要求具有一定的强韧性，又要求优异的可焊接性能及抗疲劳性能，以提高钢铁制品的使用寿命。例如，在工程机械用无缝钢管领域，旋挖钻机用里层钻杆要求高钢级钢管屈服强度超过850MPa，-20℃低温冲击韧性大于34J，且要求工作寿命超过2000小时。
旋挖钻杆管在工作状态下承受反复的扭矩和强大的瞬时冲击载荷，钢管的焊接处和管体容易因为强韧性不足而造成产品的早期失效。旋挖钻杆管的传统材料一般选用30CrMo、35CrMo，尽管其强韧性能够满足要求，但其焊接性能差、淬火过程容易弯曲、不容易矫直，难以满足高端旋挖钻杆用管对优异焊接性和较高直线度的要求。
一般而言，要使钢管材料获得一定的强韧性匹配和在恶劣低温环境中较高的低温冲击韧性的要求，需要优化的元素配比和合适的生产工艺配合，尤其是强韧性更高的850钢级等高端旋挖钻杆用管，对合金元素的含量要求更高。因此，开发出低成分的无缝钢管材料，通过元素之间的协同配合作用，以及合适的生产工艺，生产出强韧性要求更高的无缝钢管产品，不仅能够大大地降低生产成本，提高竞争力，而且能够为钢铁工业向资源节约型和环境友好型方向发展提供更大的贡献。
发明内容
本发明旨在提供一种无缝钢管的制造方法，制得的无缝钢管的强度、韧性和可焊接性能均能满足大型、超大型旋挖钻机对850钢级以上旋挖钻杆管的使用要求。
本发明的技术方案：
850MPa级高强度高韧性无缝钢管的制造方法，钢的化学组成重量百分比为C=0.18%～0.23%、Si=0.20%～0.35%、Mn=1.55%～1.75%、Ni≤0.25%、Cr=0.10%～0.30%、Mo≤0.05%、Nb=0.02%～0.035%、V≤0.03%、Ti=0.01%～0.035%、Al=0.010%～0.05%、B=0.001%～0.003%、P≤0.015%、S≤0.005%、N≤0.010%、CEV≤0.55%，其余为Fe和不可避免的杂质；工艺步骤包括：
步骤1：按设定的钢的化学组份进行配料、冶炼、铸造成坯料：炉外精炼采用全程吹氩精炼工艺，并分批均匀加入碳化钙、铝粒和碳粉进行脱氧，真空脱气工艺：极限真空条件下保持时间≥20min；连铸拉坯速度控制在0.8~1.0m/min，过热度控制在35~44℃；电磁搅拌步骤的电流设定参数为300～420A，频率为1.5～3.0HZ；
步骤2：将得到的坯料轧制成无缝钢管：坯料加热，在环形炉中加热到1240~1270℃得到热坯；对热坯进行大扩径穿孔，得到毛管；利用轧管机组将毛管轧制成荒管；将荒管定径得到热轧无缝钢管；
步骤3：对无缝钢管进行调质热处理；在830~850℃下对无缝钢管进行淬火前的加热保温，保温50~80min后用循环水对钢管内外表喷水冷却；在亚温状态下进行淬火获得均匀的淬火组织；在473~493℃下对冷却后的钢管进行回火，保温80~120min后空气冷却得到高强度高韧性无缝钢管；
步骤4：对所得无缝钢管进行带温矫直：热矫直温度400~450℃。
步骤2中：所述步骤2中：坯料加热分预热、加热和均热三个过程，总加热时间≥190min；预热段温度随炉温；加热段分为五段，加热一段温度1024±10℃，加热二段1138±10℃，加热三段1248±10℃，加热四段1267±10℃，加热5段1263±10℃；均热段温度1250±10℃。
本发明的有益效果：科学的化学组成设计充分利用各元素之间的最优化配合作用，使得到的无缝钢管的强度、韧性和可焊接性能均能满足大型、超大型旋挖钻机对850钢级以上旋挖钻杆管的使用要求；通过纯净钢技术以及优化的电磁搅拌工艺，控制杂质元素和气体的含量以及夹杂物级别和分布，通过优化的电磁搅拌工艺，减少铸坯等轴晶的比例，降低成分偏析，避免因成分偏析造成的钢管材料韧性的降低；轧管采用大扩径穿机穿孔和轧管机组轧制，在保证坯料质量和大轧制比的前提下，可以实现大批量经济生产质量稳定的无缝钢管；热处理过程中，通过亚温淬火+低温回火工艺，配合一定含量的元素之间的协同作用，可以保证钢管材料在低成分下仍具有稳定的强韧性配比和优异的低温冲击韧性。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1~实施例4：850MPa级高强度高韧性无缝钢管的制造方法
无缝钢管的化学成分质量百分比见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。工艺步骤包括：
步骤 1 ：根据本发明设计的化学组分范围配料，并将原料经电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气以及弧形连铸得到坯料；
步骤2：通过锥形扩径穿孔+连轧机组轧管得到规格为Ф245×25mm的热轧态无缝钢管；
步骤3：将热轧态的无缝钢管加热至830±10℃，并保温60min，随后出炉采用内外表喷水系统水淬冷却至室温；然后在483±10℃下回火保温90min后空冷；
步骤4：回火后对钢管进行热矫直，并空冷至室温，得到实施例需要的无缝钢管。
对比例1、对比例2：
对比例1、对比例2为传统的850级别Cr-Mo钢管，化学组成见表1 ，工艺与实施例1~实施例4相同。
表2为本发明实施例1~4生产的钢与传统的850级别Cr-Mo无缝钢管的力学性能对比。
表1 钢的化学组成重量百分比（%）
表2 不同化学组成钢管的力学性能检测结果
实施例5、实施例6：
实施例5、实施例6的热处理工艺：淬火温度830±10℃，保温60min；回火温度483±10℃，保温时间90min。
对比例3~对比例5：
对比例3热处理工艺：淬火温度780±10℃，保温60min；回火温度483±10℃，保温90min。
对比例4热处理工艺：淬火温度870±10℃，保温60min；回火温度483±10℃，保温90min。
对比例5热处理工艺：淬火温度910±10℃，保温60min；回火温度483±10℃，保温90min。
对比例3~对比例5的化学组成与实施例5、实施例6的化学组成相同，但是工艺不同。将用本实施例5、实施例6的材料成分配比及工艺生产的钢管与对比例3~对比例5采用不同淬火温度下的热处理工艺生产的钢管的性能进行对比，性能参数见表3。
表3 不同工艺生产的钢管的性能对比
由表1、表2和表3可以看出，普通的Cr-Mo无缝钢管的强度可以通过增加C的含量和降低回火温度达到850钢级，但冲击韧性性能不好；而根据本发明在普通Cr-Mo钢的基础上通过合理的成分配比、控制杂质元素的含量以及控制夹杂物的形态和含量，并进行合适的亚温淬火+低温回火热处理，可以采用低成本钢管牌号生产出最小屈服强度850MPai以上并具有优异的低温冲击韧性的无缝钢管，并可以生产出屈服强度在80~140ksi之间并具有优异低温冲击韧性的无缝钢管产品。通过合金元素的优化配比、优化的炼钢和热轧工艺，能够经济、批量地生产高强度高韧性无缝钢管。所生产的高强度高韧性无缝钢管可广泛应用于各种恶劣、严酷的服役环境，具有十分广阔的应用前景。
Claims (2)
1.850MPa级高强度高韧性无缝钢管的制造方法，其特征在于：钢的化学组成重量百分比为C=0.18%～0.23%、Si=0.20%～0.35%、Mn=1.55%～1.75%、Ni≤0.25%、Cr=0.10%～0.30%、Mo≤0.05%、Nb=0.02%～0.035%、V≤0.03%、Ti=0.01%～0.035%、Al=0.010%～0.05%、B=0.001%～0.003%、P≤0.015%、S≤0.005%、N≤0.010%、CEV≤0.55%，其余为Fe和不可避免的杂质；工艺步骤包括：
步骤1：按设定的钢的化学组份进行配料、冶炼、铸造成坯料：炉外精炼采用全程吹氩精炼工艺，并分批均匀加入碳化钙、铝粒和碳粉进行脱氧；真空脱气，在极限真空条件下保持时间≥20min；连铸拉坯速度控制在0.8~1.0m/min，过热度控制在35~44℃；电磁搅拌电流为300～420A，频率为1.5～3.0HZ；
步骤2：将得到的坯料轧制成无缝钢管：坯料加热，在环形炉中加热到1240~1270℃得到热坯；对热坯进行大扩径穿孔，得到毛管；利用轧管机组将毛管轧制成荒管；将荒管定径得到热轧无缝钢管；
步骤3：对无缝钢管进行调质热处理；在830~850℃下对无缝钢管进行淬火前的加热保温，保温50~80min后用循环水对钢管内外表喷水冷却；在亚温状态下进行淬火获得均匀的淬火组织；在473~493℃下对冷却后的钢管进行回火，保温80~120min后空气冷却得到高强度高韧性无缝钢管；
步骤4：对无缝钢管进行带温矫直：热矫直温度400~450℃。
2.根据权利要求1所述的850MPa级高强度高韧性无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述步骤2中：坯料加热分预热、加热和均热三个过程，总加热时间≥190min；预热段温度随炉温；加热段分为五段，加热一段温度1024±10℃，加热二段1138±10℃，加热三段1248±10℃，加热四段1267±10℃，加热5段1263±10℃；均热段温度1250±10℃。
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