CN115852260B - 一种无缝钢管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无缝钢管及其制备方法。形成该无缝钢管的原料按照重量百分比计算包括：C:0.14‑0.18％，Si:0.30‑0.50％，Mn:1.45‑1.65％，Cr:0.15‑0.24％，Mo:0.01‑0.06％，Al:0.02‑0.05％，P≤0.020％，S≤0.003％，CE≤0.44％，余量为Fe及不可避免的杂质；其中，C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比符合以下条件：9≤Mn/C+Cr+Mo+Al≤12；制备该无缝钢管的方法包括，对上述原料进行配料、冶炼、铸造形成坯料，并对坯料进行打孔处理；将上述坯料在1280±10℃下均匀加热并进行周期轧管轧制形成无缝钢管；对轧后无缝钢管不重新进炉加热，而直接进行冷却、回火及喷雾冷却。本发明提供的无缝钢管具有优异屈服强度和低温韧性的良好优势。
Description
技术领域
本发明属于冶金材料的生产领域，具体涉及一种无缝钢管及其制备方法。
背景技术
无缝钢管已被广泛用于制造结构件和机械零件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架、液压油缸等，另外，利用无缝钢管制造环形零件，可提高材料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时，因此，无缝钢管已被广泛应用于人类的生产制造中。
目前对于性能优异的大口径壁厚无缝钢管具有迫切需求，例如，在制备超大型液压油缸的过程中需要大量具有优异屈服强度和低温韧性的无缝钢管。但现有用于制备性能优异的大口径壁厚无缝钢管的方法一般有两种：第一种方法，是通过采用添加V、Nb、Ti等合金元素和N等气体元素，形成细小碳化物，利用弥散强化、细晶强化以及固溶强化的原理来提高性能。这个方法对性能的提高是非常有效的，但是这些合金元素的加入不仅会对坯料的冶炼、成份偏析控制、热轧控制等多方面带来不利影响，而且也会大幅度降低材料的焊接性能，并且会大幅提高生产成本；第二种方法采用低温大变形轧制无缝钢管，但这种方法轧机负荷较大，容易造成机载设备的损伤，减少了轧辊及轧机使用寿命，且因轧制设备和变形工艺等限制几乎无法实现无缝钢管的批量生产。
如中国专利CN101280390A，主要是通过加入Nb、V、Ti等微合金元素细化晶粒，提高强韧性。用这种方法生产的高强度结构钢性能优异，但成本较高，且Nb、V、Ti等微合金元素的加入提高了材料的碳当量值(CE)，一定程度上降低了材料的焊接性能。
中国专利CN101153367A介绍了一种超细晶粒钢，不用添加微合金化元素，而是通过控轧控冷技术，低温大变形轧制，利用形变诱导铁素体相变理论细化铁素体晶粒，提高C-Mn钢的强度。但这种方法轧机负荷较大，损伤机载设备，减少了轧辊及轧机使用寿命。
可见，在无缝钢管制备领域中，亟待解决如何高效、低成本地制造大口径壁厚无缝钢管的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的之一在于提供一种无缝钢管，适用于解决现有技术中存在的大口径壁厚无缝钢管性能不均匀且制备成本较高的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种无缝钢管，形成该无缝钢管的原料按照重量百分比计算，包括：C:0.14-0.18％，Si:0.30-0.50％，Mn:1.45-1.65％，Cr:0.15-0.24％，Mo:0.01-0.06％，Al:0.02-0.05％，P≤0.020％，S≤0.003％，CE≤0.44％；余量为Fe及不可避免的杂质；其中，C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比符合以下条件：9≤Mn/C+Cr+Mo+Al≤12；制备该无缝钢管的方法，包括，步骤S1，对上述原料进行配料、冶炼、铸造形成坯料，并对坯料进行打孔处理；步骤S2，将经过步骤S1处理的坯料，在1280±10℃下均匀加热；步骤S3，将经过步骤S2处理的坯料，进行周期轧管轧制形成无缝钢管，并将该无缝钢管的温度控制在830℃以上；步骤S4，对该无缝钢管的内表面及外表面进行冷却处理；步骤S5，对经过步骤S4处理的无缝钢管进行回火处理；步骤S6，对经过步骤S5处理的无缝钢管进行喷雾冷却。
进一步地，上述C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比符合以下条件：10≤Mn/C+Cr+Mo+Al≤12，优选地，原料中C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比符合以下条件：Mn/C+Cr+Mo+Al＝11.495。
进一步地，本发明提供的无缝钢管的壁厚大于80mm。
进一步地，步骤S1中对坯料进行打孔处理包括在坯料中打出的通孔。
进一步地，步骤S4还包括将步骤S3得到的无缝钢管通过快速传送链条，将温度≥830℃的无缝钢管传输至淬火装置进行冷却的步骤。
进一步地，步骤S4中采用旋转-内喷-外淋的方式，对无缝钢管的内表面及外表面进行冷却处理，其中，冷却介质为水，水的外淋流量为2300-2500m3/h，内喷流量为1300-1400m3/h。
进一步地，步骤S6中的喷雾冷却处理是利用高压喷气装置对无缝钢管的内、外表面进行冷却。
根据本发明的另一方面，提供了一种无缝钢管的制备方法，该方法包括，
步骤S1，对钢管原料进行配料、冶炼、铸造形成坯料，并对该坯料打孔处理；
步骤S2，将经过步骤S1处理的坯料，在1280±10℃下均匀加热；
步骤S3，将经过步骤S2处理的坯料，进行周期轧管轧制形成无缝钢管，并将该无缝钢管的温度控制在830℃以上；
步骤S4，对该无缝钢管的内表面及外表面进行冷却处理；
步骤S5，对经过步骤S4处理的无缝钢管进行回火处理；
步骤S6，对经过步骤S5处理的无缝钢管进行喷雾冷却。
进一步地，在本发明提供的无缝钢管制备方法中，在步骤S2中坯料至少在1280±10℃下保持40分钟以上。
进一步地，在本发明提供的无缝钢管制备方法中，步骤S1中对坯料进行打孔处理包括在坯料中打出的通孔。
进一步地，在本发明提供的无缝钢管制备方法中，步骤S4还包括将步骤S3得到的无缝钢管通过快速传送链条，将温度≥830℃的无缝钢管传输至淬火装置进行冷却的步骤。
进一步地，在本发明提供的无缝钢管制备方法中，步骤S4中采用旋转-内喷-外淋的方式，对无缝钢管的内表面及外表面进行冷却处理，其中，冷却介质为水，水的外淋流量为2300-2500m3/h，内喷流量为1300-1400m3/h。
进一步地，在本发明提供的无缝钢管制备方法中，步骤S6中的喷雾冷却处理是利用高压喷气装置对无缝钢管的内、外表面进行冷却。
应用本发明提供的无缝钢管，通过对原料配比及制备工艺的巧妙设计，以C、Mn为基体并利用C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比：9≤Mn/C+Cr+Mo+Al≤12，即使对于壁厚较大的无缝钢管也同样可以实现了全壁厚性能均匀。通过本发明提供的制备方法避免了制备过程中的成本浪费，极大地节约了成本，并通过加热、回火及喷雾冷却等工艺控制实现了所得无缝钢管全壁厚低温韧性，无缝钢管内、中、外全截面均能满足屈服强度、抗拉强度、延伸率等性能要求。
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示出了本发明实施例1的无缝钢管外表面1/4处500X金相组织图；
图2示出了本发明实施例1的无缝钢管中间壁厚处500X金相组织图；以及
图3示出了本发明实施例1的无缝钢管内表面1/4处500X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。下面将结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所描述的，本发明的主要目的之一在于提供一种无缝钢管，适用于解决现有技术存在的大口径壁厚无缝钢管性能不均匀且制备成本较高的问题。
为了解决这一问题，本发明提供了一种无缝钢管，形成无缝钢管的原料按照重量百分比计算，包括：C:0.14-0.18％，Si:0.30-0.50％，Mn:1.45-1.65％，Cr:0.15-0.24％，Mo:0.01-0.06％，Al:0.02-0.05％，P≤0.020％，S≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；其中，C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比符合以下条件：9≤Mn/C+Cr+Mo+Al≤12，且CE≤0.44％，上述无缝钢管的制备方法，包括，
步骤S1，对原料进行配料、冶炼、铸造形成坯料，并对坯料进行打孔处理；
步骤S2，将经过步骤S1处理的坯料，在1280±10℃下均匀加热；
步骤S3，将经过步骤S2处理的坯料，进行周期轧管轧制形成无缝钢管，并将该无缝钢管的温度控制在830℃以上；
步骤S4，对该无缝钢管的内表面及外表面进行冷却处理；
步骤S5，对经过步骤S4处理的无缝钢管进行回火处理；
步骤S6，对经过步骤S5处理的无缝钢管进行喷雾冷却。
本发明的钢管原料中在不采用添加V、Ni、Ti和低温大变形轧制的情况下，以C、Mn为基体，通过控制原料中C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比：9≤Mn/C+Cr+Mo+Al≤12，且CE≤0.44％，实现了各元素的最优比例。在该特定元素比例下，通过具有独创性的制备方法，制备得到了具有优异屈服强度和低温韧性的无缝钢管。
其中，本发明提供的原料配比中，按照重量百分比计算，C的含量为0.14～0.18％。C为碳化物形成元素，能有效提高钢的强度和淬透性，钢的强度随碳含量的增加而提高，但冲击韧性和延伸率则明显下降，尤其对焊接性能不利。
本发明提供的原料配比中，按照重量百分比计算，Si的含量为0.30～0.50％。Si为钢中脱氧的有效元素，能抑制δ铁素体结晶，提高无缝钢管的韧性，但Si含量过高可能也会降低无缝钢管的其他性能。
本发明提供的原料配比中，按照重量百分比计算，Mn的含量为1.45～1.65％。Mn为奥氏体形成元素，即能提高无缝钢管的强度，又能提高钢管的淬透性和降低淬火温度，同时具有脱氧和脱硫功效，能削弱硫的不良影响。
本发明提供的原料配比中，按照重量百分比计算，Cr的含量为0.15～0.24％。Cr为碳化物形成元素，可以提高钢管的强度和淬透性。
本发明提供的原料配比中，按照重量百分比计算，Mo的含量为0.01～0.06％。Mo可以提高钢的淬透性，并通过在晶界上形成弥散分布的碳化物来提高钢的强度、细化晶粒和提高钢的回火稳定性，能够降低或抑制其他元素所导致的回火脆性，所以在提高钢的强度同时可显著提高钢的冲击韧性。
按照重量百分比计算，Al的含量为0.02～0.05％。Al是钢中良好的脱氧剂，能够与Si配合脱除原料中的氧，并能够生成高度细碎的、超显微的氧化物，能够有效阻止钢加热时晶粒的长大，能够细化晶粒。
除了将原料中每种元素控制在上述质量百分比范围之内，本发明还创造性地提出将C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比控制在如下比例关系中：9≤Mn/C+Cr+Mo+Al≤12；本发明的发明人在日常生产中，偶然发现符合上述比例关系制得的无缝钢管性能明显优于比例关系之外的无缝钢管。通过对比实施例和本发明实施例所制的无缝钢管性能比较，进一步验证了本发明所提供技术方案的创造性。
除了成分及比例的创造性选择和限定，本发明通过独创性的制备方法结合上述特定元素及特定比例，制备得到具有优异屈服强度和低温韧性的无缝钢管。该制备方法首先调高了坯料的加热温度，具体是适当提高坯料加热温度使其在1280±10℃下均匀加热。发明人发现，在该温度下可以使得坯料快速受热，在保证坯料均匀加热的同时能够一定程度上提高加热效率。而且，在该加热温度下不会造成材料组织变得粗大；其次，在完成对坯料的周期轧管轧制形成无缝钢管之后，在下一步冷却处理之前，要将无缝钢管的温度始终控制在830℃以上。将无缝钢管控制在上述温度之上，不仅避免了无缝钢管在冷却淬火之前进行二次回炉加热，造成能源及生产成本浪费，而且，所制得的钢管微观结构更加均匀，更容易得到全厚度性能均匀的无缝钢管；另外，因为避免了再次进炉加热，减少了钢管表面氧化，进一步改善了钢管表面的质量；第三，经过冷却、回火、喷雾冷却处理，尤其是本发明创造性地利用喷雾冷却实施回火后的冷却处理，不仅避免了钢管产生第二类回火脆性，同时也能够在一定程度上细化无缝钢管的晶粒度，从而提高了无缝钢管的综合性能，尤其对于无缝钢管的抗冲击性(低温冲击韧性)和强度有很大的提升作用。
如上所述，在有限成本下，通过工艺控制与特定成分比例的结合，得到了具有优异屈服强度和低温韧性的无缝钢管，该无缝钢管的内、中、外全截面均能满足屈服强度、抗拉强度、延伸率等性能要求，而且生产成本有所降低，适用于在工业化成产中推广应用。
在本发明提供的具体实施方式中，所制的无缝钢管壁厚大于80mm。该大口径壁厚无缝钢管具有全壁厚均匀性的低温韧性，是制备超大型液压油缸的优质原材料。根据背景技术中所描述的，现有技术中制备大口径后壁(大于80mm)无缝钢管的方法都存在各种技术缺陷，而本发明提供给的无缝钢管完全克服了现有技术缺陷，低成本高效率地制成了性能优异的产品。
在本发明提供的具体实施方式中，上述C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比优选地控制在：10≤Mn/C+Cr+Mo+Al≤12。特别优选地，C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比Mn/C+Cr+Mo+Al＝11.495。在上述范围之内制得的无缝钢管性能更优异，屈服强度、抗拉强度、延伸率以及低温冲击韧性都有更为优异的表现。
在本发明提供的具体实施方式中，上述步骤S1中对坯料进行打孔处理包括在坯料中打出的通孔。根据坯料中心部位缩孔缩松情况，利用专用的打孔设备对坯料进行打孔处理。通孔处理可以避免缩孔缩松对热轧后钢管内表面质量造成不利影响，同时也能保证坯料加热的均匀性。
在本发明提供的具体实施方式中，在实施步骤S4的冷却处理之前，将无缝钢管的温度控制在830℃以上，至少可以通过以下两种方式实现：第一种方式是缩短轧制形成的无缝钢管运输到冷却装置(如淬火装置)的时间，运输时间的缩短进而减少了无缝钢管的热量丧失，从而实现温度保持在830℃以上。如在本发明提的具体实施例中，通过快速传送链条的使用，将轧制后的无缝钢管快速传输至淬火装置，使钢管不用补热就可以直接进行入水淬火。而且，快速传送链条装置简单，成本低廉，便于安装在淬火装置之前，极大地节约了成本并改善钢管表面质量；第二种方法，可以通过减少轧制过程中的冷却水流量，从而提高轧制制得的无缝钢管温度，优选地，冷却水流量从原来的8000-8500m3/h，降低到5000-5500m3/h。通过冷却水流量的控制，使得轧制形成的无缝钢管温度下降程度得到有效控制，即使运输过程存在热损失，无缝钢管运送至冷却装置时的温度也始终能在830℃以上。在实施上述温度控制中，可以利用红外测温仪等温度监控装置对无缝钢管的温度进行测量。
在本发明提供的具体实施方式中，实施步骤S4时，采用旋转-内喷-外淋的方式对无缝钢管的内表面及外表面进行冷却处理，其中，冷却介质为水，水的外淋流量为2300-2500m3/h，内喷流量为1300-1400m3/h。在上述冷却方式、冷却介质和冷却条件下，得到的无缝钢管具有更为优异的性能。
在本发明提供的具体实施方式中，实施步骤S6时，采用高压喷雾设备对钢管进行内外表面进行冷却。可以在冷却床的一端设置高压喷气装置，通过喷射出的雾气对钢管的内、外表面进行均匀冷却，内外喷雾的压力可以为15-20MPA。高压外喷雾设备可以实现对无缝钢管的内外表面冷却，其中，高压冷却气体通过一端进入无缝钢管内部并可贯穿整个钢管内部，从而实现对内表面的冷却；而对于无缝钢管的外表面，则是通过高压喷雾设备产生的雾气直接喷洒在外表面；同时借助冷床上的正、反向链条使钢管在行进过程中，不断的旋转，使钢管内、外面的雾冷更加均匀；优选地，无缝钢管在具有高压喷雾设备的雾冷区的冷却处理时间不少于40分钟；高压喷雾设备采用的循环冷却水的温度不高于30℃。通过采用喷雾快冷不仅能够避免钢管产生第二类回火脆性，同时也能够在一定程度上细化材料的晶粒度，从而提高了无缝钢管的综合性能。
正是通过成分及比例的创造性选择和限定，再结合上述独创性的制备方法，本发明制备得到了具有优异屈服强度和低温韧性的无缝钢管。
根据本发明的另一目的，在于提供一种无缝钢管的制备方法，该方法包括：
步骤S1，对钢管原料进行配料、冶炼、铸造形成坯料，并对坯料打孔处理；
在本发明提供的一个具体实施方式中，所使用的坯料直径为500-800mm。步骤S1的具体步骤包括：将用于制备无缝钢管的原料进行配料(原料按照配比利用合金矿石进行投料)、电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气以及弧形连铸得到坯料。在进行炉外精炼过程中，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；然后进行真空脱气工艺，并在极限真空条件下保持时间≥30min。在进行连铸过程中，拉坯速度控制在0.6～0.9m/min，过热度控制在15-25℃，过热度超过40℃下不再进行连铸，得到钢坯；对得到的钢坯中心打通孔，通孔直径范围可以是
步骤S2，将经过上述步骤S1处理的坯料，在1280±10℃下均匀加热；在上述温度下能够保证坯料加热的整体均匀性，有利于轧管壁厚精度的控制，同时保证轧后钢管直接淬火时具有足够的温度；
在本发明提供的一个具体实施方式中，利用环形炉对坯料进行加热，环形炉均热段温度保持在1280±10℃。也可以用其他常规无缝钢管坯料处理装置实现坯料的加热，但温度均需保持在1280±10℃。
优选地，上述对坯料的加热时间至少保持40分钟以上。40分钟的加热时间，可以提升坯料的加热均匀性，有利于形成更为均匀的组织结构。
步骤S3，将经过步骤S2处理的坯料，进行周期轧管轧制形成无缝钢管，并将该无缝钢管的温度控制在830℃以上；周期轧管可基于锻、轧、挤三位一体的变形特点，高温金属在轧制变形过程中始终处于三向压应力状态，利于抑制变形金属产生裂纹，提高钢管的综合性能，使轧制后的钢管较其它轧制方法具有更好的组织结构。将无缝钢管在冷却之前的温度控制在830℃以上，不仅避免了无缝钢管在冷却淬火之前进行二次回炉加热，造成能源及生产成本浪费，而且，所制得的钢管微观结构更加均匀，更容易得到全厚度性能均匀的无缝钢管；另外，因为避免了再次进炉加热，减少了钢管表面氧化，进一步改善了钢管表面的质量。
步骤S4，对该无缝钢管的内表面及外表面进行冷却处理；
在本发明提供的一个具体实施方式中，采用旋转-内喷-外淋的方式对无缝钢管的内表面及外表面进行冷却处理，其中，冷却介质为水，水的外淋流量为2300-2500m3/h，内喷流量为1300-1400m3/h。在上述冷却方式、冷却介质和冷却条件下，得到的无缝钢管具有更为优异的性能。
步骤S5，对经过上述步骤S4处理的所述无缝钢管进行回火处理；
在本发明提供的一个具体实施方式中，回火温度采用550±10℃，加热时间不低于430min。
步骤S6，对经过步骤S5处理的无缝钢管进行喷雾冷却。通过采用回后喷雾快冷不仅能够避免材料产生第二类回火脆性，同时也能够在一定程度上细化无缝钢管的晶粒度，从而提高了无缝钢管的综合性能，尤其对于无缝钢管的抗冲击性(低温冲击韧性)和强度有很大的提升作用。
在本发明提供的具体实施方式中，实施步骤S6时，采用高压外喷雾设备对钢管进行内外表面进行冷却。可以在冷却床的一端设置高压喷气装置，通过喷射出的雾气对钢管的内、外表面进行均匀冷却，内外喷雾的压力可以为15-20MPA。其中，高压冷却气体通过一端进入无缝钢管内部并可贯穿整个钢管内部，从而实现对内表面的冷却；而对于无缝钢管的外表面，则是通过高压喷雾设备产生的雾气直接喷洒在外表面；同时借助冷床上的正、反向链条使钢管在行进过程中，不断的旋转，使钢管内、外面的雾冷更加均匀；优选地，无缝钢管在具有高压喷雾设备的雾冷区的冷却处理时间不少于40分钟；高压喷雾设备采用的循环冷却水的温度不高于30℃。通过采用喷雾快冷不仅能够避免钢管产生第二类回火脆性，同时也能够在一定程度上细化材料的晶粒度，从而提高了无缝钢管的综合性能。
从以上描述可以看出，通过本发明提供的无缝钢管制备方法，避免了制备过程中的成本浪费，极大地节约了成本，并通过坯料均匀加热、回火、喷雾冷却等工艺控制提升了无缝钢管全壁厚低温韧性，无缝钢管内、中、外全截面的屈服强度、抗拉强度、延伸率等性能都有所提高。
实施例1
步骤1：根据本发明设计的化学组分配料和冶炼工艺控制方法，并将原料(合金矿石)经电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气以及弧形连铸得到多炉坯径为800mm的连铸圆坯。在进行炉外精炼过程中，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；然后进行真空脱气工艺，并在极限真空条件下保持时间40min。在进行连铸过程中，拉坯速度控制在0.7m/min，过热度控制在20℃，过热度超过40℃下不再进行连铸。坯料中的化学成分含量，请见表1。
步骤2：在钢坯上打出的通孔，以避免缩孔缩松对热轧后钢管内表面质量造成不利影响，同时也能保证坯料加热的均匀性；
步骤3：将上述坯料放置到环形炉中加热。为保证钢管轧后的入水淬温度，将环形炉均热段温度按1285℃设置，加热40分钟。适当的提高环形炉温度能够保证坯料加热的整体均匀性，有利于轧管壁厚精度的控制，同时保证轧后钢管直接淬火时具有足够的温度。
步骤4：将得到的坯料利用周期轧管机组轧制成无缝钢管；本发明采用的周期轧管机组是常规的周期轧管机，所采用的轧制参数也为常规操作参数，在此不再赘述。
步骤5：将轧后无缝钢管通过快速传送链条，将钢管送入淬火装置(冷却装置)。通过红外测温仪检测，无缝钢管在进入淬火装置之前的温度在840-850℃。淬火装置可以实现旋转+内喷+外淋的冷却处理，冷却介质为水，水的外淋流量为2300-2500m3/h，内喷流量为1300-1400m3/h。
步骤6：离线整体回火，回火温度采用550±10℃，加热时间按不低于430min；本步骤采用的回火设备为常规的回火加热炉。
步骤7，将回火加热后的无缝钢管传输至冷却床，在冷却床的一端设置高压喷气装置，通过喷射出的雾气对钢管的内、外表面进行均匀冷却，内外喷雾的压力设置为20MPA，处理40分钟以上，得到壁厚大于80mm的无缝钢管。
对获得的无缝钢管力学性能测试，所测试的力学性能包括屈服强度(Rp0.2)，抗拉强度(Rm)、延伸率以及-20℃冲击功，以上力学性能的测试均采用行业标准测试方法，具体测试方式在此不再赘述，其结果如表2所示。
另外，图1-3是实施例1得到的无缝钢管放大500X(500倍)的金相组织图。其中，图1示出了本发明实施例1的无缝钢管外表面1/4处500X的金相组织图，图2示出了本发明实施例1的无缝钢管中间壁厚处500X金相组织图，图3示出了本发明实施例1的无缝钢管内表面1/4处500X金相组织图。.
从图1-图3可以看出，本发明提供的大口径厚壁无缝钢管全壁厚均显示出非常均匀的组织结构，金相组织均为铁素体+贝氏体，晶粒度为10级。
从表2的力学性能结果中可以看出，本发明提供的大口径后壁无缝钢管其内表面、中间以及外表面的屈服强度均达到了440Mpa以上，且内外表面的屈服强度之差仅为27Mpa，内表面、中间以及外表面的拉伸强度均达到了590Mpa以上，且内外表面的拉伸强度之差仅为43Mpa，内表面、中间以及外表面的延伸率均达到了24％a以上，且内外表面的延伸率之差仅为3％，内表面、中间以及外表面的-20℃冲击功也都达到了非常优异的性能。尤其是-20℃冲击功，本发明提供的钢管经过淬火之前的温度控制、淬火处理、回火以及喷雾处理，极大地提高了抗冲击性及强度，这是其他大孔径厚壁无缝钢管无法实现的。
实施例2
实施2的制备步骤与实施例1基本相同，其成分如表1所示，性能如表2所示。
实施例3
实施3的制备步骤与实施例1基本相同，稍有区别之处在进行淬火工艺中，水的外淋流量为2100-2200m3/h，内喷流量为1100-1200m3/h，最后进行喷雾冷却的过程中，内外喷雾的压力设置为20MPA，处理30时间。其成分如表1所示，性能如表2所示。
实施例4
实施4的制备步骤与实施例1基本相同，只是环形炉均热段温度为1280℃，无缝钢管在进入淬火装置之前的温度为830-840℃，其成分如表1所示，性能如表2所示。
表1单位：重量百分比
表2具体实例的力学性能
对比例1
对比例1的制备步骤与实施例1基本相同，但其成分与本发明提供的实施例范围完全不同，其成分如表3所示，性能如表4所示。
表3对比例1成分，单位：重量百分比
表4对比例1的力学性能
从表4所得性能可见，虽然经过的制备工艺完全相同，但由于各成分含量不在本发明提供的数值比例范围之内，最后制得的无缝钢管虽然在屈服强度和抗拉强度方面与本发明实施例相当，但低温冲击韧性下降非常明显。
对比例2
对比例2的制备步骤与实施例1基本相同，但其成分与本发明提供的实施例范围完全不同，其成分如表5所示，性能如表6所示。
表5对比例2成分，单位：重量百分比
| 对比例 | C | Si | Mn | P | S | Cu | Cr | Mo | Ni | V | Al | CE | Mn/C+Cr+Mo+Al |
| 2 | 0.2 | 0.36 | 1.58 | 0.015 | 0.0027 | 0.01 | 0.15 | 0.015 | 0.012 | 0.005 | 0.022 | 0.49 | 8.0 |
表6对比例2的力学性能
从表6所得性能可见，虽然经过的制备工艺完全相同，但由于各成分含量不在本发明提供的数值比例范围之内，最后制得的无缝钢管虽然在屈服强度和抗拉强度方面与本发明实施例有所提高，但低温冲击韧性下降非常明显，同时碳当量达0.49，焊接性能差。
对比例3
对比例3的制备步骤与实施例不同，但其成分与对比1相同，其成分如表7所示，性能如表8所示。
其制备工艺：
步骤1：根据表7所示化学组分配料和冶炼工艺控制方法，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多炉坯径为800mm的连铸圆坯。在进行炉外精炼过程中，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；然后进行真空脱气工艺，并在极限真空条件下保持时间40min。在进行连铸过程中，拉坯速度控制在0.7m/min，过热度控制在20℃，过热度超过40℃下不再进行连铸。
步骤2：在钢坯上打出的通孔，以避免缩孔缩松对热轧后钢管内表面质量造成不利影响，同时也能保证坯料加热的均匀性；
步骤3：将上述坯料放置到环形炉中加热。为保证钢管轧后的入水淬温度，将环形炉均热段温度按1250℃设置。
步骤4：将得到的坯料利用周期轧管机组轧制成无缝钢管；
步骤5：将轧后无缝钢管送入淬火装置(冷却装置)，但并未采用快速传输装置。通过红外测温仪检测，无缝钢管在进入淬火装置之前的温度为750℃。淬火装置实现旋转+内喷+外淋的冷却处理，冷却介质为水，水的外淋流量为2000-2100m3/h，内喷流量为1100-1200m3/h。
步骤6：离线整体回火，回火温度采用550±10℃，加热时间为500min；
步骤7，将回火加热后的无缝钢管进行空气冷却。
表7对比例3成分，单位：重量百分比
表8对比例3的力学性能
从表8所得性能可见，虽然与对比例1的成分相同，但由于采用了不同的制备工艺，最后制得的无缝钢管在屈服强度和抗拉强度方面均差于对比例1，低温冲击韧性也不如对比例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：
应用本发明的技术方案，通过对原料配比及制备工艺的巧妙设计，以C、Mn为基体并利用C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比：9≤Mn/C+Cr+Mo+Al≤12，即使对于壁厚较大的无缝钢管也同样可以实现了全壁厚性能均匀。通过本发明提供的制备方法避免了制备过程中的成本浪费，极大地节约了成本，并通过加热、回火及喷雾冷却等工艺控制实现了所得无缝钢管全壁厚低温韧性，无缝钢管内、中、外全截面均能满足屈服强度、抗拉强度、延伸率等性能要求。
以上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 (8)
1.一种无缝钢管，其特征在于，形成所述无缝钢管的原料按照重量百分比计算，包括：
C: 0.14-0.18%，Si: 0.30-0.50%，Mn: 1.45-1.65%，Cr: 0.15-0.24%，
Mo: 0.01-0.06%，Al: 0.02-0.05%，P≤0.020%，S≤0.003%，CE≤0.44%，
余量为Fe及不可避免的杂质；
其中，C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比符合以下条件：
9≤Mn/C+ Cr+ Mo +Al ≤12
所述无缝钢管的制备方法，包括，
步骤S1，对所述原料进行配料、冶炼、铸造形成坯料，并对所述坯料进行打孔处理；
步骤S2，将经过所述步骤S1处理的坯料，在1280±10℃下均匀加热；
步骤S3，将经过所述步骤S2处理的坯料，进行周期轧管轧制形成无缝钢管，并将所述无缝钢管的温度控制在840-850℃；
步骤S4，对所述无缝钢管的内表面及外表面进行冷却处理；所述步骤S4还包括将所述步骤S3得到的无缝钢管通过快速传送链条，将温度840-850℃的所述无缝钢管传输至淬火装置进行所述冷却的步骤；
步骤S5，对经过所述步骤S4处理的所述无缝钢管进行回火处理；
步骤S6，对经过所述步骤S5处理的所述无缝钢管进行喷雾冷却，所述喷雾冷却是利用高压喷气装置对所述无缝钢管的内、外表面进行冷却，内外喷雾的压力为15-20MPa。
2.根据权利要求1所述的无缝钢管，其特征在于，所述无缝钢管的壁厚大于80mm。
3.根据权利要求1或2所述的无缝钢管，其特征在于，所述C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比符合以下条件：10≤Mn/C+Cr+Mo+Al≤12。
4.根据权利要求3所述的无缝钢管，其特征在于，所述C、Mn、Cr、Mo和Al之间的重量百分比符合以下条件：Mn/C+Cr+Mo+Al=11.495。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的无缝钢管，其特征在于，所述步骤S1中对坯料进行打孔处理包括在所述坯料中打出φ80-120mm的通孔。
6.根据权利要求1所述的无缝钢管，其特征在于，所述步骤S4中采用旋转-内喷-外淋的方式，对所述无缝钢管的内表面及外表面进行所述冷却处理，其中，冷却介质为水，水的外淋流量为2300-2500 m3/h，内喷流量为1300-1400m3/h。
7.一种权利要求1所述的无缝钢管的制备方法，其特征在于，包括，
步骤S1，对钢管原料进行配料、冶炼、铸造形成坯料，并对所述坯料打孔处理；
步骤S2，将经过所述步骤S1处理的坯料，在1280±10℃下均匀加热；
步骤S3，将经过所述步骤S2处理的坯料，进行周期轧管轧制形成无缝钢管, 并将所述无缝钢管的温度控制在840-850℃；
步骤S4，对所述无缝钢管的内表面及外表面进行冷却处理；
步骤S5，对经过所述步骤S4处理的所述无缝钢管进行回火处理；
步骤S6，对经过所述步骤S5处理的所述无缝钢管进行喷雾冷却，所述喷雾冷却是利用高压喷气装置对所述无缝钢管的内、外表面进行冷却，内外喷雾的压力为15-20MPa。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述坯料在1280±10℃下保持40分钟以上。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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